一种基于PMF-FFT算法在FPGA上实现信号捕获的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于PMF

【技术实现步骤摘要】
一种基于PMF
‑
FFT算法在FPGA上实现信号捕获的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于PMF
‑
FFT算法在FPGA上实现信号捕获的方法，属于卫星通信系统信号捕获


技术介绍

[0002]在卫星通信高动态的环境下，较大的多普勒频偏及多普勒频偏变化率对捕获的性能和时间造成了很大影响，而PMF
‑
FFT算法在搜索多普勒频偏范围和捕获时间具有较大优势。基于部分匹配滤波器与FFT结构的捕获算法，是一种时频二维并行搜索算法，既能克服多普勒频偏较大时，串行搜索和并行码相位搜索速度慢的缺点，又能克服单采用匹配滤波器捕获方式相关峰值衰减严重的不足，既能快速完成码相位搜索，又能在多普勒频偏较大时精确估计出频偏。
[0003]然而，虽然PMF
‑
FFT捕获算法以及其改进算法的理论日益完善，但却没有一个体系的通用的硬件实现方法。PMF
‑
FFT算法包括多个部分匹配滤波器、FFT运算和门限判断等主要模块。如果设计中，总的匹配滤波器的长度过长，采用直接型匹配滤波器设计法的话，就会消耗过多的寄存器资源和乘法器和加法器资源，是设计难点。FFT运算采用硬件实现时，是需要运算时间的，在运算时间期间内FFT模块不能处理数据，但是部分匹配滤波器还在不间断产生数据，如何保证数据不丢失也是设计难点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于PMF
‑
FFT算法在FPGA上实现信号捕获的方法，以解决现有技术缺陷。
[0005]一种基于PMF
‑
FFT算法在FPGA上实现信号捕获的方法，所述方法包括：
[0006]将带有频率偏移和码元相位偏移的信号输入到部分匹配滤波模块，得到部分匹配滤波相关值；
[0007]将每个部分匹配滤波相关值按规定的顺序保存在存储器队列中，并进行N点补零操作；
[0008]依次将每个存储器补零后的数据输送到FFT IP核中进行FFT运算，输出运算数据；
[0009]对运算数据取模的平方；
[0010]对取模的平方的数值进行最值比较，并获取最大峰值及其坐标K；
[0011]最大峰值和预设门限阈值进行比较，若超出预设门限阈值，则计算出频偏估计值。
[0012]进一步地，所述方法还包括：
[0013]设置PMF
‑
FFT算法的参数，包括总相关长度M和部分匹配滤波长度X，根据扩频码速率f
c
、扩频码的采样速率f
s
以及用于匹配滤波的伪码长度为L，得出总的相关长度M；
[0014]匹配滤波器的长度X根据系统实际的频偏范围进行确定，算法估计的频偏范围为Δf
width
，根据频偏估计范围Δf
width
得出频率分辨率Δf
unit
＝Δf
width
/N；
[0015]M＝L*(f
s
/f
c
)
[0016]M为总相关长度，L为用于匹配滤波的伪码长度，f
c
为扩频码速率，f
s
为扩频码的采样速率。
[0017]Δf
width
＝f
s
/X
[0018]Δf
width
为PMF
‑
FFT算法能估计的频偏范围，f
s
为扩频码的采样速率，X为部分匹配滤波器的系数长度；
[0019]Δf
width
＞Δf
d
[0020]Δf
width
为PMF
‑
FFT算法能估计的频偏范围，Δf
d
为接收系统实际应对的频偏范围；
[0021]Δf
unit
＝Δf
width
/N
[0022]Δf
unit
为PMF
‑
FFT算法的频率分辨率，Δf
width
为PMF
‑
FFT算法能估计的频偏范围，N为部分匹配滤波器的个数。
[0023]进一步地，所述部分匹配滤波模块的设计采用串并匹配滤波器结合乒乓操作。
[0024]进一步地，所述串并匹配滤波器结合乒乓操作的方法包括：
[0025]步骤1：构建一个接收数据移位寄存器和两个匹配滤波移位寄存器；
[0026]步骤2：创建一个只读存储器ROM，用于存放采样后的本地伪码：
[0027]步骤3：对两个匹配滤波移位寄存器进行乒乓操作实现两个匹配滤波移位寄存器实现轮换；
