大多普勒动态下高数据速率的直扩信号捕获系统及方法，采用基于符号跳变沿检测的粗捕获以及精度可控的多普勒频谱分析。基于符号跳变沿检测的粗捕获可以获取直扩信号的数据符号跳变沿位置、伪码相位以及初步多普勒频偏估计；频谱分析对粗捕获结果进行验证，并得到最终多普勒频偏估值，精度为几十赫兹以下，能够显著降低跟踪环路的要求。该方法可以满足低信噪比、大多普勒动态下的高数据速率直扩信号的快速捕获。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种大多普勒动态下高数据速率直扩信号的快速捕获系统及方法，属 于测控
技术介绍
目前卫星测控领域主要采用直接序列扩频测控体制，星上终端接收地面控制中心 发送的扩频上行遥控信号完成遥控指令接收。遥控信号（直扩信号）采用PCM-CDMA-BPSK 直接序列扩频体制。由于高中低轨卫星的运动特性，星上终端接收到的遥控信号具有低信 噪比、大多普勒动态（±50KHz以上）等特点，直接导致处理增益损失，常规扩频捕获技术难 以完成对遥控信号捕获。为了确保终端能够在无辅助措施下，完成对遥控信号捕获，进而对 解调出的遥控指令做出快速响应。一般情况下，在遥控信号格式设计时，采用高速率伪码 (例如，I. 〇23MHz、10. 23MHz 等）对低速率数据（例如，50bps、1000bps、2000bps、4000bps 等）进行直接扩频，伪码与数据信息相干。此时信号的扩频增益很高，一个数据符号内存在 多个、几十个周期的伪码信号。通过获取高的扩频增益以抵消低信噪比、大多普勒动态等条 件导致增益损失的问题。在无辅助措施下，现有技术采用增加相干积分时间以及多普勒频 偏补偿等手段能够完成低信噪比、大多普勒动态下低数据速率直扩信号的捕获。 然而，当一类直扩信号中调制的数据速率较高且可变时，其伪码与数据速率之比 较低，扩频增益相应较低。此时信号中的一个伪码周期内存在多个、几十个、甚至上百个数 据符号跳变，严重限制了相干积分长度的增加以及多普勒频偏的有效补偿。如不采用辅助 措施，现有技术无法完成低信噪比、大多普勒动态下的该类高数据速率直扩信号捕获。 针对上述问题，提出了一种大多普勒动态下高数据速率直扩信号的快速捕获方 法，通过测控终端原理样机的地面功能性能测试，充分验证了该方法的有效性和可行性。 (1)查询文献，查阅了万方数据库、国防科技信息资源服务系统，国家科技图书文 献中心等相关系统，在数据库中搜索"大多普勒动态、高数据速率，扩频捕获"没有公开资 料；在数据库中搜索"可变数据速率，扩频捕获"查到一篇公开资料。 文献a) "可变速率的多进制正交扩频系统研宄与实现"，该文章对可变速率多进制 正交扩频技术进行研宄，与本专利的大多普勒动态、高数据速率的直扩信号捕获中涉及到 的扩频调制方式、应用场合不同，没有可比性。 数据库中搜索"高数据速率，扩频捕获"查到一篇公开资料。 文献b) "一种高数据率Ds/ra扩频系统的设计"，该文章对高信噪比下Ds/ra扩频 系统高数据速率传输进行了简单描述，参考价值不大，并且与本专利的扩频调制方式、应用 场合不同。 数据库中搜索"高动态，扩频捕获"查到很多公开资料，但均与本文算法、应用场景 不同。例如文献c)"高动态下长周期扩频信号快速捕获技术的研宄"，该文章对大多普勒动 态下，伪码较长的直扩信号快速捕获技术进行了研宄。长码扩频时，扩频增益很高，与本文 涉及到的直扩信号特点不一样，没有可比性。文献d) "高动态下直扩信号捕获方面的研宄"， 该文章对大多普勒动态下，直扩信号快速捕获技术进行了研宄，没有涉及到高数据速率，应 用场景比较简单。 因此，在目前所能查到的相关文献资料中，没有关于低信噪比、大多普勒动态下的 高数据速率（可变）直扩信号的捕获方法的详细研宄。数据库中搜索"高动态，扩频捕获" 查到很多公开资料，大部分是在低信噪比、大多普勒动态下的直扩信号快速捕获的研宄。大 部分涉及的是传统的PMF-FFT算法、PCS算法、DBZP算法，以及在上述算法基础上发展而来 的超高灵敏度、抗符号跳变、抗干扰、计算量优化等改进算法。这些算法适用于在无辅助措 施，低信噪比、大多普勒动态下的低数据速率（50bps、1000bps、2000bps、4000bps等）直扩 信号的快速捕获。进一步，该类直扩信号的伪码速率较高，扩频增益较大，主要应用在导航、 测控领域。 