一种基于FPGA的卫星信号高速解调方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的卫星信号高速解调方法，该方法先对DDC基带信号进行预滤波后检测突发起始位置，统计载频个数和频点，再采用多通道DDC模块分离各路信号后对每个单通道数据分别进行解调，并进行频偏估计和相偏估计，最后经解映射及差分译码得到解调结果。本发明专利技术能够对位同步参数进行快速估计，利用最佳采样点的特性，对数据作能量统计，只需N个时钟周期即可计算出位同步参数，相较于其他需要CORDIC核计算角度的算法，本发明专利技术的算法简单易行，耗费的逻辑资源少且运算速度快。耗费的逻辑资源少且运算速度快。耗费的逻辑资源少且运算速度快。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的卫星信号高速解调方法


[0001]本专利技术涉及通信
，具体涉及一种基于FPGA的卫星信号高速解调方法。

技术介绍

[0002]卫星通信定义为：地球上的无线电通信站之间通过人造地球卫星作为中继站点而进行的通信。卫星通信对调制信号有以下要求：具有恒定包络，快速高频滚降，主瓣较窄，旁瓣功率小。常使用PSK调制。解调的关键是同步技术，包括位同步与载波同步。而因为消息是一串连续的码元序列，解调时必须知道码元的起止时刻，即需要先进行位同步。电台通信时要正确地接收对方的消息，接收方必须从接收信号中恢复出载波信号，使双方载波的频率、相位一致，即需要载波同步。
[0003]卫星通信的传输速率在快速增长，采用FPGA是适应高速、实时处理需求的唯一技术途径。FPGA的特点是其高度并行架构，可以使计算数据吞吐率与时钟速率(Xilinx V7系列可达741Mhz)相等，因此适合用于构建多通道数字信号处理系统。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种基于FPGA的卫星信号高速解调方法。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于FPGA的卫星信号高速解调方法，包括以下步骤：
[0007]S1、对输入的DDC基带信号进行预滤波；
[0008]S2、基于时域能量检测DDC基带信号的突发起始位置，同时从突发起始位置开始缓存DDC基带信号作为第一组缓存数据，记录噪声门限，并根据噪声门限判断是否存在连续突发；
[0009]S3、根据突发起始位置，对第一组缓存数据以一个时隙长度进行FFT运算，同时缓存FFT运算结果作为第二组缓存数据；
[0010]S4、对第二组缓存数据进行能量统计，得到载频个数，并计算频点及对应的带宽；
[0011]S5、读取第二组缓存数据，根据S4得到的载频个数、频点和带宽经多通道DDC模块分离各路信号；
[0012]S6、对S5得到的多通道数据分别进行解调，同时缓存各个单通道数据，作为第三组缓存数据；
[0013]S7、基于各个单通道数据的最佳采样点对第三组缓存数据进行抽取，得到位同步校正数据；
[0014]S8、对位同步校正数据作4次方运算和FFT运算，根据FFT运算结果的幅度最大点对应频率确定载波频偏值，同时缓存位同步校正数据作为第四组缓存数据；
[0015]S9、将载波频偏值与第四组缓存数据相乘，得到频偏补偿后的数据；
[0016]S10、将频偏补偿后的数据作4次方运算后，输入至CORDIC核进行求角度运算，根据
CORDIC核运算结果确定载波相偏值，同时缓存频偏补偿后的数据作为第五组缓存数据；
[0017]S11、将载波相偏值与第五组缓存数据相乘，得到相偏补偿后的数据；
[0018]S12、将相偏补偿后的数据输入解映射及差分译码模块得到解调结果。
[0019]进一步地，所述基于时域能量检测DDC基带信号的突发起始位置，具体包括以下分步骤：
[0020]S2
‑1‑
1、在DDC基带信号的有效段的前半段构建第一窗口，后半段构建第二窗口，分别计算第一窗口和第二窗口内数据的能量，并计算能量差；
[0021]S2
‑1‑
2、按设定步长将第一窗口和第二窗口向后滑动，根据所有计算的能力差的最大值确定每帧信号的起始、停止位置。
[0022]进一步地，所述分别计算第一窗口和第二窗口内数据的能量，并计算能量差的计算公式为：
[0023][0024][0025][0026]式中，w1
(n)
表示第一窗口内数据的能量，w2
(n)
表示第二窗口内数据的能量，Δ
(n)
表示第一窗口和第二窗口内数据的能量差，L表示DDC基带信号的有效段长度，r
n
‑
m
表示输入第一个窗的数据，表示表示输入第一个窗的数据的共轭，r
n+l
表示输入第二个窗的数据，表示表示输入第二个窗的数据的共轭，其中n，m，l表示数据的序号。
[0027]进一步地，所述根据噪声门限判断是否存在连续突发，具体包括以下分步骤：
[0028]S2
‑2‑
1、从突发起始位置向后移动一个时隙长度，分别计算移动位置后的第一数量和第二数量个点的能量；
[0029]S2
‑2‑
2、比较移动位置后三个不同长度窗内能量的大小，判断是否存在连续突发，具体为：
[0030]若第二数量个点的能量小于第一噪声门限阈值，则移动位置后不存在连续突发；