[0028]步骤4：部分匹配滤波器与接收数据移位寄存器进行部分相关运算，X个接收数据对应X个本地码，对应位置先相乘再相加，实现一次部分相关运算，接收数据每隔一个采样率时钟f
s
在接收数据移位寄存器里移进一个数据，再每个一个时钟周期，输出一个部分相关值。
[0029]进一步地，所述部分匹配滤波模块由接收数据移位寄存器、ROM、部分匹配滤波器一、部分匹配滤波器二和相关运算模块组成。
[0030]进一步地，将每个部分匹配滤波相关值按规定的顺序保存在存储器队列中的方法包括：
[0031]根据部分匹配滤波相关值所处的部分匹配滤波器以及在该部分匹配滤波器中输入数据所处的相位这两个依据，得出每个输出结果保存在存储器队列中的位置。
[0032]进一步地，依次将每个存储器补零后的数据输送到FFT IP核中进行FFT运算方法包括：
[0033]先将第一个存储器中的N个相关值补零后送到FFT IP核中进行FFT运算，再按顺序将剩余的存储器存取的值补零后输送到FFT IP核中进行FFT运算。
[0034]进一步地，所述N点补零操作包括：
[0035]创建一个深度为N，值为0的存储器；
[0036]将N个0值补在N个部分相关值构成2N个点，即完成N点补零操作。
[0037]进一步地，获取最大峰值及其坐标K的方法包括：
[0038]对于FFT运算，2N点的时域信号对应2N点的频域信号输出；
[0039]将2N点虚数的模的平方进行比较，得到最大值，并记录最大值对应的坐标K值。
[0040]进一步地，计算出频偏估计值的方法包括：
[0041]将最大峰值与预设的门限值进行比较；
[0042]若低于门限阈值，则没有捕获成功；若高于门限阈值，则捕获成功，此时取峰值的
对应坐标的K值，即可得到频偏估计值：
[0043]f
d_estimate
＝K*Δf
unit
[0044]f
d_estimate
为频偏估计值，K为峰值对应坐标，Δf
unit
为PMF
‑
FFT算法的频率分辨率。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PMF
‑
FFT算法在FPGA上实现信号捕获的方法，其特征在于，所述方法包括：将带有频率偏移和码元相位偏移的信号输入到部分匹配滤波模块，得到部分匹配滤波相关值；将每个部分匹配滤波相关值按规定的顺序保存在存储器队列中，并进行N点补零操作；依次将每个存储器补零后的数据输送到FFT IP核中进行FFT运算，输出运算数据；对运算数据取模的平方；对取模的平方的数值进行最值比较，并获取最大峰值及其坐标K；最大峰值和预设门限阈值进行比较，若超出预设门限阈值，则计算出频偏估计值。2.根据权利要求1所述的基于PMF
‑
FFT算法在FPGA上实现信号捕获的方法，其特征在于，所述方法还包括：设置PMF
‑
FFT算法的参数，包括总相关长度M和部分匹配滤波长度X，根据扩频码速率f
c
、扩频码的采样速率f
s
以及用于匹配滤波的伪码长度为L，得出总的相关长度M；匹配滤波器的长度X根据系统实际的频偏范围进行确定，算法估计的频偏范围为Δf
width
，根据频偏估计范围Δf
width
得出频率分辨率Δf
unit
＝Δf
width
/N；M＝L*(f
s
/f
c
)M为总相关长度，L为用于匹配滤波的伪码长度，f
c
为扩频码速率，f
s
为扩频码的采样速率。Δf
width
＝f
s
/XΔf
width
为PMF
‑
FFT算法能估计的频偏范围，f
s
为扩频码的采样速率，X为部分匹配滤波器的系数长度；Δf
width
>Δf
d
Δf
width
为PMF
‑
FFT算法能估计的频偏范围，Δf
d
为接收系统实际应对的频偏范围；Δf
unit
＝Δf
width
/NΔf
unit
为PMF
‑
FFT算法的频率分辨率，Δf
width
为PMF
‑
FFT算法能估计的频偏范围，N为部分匹配滤波器的个数。3.根据权利要求1所述的基于PMF
‑
FFT算法在FPGA上实现信号捕获的方法，其特征在于，所述部分匹配滤波模块的设计采用串并匹配滤波器结合乒乓操作。4.根据权利要求3所述的基于PMF
‑
FFT算法在FPGA上实现信号捕获的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉佳鹏，赵来定，张更新，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：