一种信息辅助的高动态微弱扩频信号快速捕获方法及装置制造方法及图纸

本申请涉及一种信息辅助的高动态微弱扩频信号快速捕获方法及装置。所述方法包括：根据空间站上搭载的GNSS接收机获取空间站的位置信息和实时速度信息，对位置信息进行计算，得到空间站相对地面基站的径向速度；根据径向速度和扩频信号的载波频率进行计算，得到载波的多普勒频移；根据多普勒频移对下变频后的中频信号进行补偿，得到实际接收信号中频；实际接收信号中频为接收信号在频域内的搜索结果；根据多普勒频移、载波频率和伪码速率估计码多普勒，进而调整本地生成伪码速率；对接收信号时域搜索采用并行方式，得到接收信号在时域内的搜索结果。采用本方法能够实现对空间站扩频信号进行快速捕获。信号进行快速捕获。信号进行快速捕获。

【技术实现步骤摘要】
一种信息辅助的高动态微弱扩频信号快速捕获方法及装置


[0001]本申请涉及空间时频传递
，特别是涉及一种信息辅助的高动态微弱扩频信号快速捕获方法及装置。

技术介绍

[0002]随着我国载人空间站技术的发展，对于卫星扩频信号的捕获，最典型的是卫星导航系统播发的卫星导航信号，地面接收机通过接收卫星导航信号，实现伪距与载波相位测量值解算，根据至少四颗卫星的测量结果，可以求解出接收机的位置。卫星导航系统卫星主要由地球同步轨道（Geostationary Earth Orbit，GEO)卫星和中轨道（Medium Earth Orbit，MEO)卫星组成，对于卫星导航信号的捕获，其本质是对接收信号完成时域与频域的二维搜索，分别得到其多普勒频移和伪码相位。空间站上搭载的微波链路时频传递系统中的扩频信号，相较于导航卫星信号，其卫星轨道高度更低，由此带来的高动态特征更加突出，地面接收机与空间站之间的速度和加速度变化范围更大，进而多普勒频偏变化范围更大、多普勒频偏变化率也更大，以目前广泛应用在卫星通信系统中的Ka频段为例，工作在该频段的微波链路，其星地链路多普勒频移将达到数百kHz量级，导致本地信号与接收信号相关结果误差随着积分时间的增加而逐渐累积；但是，对于微弱信号的接收检测，又需要增加积分时间，以提高检测灵敏度，因此这两者的矛盾十分突出。
[0003]针对高动态条件下的信号捕获，其直接带来的影响是多普勒频移变化范围更大，因此对信号进行频域搜索的范围也就变大，通常可以通过基于快速傅里叶变换的搜索方法实现对频率的并行搜索，从而减少信号捕获所需的计算量，加快捕获速度，同时也能为增加相干积分时间留出充足的时间。同时，高动态条件下多普勒频移变化率也增大，这也限制了相干积分时间的增加。高动态条件与高灵敏度对信号捕获提出了苛刻的要求，一方面，高动态条件下要求信号捕获，即时域、频域二维搜索的速度尽量快；另一方面，为提高信号捕获灵敏度，需要增加相干积分时间、采用非相干积分手段。需要提出新的方法，实现对两者的折衷与综合考虑。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现对空间站或低轨卫星星地微波时频比对链路扩频信号进行快速捕获的高动态微弱扩频信号快速捕获方法及装置。
[0005]一种信息辅助的高动态微弱扩频信号快速捕获方法，所述方法包括：根据空间站上搭载的GNSS接收机获取空间站的位置信息和实时速度信息，对位置信息进行计算，得到地面站之间的角度信息；利用实时速度信息和地面站之间的角度信息进行计算，得到空间站相对地面基站的径向速度；根据径向速度和扩频信号的载波频率进行计算，得到载波的多普勒频移；对载波进行下变频，根据多普勒频移对下变频后的中频信号进行补偿，得到实际
接收信号中频；实际接收信号中频作为接收信号在频域内的捕获搜索结果；根据多普勒频移、载波频率和伪码速率对码多普勒进行估计，得到本地伪码速率；利用本地伪码速率生成本地伪码；对接收信号码相位进行并行搜索，在得到模数转换器采集到的数字中频信号后，将数字中频信号分别与I支路和Q支路上的本地复制正弦载波信号和本地复制余弦载波信号相乘混频，得到混频结果；本地复制正弦载波信号和本地复制余弦载波信号频率为实际接收信号中频；对混频结果以复数的形式进行傅里叶变换，将变换结果与本地伪码的傅里叶变换结果的共轭相乘，再对乘积进行傅里叶反变换，得到接收信号与本地信号在时域内的捕获搜索结果；接收信号在频域内的捕获搜索结果和接收信号在时域内的捕获搜索结果为信号捕获结果。
