基于多匹配滤波器的跳码直扩同步捕获方法技术

基于多匹配滤波器的跳码直扩同步捕获方法，涉及扩频通信领域。本发明专利技术是为了实现在保持系统复杂度不变的前提下，降低捕获时间的同时提高捕获性能。本发明专利技术的方案为：对于输入基带扩频信号，所述输入基带扩频信号包含M个跳码码元，采用并行的M个匹配滤波器对所述M个跳码码元进行匹配，当其中任意一个匹配滤波器确认捕获后，则结合本地跳码图案实现对整个跳码序列的捕获。本发明专利技术适用于基于多匹配滤波器法的跳码直扩的捕获系统中。

【技术实现步骤摘要】
基于多匹配滤波器的跳码直扩同步捕获方法
本专利技术涉及扩频通信领域。
技术介绍
在抗干扰性和保密性要求较高的卫星通信以及军事通信领域，跳码直扩通信系统得到了较广泛的应用，而跳码同步捕获是跳码直扩通信系统中的关键技术。所谓捕获实际上就是在一个周期内通过相关运算进行伪码相位的搜索过程。在扩频接收系统中伪码捕获算法的种类有很多，如发送参考序列、统一定时法，虽然这些方法的设计结构简单易于实现，但是局限性较大，性能较差，捕获时间较长，耗时太大无法完成同步任务。近年来又陆续出现了改进的捕获方案，如相关搜索，单匹配滤波法等，虽然较之前的捕获性能有所提高，但由于一般跳码信号周期比较大，理想情况下捕获法的捕获周期较长，在实际应用中信道情况复杂，在考虑虚假捕获、漏捕获等因素后，也很难在较短时间内完成跳码信号的捕获。因此，目前的这些捕获方案中，始终存在捕获效率和系统硬件复杂度之间的矛盾：即捕获性能的改善要以复杂度的提高为代价。如何在保持系统复杂度不变的前提下，进一步降低捕获时间，提高捕获性能，在两方面的平衡点是我们所追求的。因此在实际的工程中，在实现起来并不复杂的条件下具有良好的捕获性能显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术是为了实现在保持系统复杂度不变的前提下，降低捕获时间的同时提高捕获性能，从而提供一种基于多匹配滤波器的跳码直扩同步捕获方法。基于多匹配滤波器的跳码直扩同步捕获方法，该方法具体为：对于输入基带扩频信号，所述输入基带扩频信号包含M个跳码码元的跳码序列，采用并行的M个匹配滤波器对所述M个跳码码元进行匹配，当其中任意一个匹配滤波器确认捕获后，则结合本地跳码图案实现对整个跳码序列的捕获。每个匹配滤波器的信号处理方法为：将输入基带扩频信号分别输入到N个移位寄存器进行延迟，然后分别与本地扩频序列相乘，然后将相乘后的结果累加，经门限判决后将相关值输出，N为正整数。在捕获过程中，本地扩频序列静止不变，接收信号分别与多个扩频本地序列进行相关处理，将这些相关处理值通过比较器比较，选择出数值最大的一路，作为捕获到的接收序列的估计序列。本专利技术提出了一种新的跳码直扩捕获方法，即：多匹配滤波器捕获方法。本专利技术在未增加设备复杂度的前提下，捕获性能得到大幅度提升。从仿真结果可以看到，多匹配滤波器的输出有良好的序列值相关性，自相关峰值出现频率更高，捕获时间进一步缩小；且在更小的信噪比(5dB)条件下能够正确有效的捕获，即：大幅度提高了捕获效率。在实际的工程应用领域中应用本专利技术，会使采用基于多匹配滤波器法的跳码直扩的捕获系统中，性能更好、实现更简单、应用更广泛。附图说明图1是本专利技术实施的多匹配滤波器捕获原理示意图；图2是匹配滤波器具体单元的结构示意图；图3是多匹配滤波器仿真输出采样点数仿真示意图；图4是多匹配滤波器仿真捕获特性曲线仿真示意图。具体实施方式具体实施方式一、本专利技术提出了基于多匹配滤波器的跳码直扩同步捕获方法，本专利技术的主要思路是利用多个回路并基于匹配滤波器来实现并行同步捕获。如图1所示，多匹配滤波器捕获是利用并行的多个匹配滤波器对整个扩频码元进行匹配以实现伪码的捕获，利用多匹配滤波器实现同步的最大优点是实现简单，速度较快。基本实现模块是由数字匹配滤波器构成，其特点是编程简单实现灵活。其中数字匹配滤波器由延迟单元、乘法器和累加器3部分组成，具体原理如图2。抽头系数为双极性扩频码，输入基带扩频信号首先输入到移位寄存器，移位寄存器的信号与本地扩频序列相乘，并把相乘后的结果相加，得到两个序列的相关值。