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1、(10)申请公布号 CN 104123267 A (43)申请公布日 2014.10.29 C N 1 0 4 1 2 3 2 6 7 A (21)申请号 201410349007.4 (22)申请日 2014.07.21 G06F 17/15(2006.01) (71)申请人电子科技大学 地址 610041 四川省成都市高新区（西区）西 源大道2006号 (72)发明人李翔 赵宏志 唐友喜 (74)专利代理机构成都金英专利代理事务所 (普通合伙) 51218 代理人袁英 (54) 发明名称 一种高精度的精同步装置及方法 (57) 摘要 本发明公开了一种高精度的精同步装置及方 法，其方法包括：。
2、S1：进行同步序列的粗捕获；S2： 在粗捕获峰值前后各一个码片内，采用多路并行 相关单元进行相关操作，得到相关函数的采样序 列Y；S3：利用高斯函数逼近相关函数，借助采样 序列Y初始化高斯函数参数，并通过高斯牛顿法 迭代高斯函数参数；S4：迭代结束后，提取高斯函 数的参数b，直接得到峰值位置的估计值。本发 明充分利用了相关函数的形状特征，利用高斯函 数逼近相关函数，并通过Gauss-Newton法迭代参 数，从中提取同步结果，提高了精同步的精度；收 敛速度快，参数提取直接；实现复杂度低，计算量 相对同等采样率下并行相关方法增加不大，且受 噪声影响较小，便于在现实中采用。 (51)Int.Cl.。
3、 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104123267 A CN 104123267 A 1/2页 2 1.一种高精度的精同步装置，其特征在于：包括并行相关单元和高斯逼近单元，高斯 逼近单元包括参数初始化模块、迭代模块和收敛判决模块，并行相关单元的输入端分别连 接接收信号和本地序列，并行相关单元的输出端依次通过参数初始化模块和迭代模块与收 敛判决模块的输入端连接，收敛判决模块的输出端还与迭代模块的另一输入端相连； 并行相关单元，用于在粗捕获峰值前后各一个码片内进行相关。
4、操作，得到相关函数的 采样序列Y； 参数初始化模块，用于根据相关函数的采样序列Y初始化高斯函数参数向量； 迭代模块，同于计算高斯函数的雅克比矩阵，迭代高斯函数参数； 收敛判决模块，用于判断是否满足收敛条件或达到迭代次数，完成跳转流程。 2.根据权利要求1所述的一种高精度的精同步装置，其特征在于：所述的迭代模块为 高斯牛顿迭代模块。 3.根据权利要求1所述的一种高精度的精同步装置，其特征在于：所述的迭代模块包 括存储子模块和计算子模块，存储子模块用于存储参数向量，计算子模块用于计算矩阵乘 法和求逆运算。 4.一种高精度的精同步方法，其特征在于：它包括以下步骤： S1：进行同步序列的粗捕获； S2。
5、：在粗捕获峰值前后各一个码片内，采用多路并行相关单元进行相关操作，得到相关 函数的采样序列Y； S3：利用高斯函数逼近相关函数，借助采样序列Y初始化高斯函数参数，并通过高斯牛 顿法迭代高斯函数参数； S4：迭代结束后，提取高斯函数的参数b，直接得到峰值位置的估计值。 5.根据权利要求4所述的一种高精度的精同步方法，其特征在于：所述步骤S1进行粗 捕获的步骤采用相关或匹配滤波的方法。 6.根据权利要求4所述的一种高精度的精同步方法，其特征在于：步骤S3所述的迭代 步骤包括以下子步骤： S301：初始化高斯函数的参数向量x 0 a 0 ,b 0 ,c 0 T ，令： a 0 max(Y)； b 0。
6、 max(Y)的索引值； c 0 等于上次迭代的结果或采用经验值； S302：计算(t,x)的雅克比矩阵： 根据修正的高斯牛顿法得到第k次迭代的迭代公式： 权 利 要 求 书CN 104123267 A 2/2页 3 x k+1 x k -(J(x k ) T J(x k ) -1 J(x k ) T (x k )-Y) 更新参数向量x； S303：判断是否满足收敛条件，即计算归一化的绝对值误差是否满足： 其中，为预设的阈值； 如果满足收敛条件或者达到指定迭代次数，跳至步骤S4输出参数b，如果不满足收敛 条件，则跳至步骤S302继续迭代。 权 利 要 求 书CN 104123267 A 1/5。
7、页 4 一种高精度的精同步装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及通信和测控领域的高精度同步技术，特别涉及一种基于Gauss-Newton 法的高精度的精同步装置及方法。 背景技术 0002 通信系统的同步是建立可靠通信的基础，在测控领域随机码同步的误差是影响测 距精度的重要因素。近年来，随着模数转换器转换速率越来越高，数字器件处理能力也越来 越强，在更高采样率上进行同步，是提高同步精度的常用方法。 0003 在通常的通信或测控系统中，同步分两步进行：首先进行粗捕获，在满足一定捕获 概率的前提下，获得相关峰的大概位置；由于粗捕获的精度有限，需要在粗捕获的基础上， 通过精同步精确估计相关峰位置。
