一种适于动态信号的快速捕获方法技术

本发明专利技术公开了一种适于动态信号的快速捕获方法，该方法包含：采用频域并行码相位搜索法进行第一次粗搜索，频率维采用串行搜索法；在第一次粗搜索得到的多普勒频偏值的一定窄带宽范围内，以更小的步进串行进行频率搜索，完成二次搜索；根据二次搜索的多普勒频偏值换算出码速率多普勒值，进而换算出捕获时间内的码位移，得到最终需要补偿的码相位，实现相位修正。本发明专利技术采用基于二次搜索和相位修正的方法补偿动态信号在捕获时间内产生的频偏和码相位偏移，可解决传统捕获方法存在捕获时间长、捕获完成时频偏和码相位已发生变化或捕获性能满足要求但对硬件要求太高等问题，既可满足动态信号的捕获要求，又可基于通用硬件平台实现。

A Fast Acquisition Method for Dynamic Signals

The invention discloses a fast acquisition method suitable for dynamic signals, which includes: the first coarse search is carried out by the frequency domain parallel code phase search method, and the frequency dimension is carried out by the serial search method; within a certain narrow bandwidth of the Doppler frequency offset obtained by the first coarse search, the second search is completed by a smaller step-by-step serial search; and according to the multiple secondary searches. Puller frequency offset is converted to code rate Doppler value, and then the code displacement in acquisition time is converted to get the code phase which needs to be compensated finally, so as to realize phase correction. The method of compensating the frequency offset and code phase offset of dynamic signal in acquisition time based on second search and phase correction can solve the problems of long acquisition time, time-frequency offset of acquisition completion and code phase change or acquisition performance satisfying the requirement of hardware, which not only meets the acquisition requirement of dynamic signal, but also can be based on pass-through. It is implemented on hardware platform.