在捕获过程中，本地序列静止不变，接收信号分别与多个本地序列进行相关处理，将这些相关处理值通过比较器比较，选择出数值最大的一路，作为捕获到的接收序列的估计序列。相关过程相当于接收信号滑过本地序列，每一路都产生一个相关结果，当接受信号与该路本地序列相位对齐时，出现相关峰值，结果最大，认为完成同步。多匹配滤波器捕获法的本质是将串行的信号进行多路并行处理，用加法耦合器代替时间顺序积分器，因此大大节省了判断有用信号相位是否匹配的时间。原理：跳变次数周期为M的跳变图案控制产生的跳码序列为P1P2P3P4…Pm，码元周期为Tc，伪码长度为N，匹配滤波器的本地码相位设置与其中某个伪码相同。常规的匹配滤波器捕获跳码信号的时间最小为一个码元周期Tc，最大为M*N*Tc。当M很大时，不能满足实际应用的需要。匹配滤波器的捕获时间制约了跳码图案的复杂度，系统的抗截获和反侦察的能力下降。而跳码序列通过多个匹配滤波器回路并行处理，只要其中某一个匹配滤波器确认捕获，就可以结合本地跳码图案实现整个序列的捕获。对于跳变次数周期为M的跳变图案如果采用M个匹配滤波器，可以实现最快一个码元周期Tc，最慢为N*Tc的捕获时间，由于跳码直扩采用的伪码长度一般都不大，因此多匹配滤波器法可以实现跳码序列的超快速捕获。对于跳码周期M过大，难以实现对应数量的多匹配滤波器同时捕获，可以降低匹配滤波器数量为L。按照跳码序列等间隔的设置多匹配滤波的相位，能够最大限度的减少捕获时间。对于跳码序列为P1P2P3P4…Pm采用L个匹配滤波器捕获，按照等间隔的设置匹配滤波器的初始相位为P1，P1+INT(M/L)，P1+2INT(M/L)…Pm。INT(X)表示对其取整。此时，系统捕获时间最短为Tc，最长为INT(M/L)Tc。实际应用中，合理安排M和L的值，就可以实现对跳码信号的快速捕获。然后通过Matlab仿真，搭建了基于多匹配滤波器的跳码直扩捕获系统，从理论上得到了如图3和图4的仿真结果。从图3可以看到采用多匹配滤波器并行捕获，同样具有良好的序列值相关函数输出，说明双匹配滤波器的改进至少不会增加捕获难度；且在双匹配滤波系统的输出中，自相关峰值出现频率更高，在同样的2000个采样时间内，可捕获的点的数量增加，也就是说，双匹配滤波系统捕获时间缩短了。从图4可以看出，在信噪比为-15db附近开始正确捕获，而-15db以下无法正确捕获，这是由于匹配滤波器的限制。匹配滤波器在低信噪比下，跳码序列的自相关峰湮没在旁瓣分量中，无法完成捕获；多匹配滤波器捕获法在信噪比为5db的时候捕获概率，就达到了1，对应的虚警概率为0，比其他方法正确捕获时所需的信噪比要低很多；这说明在正常可捕获信噪比范围内，双匹配滤波器捕获法的捕获概率要高于其他方法，也就是提高相同信噪条件下的捕获概率，即提高了捕获效率。实际应用中，跳码图案根据需要可以随时改变，只要跳码码组不变，就可以编程改变多匹配滤波器的初始状态，实现新跳码序列的捕获。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于多匹配滤波器的跳码直扩同步捕获方法，其特征是：该方法具体为：对于输入基带扩频信号，所述输入基带扩频信号包含M个跳码码元的跳码序列，采用并行的M个匹配滤波器对所述M个跳码码元进行匹配，当其中任意一个匹配滤波器确认捕获后，则结合本地跳码图案实现对整个跳码序列的捕获。

【技术特征摘要】
1.基于多匹配滤波器的跳码直扩同步捕获方法，其特征是：该方法具体为：对于输入基带扩频信号，所述输入基带扩频信号包含M个跳码码元的跳码序列，采用并行的M个匹配滤波器对所述M个跳码码元进行匹配，当其中任意一个匹配滤波器确认捕获后，则结合本地跳码图案实现对整个跳码序列的捕获。2.根据权利要求1所述的基于多匹配滤波器的跳码直扩同步捕获方法，其特征在于每个匹配滤波器的信号处理方法为：将输入基带扩频信号分别输入到N个移位寄存器进行延迟，然后分别与本地扩频序列相乘，然后将相乘后的结果累加，经门限判决后将相关值输出，N为正整数。3.根据权利要求2所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭士增，李岩，王孝，魏守明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23