8、。 0004 常见的同步算法包括： 0005 (1)并行相关法：通过减小相关器的间隔，增加相关器数量，得到更为精细的互相 关函数的采样序列，从中寻找信噪比最大一路，输出其索引值。 0006 (2)FFT(Fast Fourier Transform)循环相关算法：FFT循环相关算法是时域相关 的快速算法，利用FFT运算将时域卷积转变为频域的相乘运算。 0007 (3)匹配滤波法：通过将接收信号与本地序列做卷积，匹配滤波器基于最大信噪 比准则，通过检测信噪比最大的时刻，得到相关峰位置的估计值，利用匹配滤波进行精同步 往往在中频进行。 0008 (4)延迟锁定法：将接收信号与两个时延的本地序列相关。
9、，将两路相关的结果相 减，将差值信号经过环路滤波后控制振荡器，振荡器调节本地序列的时延直至与接收信号 完全对齐。 0009 分析上述四种同步算法，分别具有以下特点：并行相关法方法简单，但是缩小相关 器时间间隔会增加相关器数量和每个相关器的计算量，性能提升有限；FFT循环相关算法 降低了并行相关算法的计算量，但并没有改善其精度；匹配滤波法精度受本地序列采样间 隔限制，中频匹配输出结果会出现震荡现象；延迟锁定方案收敛速度慢，受自噪声影响，精 度和稳定性都不理想。 发明内容 0010 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的基于Gauss-Newton法 (高斯牛顿法)的高精度的精同步装置。
10、及方法，借助相关函数的形状特征，利用高斯函数逼 近相关函数，通过Gauss-Newton法迭代高斯函数参数，并从中提取同步结果，同步精度高， 计算量增加较少且受噪声影响也较小。 0011 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高精度的精同步装置，包括并 行相关单元和高斯逼近单元，高斯逼近单元包括参数初始化模块、迭代模块和收敛判决模 块，并行相关单元的输入端分别连接接收信号和本地序列，并行相关单元的输出端依次通 说 明 书CN 104123267 A 2/5页 5 过参数初始化模块和迭代模块与收敛判决模块的输入端连接，收敛判决模块的输出端还与 迭代模块的另一输入端相连； 0012 并行相关。
11、单元，用于在粗捕获峰值前后各一个码片内进行相关操作，得到相关函 数的采样序列Y； 0013 参数初始化模块，用于根据相关函数的采样序列Y初始化高斯函数参数向量； 0014 迭代模块，同于计算高斯函数的雅克比矩阵，迭代高斯函数参数； 0015 收敛判决模块，用于判断是否满足收敛条件或达到迭代次数，完成跳转流程。 0016 所述的迭代模块为高斯牛顿迭代模块。 0017 所述的迭代模块包括存储子模块和计算子模块，存储子模块用于存储参数向量， 计算子模块用于计算矩阵乘法和求逆运算。 0018 一种高精度的精同步方法，它包括以下步骤： 0019 S1：进行同步序列的粗捕获； 0020 S2：在粗捕获峰值。
12、前后各一个码片内，采用多路并行相关单元进行相关操作，得到 相关函数的采样序列Y； 0021 S3：利用高斯函数逼近相关函数，借助采样序列Y初始化高斯函数参数，并通过高 斯牛顿法迭代高斯函数参数； 0022 S4：迭代结束后，提取高斯函数的参数b，直接得到峰值位置的估计值。 0023 所述步骤S1进行粗捕获的步骤采用相关或匹配滤波的方法。 0024 步骤S3所述的迭代步骤包括以下子步骤： 0025 S301：初始化高斯函数的参数向量x 0 a 0 ,b 0 ,c 0 T ， 令： 0026 a 0 max(Y)； 0027 b 0 max(Y)的索引值； 0028 c 0 等于上次迭代的结果或采。
13、用经验值； 0029 S302：计算(t,x)的雅克比矩阵： 0030 0031 根据修正的高斯牛顿法得到第k次迭代的迭代公式： 0032 x k+1 x k -(J(x k ) T J(x k ) -1 J(x k ) T (x k )-Y) 0033 更新参数向量x； 0034 S303：判断是否满足收敛条件，即计算归一化的绝对值误差是否满足： 0035 说 明 书CN 104123267 A 3/5页 6 0036 其中，为预设的阈值； 0037 如果满足收敛条件或者达到指定迭代次数，跳至步骤S4输出参数b，如果不满足 收敛条件，则跳至步骤S302继续迭代。 0038 本发明的有益效果是。
14、： 0039 1、基于Gauss-Newton法的高精度同步技术，充分利用了相关函数的形状特征，利 用高斯函数逼近相关函数，并通过Gauss-Newton法迭代参数，从中提取同步结果，提高了 精同步的精度； 0040 2、该方法收敛速度快，参数提取直接； 0041 3、实现复杂度低，计算量相对同等采样率下并行相关方法增加不大，且受噪声影 响较小，便于在现实中采用。 附图说明 0042 图1为典型高精度同步装置结构图； 0043 图2为本发明精同步装置结构图； 0044 图3为本发明Gauss-Newton迭代模块结构示意图； 0045 图4为本发明粗捕获结构图； 0046 图5为本发明与传统多。