【技术实现步骤摘要】
一种适于动态信号的快速捕获方法
本专利技术涉及动态环境下的信号捕获领域，特别涉及一种适于动态信号的快速捕获方法。
技术介绍
用户终端与航天器之间较高的相对速度和相对加速度，会产生较大的多普勒频偏和多普勒变化率，因此用户终端需解决动态环境下的信号捕获问题。专利申请1(基于优化并行码相位搜索的GPS捕获电路，CN106093981A，2016)采用频域并行码相位搜索法将时域的相关运算变换成频域的乘法运算可并行完成码相位的搜索，但频率维仍需要串行搜索，在高动态信号环境下，多普勒搜索范围较宽，捕获时间较长，当捕获完成时多普勒频率已经发生变化，码相位也在捕获时间内产生位移，因此捕获到的频率和码相位由于信号的动态特性而存在偏差。专利申请2(高动态卫星导航接收机中的信号快速捕获方法及装置，CN101005293A，2007)通过分段相关并进行FFT计算估计信号的频偏，但对码相位的搜索需要对扩频序列的每一个码相位进行滑动遍历搜索，在扩频码序列较长时捕获时间较长，同样存在上述问题。专利申请3(一种基于匹配滤波的GPS捕获单元设计方法，CN102928854A，2013)采用匹配滤波法，在一个或几个时钟周期内完成整个扩频码序列的相关(假设扩频码序列长度为N)，然后滑动一个码相位单位并计算相关结果，对相关结果进行FFT计算估计多普勒频率，整个搜索过程只需要N的一倍或几倍个时钟周期即可完成，捕获时间短，但是这个算法对硬件要求较高，且在扩频码序列长度增加时对资源的要求会直线增长，该算法的应用也因此受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适于动态信号的快速捕获方法，针对动态信号，采用基于二次搜索和相位修正的方法补偿动态信号在捕获时间内产生的频偏和码相位偏移，在对硬件资源要求不高的前提下可以准确捕获到动态信号的多普勒频率及扩频序列的码相位，可以解决传统捕获方法存在捕获时间长、捕获完成时频偏和码相位已经发生变化、或者捕获性能满足要求但对硬件要求太高等问题，能在高动态信号环境下完成扩频信号频率和码相位的准确捕获，既可以满足动态信号的捕获要求，又可以基于通用硬件平台即可实现。为了达到上述目的，本专利技术提供通过以下技术方案实现：一种适于动态信号的快速捕获方法，包含以下步骤：采用频域并行码相位搜索法进行第一次粗搜索，其中，频率维采用串行搜索法；在第一次粗搜索得到的多普勒频偏值的一定窄带宽范围内，以更小的步进串行进行频率搜索，完成二次搜索；根据二次搜索的多普勒频偏值换算出码速率多普勒值，进而换算出捕获时间内的码位移，得到最终需要补偿的码相位，实现相位修正。优选地，所述第一次粗搜索过程中进一步包含：S1、根据多普勒范围和通信速率，确定粗搜步长，得到若干个第一串行频率搜索单元，初始化第一串行频率搜索单元的编号n为0，初始化第一本地载波NCO频率；S2、本地产生的载波信号对接收信号进行下变频，变频后的基带信号进行频域并行码相位搜索，并记录谱峰；S3、第一串行频率搜索单元的编号n加1，得到另一第一本地载波NCO频率，重复执行所述步骤S2，直到所有的第一串行频率搜索单元全部搜索完成，得到若干组第一搜索结果；S4、在所有组第一搜索结果中搜索谱峰的最大值，根据最大谱峰所在的第一串行频率搜索单元的编号计算出粗搜频率值Fco。优选地，所述步骤S1中，初始化的第一本地载波NCO频率为多普勒范围下限。优选地，所述步骤S3中，所述另一第一本地载波NCO频率＝多普勒范围下限+n*粗搜步长。优选地，所述二次搜索过程中进一步包含：S5、根据第一次粗搜方法得到的粗搜频率值Fco确定二次搜索的多普勒范围，设定二次搜索的频率搜索步长，得到若干个第二串行频率搜索单元，初始化第二串行频率搜索单元的编号m为0，初始化第二本地载波NCO频率；S6、本地产生的载波信号对接收信号进行下变频，变频后的基带信号进行频域并行码相位搜索，并记录谱峰，其中，二次搜索时间记作Tcap2；S7、第二串行频率搜索单元的编号m加1，得到另一第二本地载波NCO频率，重复执行所述步骤S6，直到所有第二串行频率搜索单元的二次搜索全部完成，得到若干组二次搜索结果；S8、在所有组二次搜索结果中找到谱峰的最大值，计算出对应的多普勒频偏值Ffine，并记录谱峰的位置pos_ca；S9、根据所述多普勒频偏值Ffine计算码速率多普勒fCA，得出捕获时间内产生的码位移，其中，码位移＝码速率多普勒fCA*二次搜索时间Tcap2，最终得到需要补偿的码相位pos_ca_final＝pos_ca+fCA*Tcap2。优选地，所述步骤S5中，二次搜索的多普勒范围为粗搜频率值Fco±x，x为一定大小的频率值。优选地，所述步骤S5中，初始化的第二本地载波NCO频率为二次搜索的多普勒范围下限。优选地，所述另一第二本地载波NCO频率＝二次搜索的多普勒范围下限+m*二次搜索的频率搜索步长。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：针对动态信号要求捕获时间短，且捕获频率和码相位在捕获时间内产生偏差的问题，本专利技术采用基于二次搜索和相位修正的捕获方法，通过增加二次搜索模块，以较小的时间开销可以获得更高的多普勒捕获精度，同时保证了较短的捕获时间，并通过相位修正方法消除捕获时间内产生的码相位偏差，进而提高了码相位捕获精度；同时该算法对硬件资源要求不高，可在一般通用硬件平台上实现，和匹配滤波等算法相比具有很好的适用性。附图说明图1为本专利技术的码相位并行搜索、频率串行搜索的捕获原理框图；图2为本专利技术的基于二次搜索和相位修正的捕获流程框图。具体实施方式为了使本专利技术更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。本专利技术的适于动态信号的快速捕获方法采用基于二次搜索和相位修正的方法实现动态信号的捕获，对不同体制的信号具有通用性。下文以非相干直接序列扩频，通信频段为2.2GHz，通信速率是8kbps，扩频码长度是1023，扩频码速率是10.23Mcps，多普勒范围是±80kHz，多普勒变化率是10kHz/s的信号体制为例进行介绍。如图1所示，第一次搜索采用频域并行码相位搜索法，频率维采用串行搜索法。具体地，首先初始化频率为多普勒范围的下限-80kHz，用此频率对接收信号进行混频得到下变频后的基带信号，分别计算基带信号和扩频码序列的FFT(快速傅里叶变换)，然后将两者进行共轭相乘得到乘积，对乘积进行IFFT(快速傅里叶反变换)计算并搜索IFFT结果的模值，记录谱峰的最大值和对应位置；依次将频率增加一个搜索步长后重新进行前面步骤的计算，直到完成整个多普勒范围(±80kHz)内的搜索，搜索出所有谱峰的最大值和对应位置，根据所在的组号可以计算出多普勒频率，根据最大值的对应位置可以得出码相位的位置。上述方法涉及到多次混频、FFT、IFFT等运算，可以采用快速处理方法。具体地，存储1个bit时间长度的样点数据到RAM(随机存取存储器)中，然后采用高时钟域读出并在高时钟域进行所有的运算。第一次搜索在整个多普勒范围内以预定频率步长进行搜索，当通信速率较低时，频率步长不能太大，因此在多普勒范围较宽时，搜索区间较多，即时采用高时钟域快速处理方法，第一次搜索也需要较长的时间。以本专利技术为例，搜索步长为1kHz，共161个搜索区间，采用16个bit非相干累积，高倍时钟速率是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于动态信号的快速捕获方法，其特征在于，包含以下过程：采用频域并行码相位搜索法进行第一次粗搜索，其中，频率维采用串行搜索法；在第一次粗搜索得到的多普勒频偏值的一定窄带宽范围内，以更小的步进串行进行频率搜索，完成二次搜索；根据二次搜索的多普勒频偏值换算出码速率多普勒值，进而换算出捕获时间内的码位移，得到最终需要补偿的码相位，实现相位修正。