[0031]若第二数量个点的能量大于第一噪声门限阈值，则移动位置后存在连续突发。
[0032]进一步地，所述判断是否存在连续突发还包括判断在存在连续突发的情况下保护时隙为第一保护时隙或第二保护时隙，具体为：
[0033]若第一数量个点的能量小于第二噪声门限阈值，则在存在连续突发的情况下保护时隙为第一保护时隙；
[0034]若第一数量个点的能量大于第二噪声门限阈值，则在存在连续突发的情况下保护时隙为第二保护时隙。
[0035]进一步地，所述对第二组缓存数据进行能量统计，得到载频个数，并计算频点及对应的带宽，具体包括以下分步骤：
[0036]S4
‑
1、采用下式计算第二组缓存数据的均方根值，作为噪声门限；
[0037][0038]式中，f
n
表示第二组缓存数据，N表示数据的缓存数据的总长度；
[0039]S4
‑
2、采用下式计算实际的噪声门限；
[0040][0041]式中，N1表示符合条件的第二组缓存数据个数；
[0042]S4
‑
3、设定误差门限thread5和带宽范围bw1，bw2，0＜bw1＜bw2，根据以下约束条件确定载频个数，并计算频点及对应的带宽；
[0043][0044]式中，BW表示检测的信号带宽。
[0045]进一步地，所述读取第一组缓存数据，根据S4得到的载频个数、频点和带宽经多通道DDC模块分离各路信号，具体包括以下分步骤：
[0046]S5
‑
1、调用数字控制振荡器IP核生成相应载频的I/Q信号；
[0047]S5
‑
2、调用乘法器IP核将生成的I/Q信号与第一组缓存数据相乘，得到I/Q数据；
[0048]S5
‑
3、对得到的I/Q数据进行滤波，得到多通道数据。
[0049]进一步地，所述对S5得到的多通道数据分别进行解调，同时缓存各个单通道数据，作为第三组缓存数据，具体包括以下分步骤：
[0050]S6
‑
1、以过采倍数N为间隔统计一个时隙内各个单通道数据的能量pn，表示为：
[0051][0052]式中，x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的卫星信号高速解调方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对输入的DDC基带信号进行预滤波；S2、基于时域能量检测DDC基带信号的突发起始位置，同时从突发起始位置开始缓存DDC基带信号作为第一组缓存数据，记录噪声门限，并根据噪声门限判断是否存在连续突发；S3、根据突发起始位置，对第一组缓存数据以一个时隙长度进行FFT运算，同时缓存FFT运算结果作为第二组缓存数据；S4、对第二组缓存数据进行能量统计，得到载频个数，并计算频点及对应的带宽；S5、读取第二组缓存数据，根据S4得到的载频个数、频点和带宽经多通道DDC模块分离各路信号；S6、对S5得到的多通道数据分别进行解调，同时缓存各个单通道数据，作为第三组缓存数据；S7、基于各个单通道数据的最佳采样点对第三组缓存数据进行抽取，得到位同步校正数据；S8、对位同步校正数据作4次方运算和FFT运算，根据FFT运算结果的幅度最大点对应频率确定载波频偏值，同时缓存位同步校正数据作为第四组缓存数据；S9、将载波频偏值与第四组缓存数据相乘，得到频偏补偿后的数据；S10、将频偏补偿后的数据作4次方运算后，输入至CORDIC核进行求角度运算，根据CORDIC核运算结果确定载波相偏值，同时缓存频偏补偿后的数据作为第五组缓存数据；S11、将载波相偏值与第五组缓存数据相乘，得到相偏补偿后的数据；S12、将相偏补偿后的数据输入解映射及差分译码模块得到解调结果。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的卫星信号高速解调方法，其特征在于，所述基于时域能量检测DDC基带信号的突发起始位置，具体包括以下分步骤：S2
‑1‑
1、在DDC基带信号的有效段的前半段构建第一窗口，后半段构建第二窗口，分别计算第一窗口和第二窗口内数据的能量，并计算能量差；S2
‑1‑
2、按设定步长将第一窗口和第二窗口向后滑动，根据所有计算的能力差的最大值确定每帧信号的起始、停止位置。3.根据权利要求1所述的基于FPGA的卫星信号高速解调方法，其特征在于，所述分别计算第一窗口和第二窗口内数据的能量，并计算能量差的计算公式为：算第一窗口和第二窗口内数据的能量，并计算能量差的计算公式为：算第一窗口和第二窗口内数据的能量，并计算能量差的计算公式为：
式中，w1
(n)
表示第一窗口内数据的能量，w2
(n)
表示第二窗口内数据的能量，Δ
(n)
表示第一窗口和第二窗口内数据的能量差，L表示DDC基带信号的有效段长度，r
n
‑
m
表示输入第一个窗的数据，表示表示输入第一个窗的数据的共轭，r
n+l
表示输入第二个窗的数据，表示表示输入第二个窗的数据的共轭，其中n,m,l表示数据的序号。4.根据权利要求1所述的基于FPGA的卫星信号高速解调方法，其特征在于，所述根据噪声门限判断是否存在连续突发，具体包括以下分步骤：S2
‑2‑
1、从突发起始位...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华，鲁泽清，雷鑫，罗军，
申请(专利权)人：北京科电航宇空间技术有限公司，
类型：发明
国别省市：