低截獲直擴(kuò)信號(hào)參數(shù)盲估計(jì)方法研究.pdf

1、直接序列擴(kuò)頻(Direct-Sequence Spread．Spectrum以下簡稱DS/SS)通信在保密通信和個(gè)人移動(dòng)通信中獲得廣泛應(yīng)用的同時(shí)，由于其具有低截獲概率(Low Probability of Interception，以下簡稱LPI)、高抗干擾能力的特點(diǎn)，在偵察對抗和民用無線電資源監(jiān)管領(lǐng)域成為非常棘手的難題。如何在非協(xié)作條件下，對隱藏在噪聲中的直擴(kuò)信號(hào)進(jìn)行行之有效的盲檢測和盲估計(jì)，成了現(xiàn)階段軍事偵察領(lǐng)域和民用監(jiān)管領(lǐng)域的當(dāng)務(wù)

2、之急。同時(shí)，DS/SS信號(hào)的估計(jì)方法，本身也是寬帶微弱信號(hào)檢測領(lǐng)域以及通信對抗領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題。 近年，發(fā)展了諸多針對于DS/SS信號(hào)的估計(jì)方法。這些估計(jì)方法大都基于常規(guī)信號(hào)檢測與估計(jì)理論，但DS/SS信號(hào)通常是寬帶微弱信號(hào)，并不符合常規(guī)信號(hào)處理理論，因此當(dāng)觀察信號(hào)的信噪比較低時(shí)，這些估計(jì)方法的估計(jì)性能惡化，甚至得不到正確的結(jié)果。從當(dāng)前的研究狀況來看，由于DS/SS信號(hào)的上述特性，對其估計(jì)的效果遠(yuǎn)不及普通信號(hào)理想，研究進(jìn)展

3、緩慢，概念性的研究較多，具體的研究方法還不成熟?？紤]在未知信號(hào)各種特征參數(shù)(載頻、碼速率、偽碼周期等)和偽碼(PN碼)碼型的情況下對DS/SS信號(hào)進(jìn)行全盲估計(jì)的挑戰(zhàn)性，有必要對DS/SS信號(hào)的盲估計(jì)做進(jìn)一步的研究。本文既歸納總結(jié)了前人的理論，又提出或改進(jìn)了一些方法，使之這些方法能夠形成一套完整的、行之有效的對DS/SS信號(hào)的盲估計(jì)流程。從而能對軍事領(lǐng)域的偵察、(抗)干擾，民用領(lǐng)域的頻率監(jiān)管等方面起到積極的作用。同時(shí)，本文也對直擴(kuò)碼分多址

4、(Direct Sequence Code Division Multiple Access以下簡稱DS/CDMA)信號(hào)的盲估計(jì)做了研究。 本文的主要貢獻(xiàn)在于兩個(gè)方面：1．初步解決了特定調(diào)制條件下的低信噪比條件下DS/SS信號(hào)特征參數(shù)(包括載頻、碼速率、碼長)估計(jì)問題；2．初步解決了碼型估計(jì)問題(在碼分多址下，解決了用戶之間的碼型分離問題)。 本文研究了DS/SS信號(hào)及DS/CDMA信號(hào)盲(非協(xié)作接收)條件下的關(guān)鍵技術(shù)，

5、在如下幾個(gè)方面取得了成果和創(chuàng)新： 混合使用了多種針對低弱信噪比下的譜估計(jì)算法，并應(yīng)用到直擴(kuò)信號(hào)中去，形成了一套有效的，針對該類信號(hào)特征參數(shù)的聯(lián)合估計(jì)算法。能準(zhǔn)確估計(jì)出DS/SS和DS/CDMA信號(hào)的特征參數(shù)(包括載頻，碼速率，碼長等)。這幾種算法都能針對該類信號(hào)低信噪比的特點(diǎn)，在低信噪比條件下有效工作，并且互為補(bǔ)充，形成了一套完整的參數(shù)估計(jì)流程。重新構(gòu)造出一種用于矩陣分解的自相關(guān)矩陣。通過對新構(gòu)造的自相關(guān)矩陣的特征值分解，能有效

6、地克服傳統(tǒng)子空間方法對噪聲敏感的缺點(diǎn)，在低信噪比情況下，能有效解決信號(hào)特征值被噪聲特征值淹沒(分辨率不足)的問題。這種方法用于直序列擴(kuò)頻信號(hào)的擴(kuò)頻碼序列估計(jì)中，仿真效果與理論計(jì)算一致。同時(shí)，該方法也能估計(jì)出由隨意采樣點(diǎn)不同引起的失步時(shí)間，并能估計(jì)出系統(tǒng)中存在的信噪比。 受神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能自主學(xué)習(xí)這一思想的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種用于DS/SS信號(hào)PN碼序列估計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。在PN碼序列估計(jì)的矩陣分解得到失步時(shí)間的基礎(chǔ)上，提出了用于信號(hào)PN碼

7、估計(jì)的無監(jiān)督自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，并且驗(yàn)證了它的有效性。 設(shè)計(jì)出一種利用延時(shí)相乘法DS/CDMA用戶數(shù)目與用戶參數(shù)的聯(lián)合估計(jì)法。針對實(shí)際的CDMA通信網(wǎng)，由于各移動(dòng)臺(tái)位置和傳輸環(huán)境的不同，反向信道中的用戶信號(hào)通常是異步的。對于基站而言，它所收到的DS/CDMA混合信號(hào)是由多個(gè)初相不同的DS/SS信號(hào)組成。同時(shí)，各用戶DS/SS信號(hào)的幅值也可能不同。在這種情況下，可以通過延遲相乘梳狀濾波的方法，利用各用戶信號(hào)的不同初相，在時(shí)域上

8、分辨出用戶的個(gè)數(shù)，同時(shí)估計(jì)出各自的相位和幅值。 提出利用相位信息重復(fù)，用于多用戶直序列擴(kuò)頻碼分多址(DS/CDMA)系統(tǒng)的特征碼快速盲分離算法。該算法利用DS/CDMA系統(tǒng)獨(dú)有的多用戶信息混合后相位重復(fù)特性，在已估計(jì)出其它參數(shù)前提下，采用基帶接收，同相相加、反相相減、無關(guān)項(xiàng)舍棄的簡單操作，實(shí)現(xiàn)多用戶特征序列的快速分離。該方法較ICA算法有更少的計(jì)算量，保留了信道內(nèi)多用戶的幅值特征。不存在ICA方法中若混合信號(hào)同時(shí)存在兩個(gè)以上高斯

9、信號(hào)，或同時(shí)存在超高斯信號(hào)的欠高斯信號(hào)的情況下，算法失效的問題。 改進(jìn)了一種在瞬時(shí)混合分離條件下性能優(yōu)良的盲分離(BSS)算法，在準(zhǔn)則不變條件下，改進(jìn)成為針對于多通道盲解卷(MBD)的算法。并將這一算法應(yīng)用于非平穩(wěn)態(tài)的DS/CDMA信號(hào)分離中，驗(yàn)證了該算法的有效性。 上述信號(hào)估計(jì)方法都是適用于盲條件下的，無需知道觀察信號(hào)的特征參數(shù)與PN碼序列，且都能工作在較低的信噪比條件下。而且上述的估計(jì)方法優(yōu)缺點(diǎn)互為補(bǔ)充。仿真實(shí)驗(yàn)表明