【技术特征摘要】
1.一种适于动态信号的快速捕获方法，其特征在于，包含以下过程：采用频域并行码相位搜索法进行第一次粗搜索，其中，频率维采用串行搜索法；在第一次粗搜索得到的多普勒频偏值的一定窄带宽范围内，以更小的步进串行进行频率搜索，完成二次搜索；根据二次搜索的多普勒频偏值换算出码速率多普勒值，进而换算出捕获时间内的码位移，得到最终需要补偿的码相位，实现相位修正。2.如权利要求1所述的适于动态信号的快速捕获方法，其特征在于，所述第一次粗搜索过程中进一步包含：S1、根据多普勒范围和通信速率，确定粗搜步长，得到若干个第一串行频率搜索单元，初始化第一串行频率搜索单元的编号n为0，初始化第一本地载波NCO频率；S2、本地产生的载波信号对接收信号进行下变频，变频后的基带信号进行频域并行码相位搜索，并记录谱峰；S3、第一串行频率搜索单元的编号n加1，得到另一第一本地载波NCO频率，重复执行所述步骤S2，直到所有的第一串行频率搜索单元全部搜索完成，得到若干组第一搜索结果；S4、在所有组第一搜索结果中搜索谱峰的最大值，根据最大谱峰所在的第一串行频率搜索单元的编号计算出粗搜频率值Fco。3.如权利要求2所述的适于动态信号的快速捕获方法，其特征在于，所述步骤S1中，初始化的第一本地载波NCO频率为多普勒范围下限。4.如权利要求3所述的适于动态信号的快速捕获方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述另一第一本地载波NCO频率＝多普勒范围下限+n*粗搜步长。5.如权利要求2所述的适于动态信号的快速捕获方法，其特征在于，所述二...

【专利技术属性】
技术研发人员：董国英，蒋开创，李名祺，范明慧，王召利，高承帅，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31