例如，文献 e)"A Fast Acquisition Technique for a Direct Sequence Spread Spectrum Signal in the Presence of a Large Doppler Shift'，介绍了 PMF-FFT 算法能 够实现低信噪比，大多普勒动态的直扩信号快速捕获。但PMF-FFT算法对数据符号跳变沿 比较敏感，当数据速率较高时，算法失效。 文献 f) "GPS Satellite Signal Acquisition and Tracking"介绍了 FFT-IFFT 算法，该算法捕获速度最快，实现伪码全相位并行搜索。但由于FFT输入数据长度至少为一 个伪码周期，同样不适用于高数据速率直扩信号的捕获。 文献g) "基于DBZP方法的微弱GPS信号快速捕获"，介绍了 DBZP方法，在微弱信 号环境下完成对C/A码捕获，并针对连续积分跨越多个导航电文数据位的情况给出解决方 案。该方法能完成对低信噪比下的高数据速率直扩信号以及长码直扩信号的无辅助快速捕 获，但不适用于大多普勒动态，算法复杂度高，不利于实现。 (2)查询专利，在专利数据库中搜索"大多普勒动态、高数据速率，扩频捕获"等关 键词，未查到相关公开资料。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术不足，提出一种大多普勒动态下高数据 速率直扩信号的快速捕获系统及方法，用于在卫星测控终端上实现无辅助措施情况下对上 行信号的捕获。 本专利技术采用的技术方案是： 大多普勒动态下高数据速率直扩信号的捕获系统，包括：下变频模块、本地时钟管 理单元、数据缓存模块、符号沿检测与粗捕模块、读写控制模块、NCO模块、捕获控制模块、频 谱分析模块、伪码跟踪环和载波跟踪环； 外部输入直扩信号通过下变频模块进行下变频以及降采样之后送入数据缓存模 块，数据缓存模块对数据进行移位缓存后送入符号沿检测与粗捕模块；捕获控制模块发送 控制指令给本地时钟管理单元，令本地时钟管理单元产生伪码时钟、伪码周期脉冲和数据 时钟脉冲；伪码时钟送入NCO模块，驱动NCO模块生成本地的伪码信号并送入符号沿检测与 粗捕模块；符号沿检测与粗捕模块根据接收到的本地伪码信号、数据时钟脉冲和伪码周期 脉冲，对数据缓存模块输出的移位缓存后的数据进行信号处理，即完成对直扩信号的符号 沿检测、伪码相位检测以及初步多普勒频偏估计，得到与本地伪码信号相位对齐的一路延 迟数据、多普勒频偏估值以及直扩信号的符号沿位置，之后将处理结果送入捕获控制模块， 捕获控制模块将处理结果转发到频谱分析模块中，同时捕获控制模块还产生伪码跟踪环启 动信号，控制伪码跟踪环工作，伪码跟踪环根据捕获控制送来的处理结果产生的三路伪码 信号送入频谱分析模块，频谱分当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
大多普勒动态下高数据速率直扩信号的捕获系统，其特征在于包括：下变频模块、本地时钟管理单元、数据缓存模块、符号沿检测与粗捕模块、读写控制模块、NCO模块、捕获控制模块、频谱分析模块、伪码跟踪环和载波跟踪环；外部输入直扩信号通过下变频模块进行下变频以及降采样之后送入数据缓存模块，数据缓存模块对数据进行移位缓存后送入符号沿检测与粗捕模块；捕获控制模块发送控制指令给本地时钟管理单元，令本地时钟管理单元产生伪码时钟、伪码周期脉冲和数据时钟脉冲；伪码时钟送入NCO模块，驱动NCO模块生成本地的伪码信号并送入符号沿检测与粗捕模块；符号沿检测与粗捕模块根据接收到的本地伪码信号、数据时钟脉冲和伪码周期脉冲，对数据缓存模块输出的移位缓存后的数据进行信号处理，即完成对直扩信号的符号沿检测、伪码相位检测以及初步多普勒频偏估计，得到与本地伪码信号相位对齐的一路延迟数据、多普勒频偏估值以及直扩信号的符号沿位置，之后将处理结果送入捕获控制模块，捕获控制模块将处理结果转发到频谱分析模块中，同时捕获控制模块还产生伪码跟踪环启动信号，控制伪码跟踪环工作，伪码跟踪环根据捕获控制送来的处理结果产生的三路伪码信号送入频谱分析模块，频谱分析模块对接收到的数据进行FFT频谱分析，输出最终的多普勒频偏估计值并送入载波跟踪环进行载波跟踪，从而完成对外部输入直扩信号的捕获。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑜波，吉欣，雷静，孙重磊，聂少军，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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