15、路并行相关器精同步的均方误差随信噪比变化的仿真图。 具体实施方式 0047 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于 以下所述。 0048 如图1所示，典型的高精度同步装置包括同步序列粗捕获装置和精同步装置，其 中：粗捕获装置，捕获同步信号的大概位置；精同步装置，在粗捕获的基础上，获得相关峰 值的精确位置。 0049 如图2所示，一种高精度的精同步装置，包括并行相关单元和高斯逼近单元，高斯 逼近单元包括参数初始化模块、高斯牛顿迭代模块和收敛判决模块，并行相关单元的输入 端分别连接接收信号和本地序列，并行相关单元的输出端依次通过参数初始化模块和高斯 牛顿迭代模块与收。
16、敛判决模块的输入端连接，收敛判决模块的输出端还与高斯牛顿迭代模 块的另一输入端相连； 0050 并行相关单元，用于在粗捕获峰值前后各一个码片内进行相关操作，得到相关函 数的采样序列Y； 0051 参数初始化模块，用于根据相关函数的采样序列Y初始化高斯函数参数向量； 0052 迭代模块，同于计算高斯函数的雅克比矩阵，迭代高斯函数参数； 0053 收敛判决模块，用于判断是否满足收敛条件或达到迭代次数，完成跳转流程。 0054 如图3所示，迭代模块包括存储子模块和计算子模块，存储子模块用于存储参数 向量，计算子模块用于计算矩阵乘法和求逆运算。 0055 一种高精度的精同步方法，它包括以下步骤： 00。
17、56 S1：采用并行相关的方法进行同步序列的粗捕获，如图4所示，为确保一定的捕获 概率和捕获精度，本实施例中同步头长度为512码片，粗捕获相关器的间隔为码片宽度的 说 明 书CN 104123267 A 4/5页 7 一半，即通过比较器提取信噪比最大的一路序号，粗捕获的误差不超过采用匹配 滤波也可以得到类似的结果； 0057 S2：在粗捕获峰值前后各一个码片内，采用多路并行相关单元进行相关操作，得到 相关函数的采样序列Y，本实施例中相关器的间隔为 0058 S3：利用高斯函数逼近相关函数，借助采样序列Y初始化高斯函数参数，并通过高 斯牛顿法迭代高斯函数参数； 0059 S4：迭代结束后，提取高。
18、斯函数的参数b，直接得到峰值位置的估计值。 0060 步骤S3所述的迭代步骤包括以下子步骤： 0061 S301：初始化高斯函数的参数向量x 0 a 0 ,b 0 ,c 0 T ，令： 0062 a 0 max(Y)； 0063 b 0 max(Y)的索引值； 0064 c 0 等于上次迭代的结果或采用经验值； 0065 S302：计算(t,x)的雅克比Jacobi矩阵： 0066 0067 根据修正的高斯牛顿法得到第k次迭代的迭代公式： 0068 x k+1 x k -(J(x k ) T J(x k ) -1 J(x k ) T (x k )-Y) 0069 更新参数向量x； 0070 S。
19、303：判断是否满足收敛条件，即计算归一化的绝对值误差是否满足： 0071 0072 其中，为预设的阈值, 0073 如果满足收敛条件或者达到指定迭代次数，跳至步骤S4输出参数b，如果不满足 收敛条件，则跳至步骤S302继续迭代。 0074 图5为本发明与传统多路并行相关器精同步的均方误差随信噪比变化的仿真图， 从图中可以看出，传统方法每提高一倍采样率进行同步，性能提高约23dB；传统方法的 同步精度受噪声影响比较明显；采用本申请的方法，在4倍基带采样率下的性能好于16倍 基带采样率下的传统方法，而且该方法受噪声影响较小。 0075 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的 形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本 说 明 书CN 104123267 A 5/5页 8 文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进 行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围 内。 说 明 书CN 104123267 A 1/3页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104123267 A 2/3页 10 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104123267 A 10 3/3页 11 图5 说 明 书 附 图CN 104123267 A 11 。