[0006]在其中一个实施例中，利用当前时刻连续多次GNSS接收机输出的位置信息和实时速度信息，对下一时刻空间站相对地面的多普勒信息进行估计，根据得到的多普勒频移预测估计值对空间站相对地面基站运动引起的多普勒频移进行高阶补偿。
[0007]在其中一个实施例中，根据GNSS接收机输出的空间站位置坐标，计算空间站与地面站的距离，利用空间站与地面站的距离确定信号传输时延；根据信号传输时延确定时域码相位捕获范围；利用空间站与地面站的距离确定信号传输时延为其中，表示地面基站的位置坐标，表示空间站在时刻的位置信息，表示时刻空间站与地面基站的距离，表示光速。
[0008]在其中一个实施例中，对位置信息进行计算，得到地面站之间的角度信息，包括：对位置信息进行计算，得到地面站之间的角度信息为。
[0009]在其中一个实施例中，利用实时速度信息和地面站之间的角度信息进行计算，得到空间站相对地面基站的径向速度，包括：利用实时速度信息和地面站之间的角度信息进行计算，得到空间站相对地面基站的径向速度为其中，表示空间站在时刻的实时速度信息。
[0010]在其中一个实施例中，根据径向速度和扩频信号的载波频率进行计算，得到载波的多普勒频移，包括：根据径向速度和扩频信号的载波频率进行计算，得到载波的多普勒频移为，其中，表示扩频信号的载波频率，表示光速。
[0011]在其中一个实施例中，根据多普勒频移对下变频后的中频信号进行补偿，得到实
际接收信号中频，包括：根据多普勒频移对下变频后的中频信号进行补偿，得到实际接收信号中频为，其中，表示中频信号。
[0012]在其中一个实施例中，根据多普勒频移、载波频率和伪码速率对码多普勒进行估计，得到本地伪码速率，包括：根据多普勒频移、载波频率和伪码速率对码多普勒进行估计，得到码多普勒为，其中，表示地面站发射的伪码速率；根据码多普勒和伪码速率进行相加，得到本地伪码速率。
[0013]一种信息辅助的高动态微弱扩频信号快速捕获装置，所述装置包括：径向速度计算模块，用于根据空间站上搭载的GNSS接收机获取空间站的位置信息和实时速度信息，对位置信息进行计算，得到地面站之间的角度信息；利用实时速度信息和地面站之间的角度信息进行计算，得到空间站相对地面基站的径向速度；多普勒频移计算模块，用于根据径向速度和扩频信号的载波频率进行计算，得到载波的多普勒频移；信号频域搜索模块，用于对载波进行下变频，根据多普勒频移对下变频后的中频信号进行补偿，得到实际接收信号中频；实际接收信号中频作为接收信号在频域内的捕获搜索结果；信号时域搜索模块，用于根据多普勒频移、载波频率和伪码速率对码多普勒进行估计，得到本地伪码速率；利用本地伪码速率生成本地伪码；对接收信号码相位进行并行搜索，在得到模数转换器采集到的数字中频信号后，将数字中频信号分别与I支路和Q支路上的本地复制正弦载波信号和本地复制余弦载波信号相乘混频，得到混频结果；本地复制正弦载波信号和本地复制余弦载波信号频率为实际接收信号中频；对混频结果以复数的形式进行傅里叶变换，将变换结果与本地伪码的傅里叶变换结果的共轭相乘，再对乘积进行傅里叶反变换，得到接收信号与本地信号在时域内的捕获搜索结果；接收信号在频域内的捕获搜索结果和接收信号在时域内的捕获搜索结果为信号捕获结果。
[0014]上述一种信息辅助的高动态微弱扩频信号快速捕获方法、装置、计算机设备和存储介质，本申请利用空间站上搭载的GNSS接收机获取空间站的位置信息和实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种信息辅助的高动态微弱扩频信号快速捕获方法，其特征在于，所述方法包括：根据空间站上搭载的GNSS接收机获取空间站的位置信息和实时速度信息，对所述位置信息进行计算，得到地面站之间的角度信息；利用所述实时速度信息和地面站之间的角度信息进行计算，得到空间站相对地面基站的径向速度；根据所述径向速度和扩频信号的载波频率进行计算，得到载波的多普勒频移；对所述载波进行下变频，根据所述多普勒频移对下变频后的中频信号进行补偿，得到实际接收信号中频；所述实际接收信号中频作为接收信号在频域内的捕获搜索结果；根据所述多普勒频移、载波频率和伪码速率对码多普勒进行估计，得到本地伪码速率；利用所述本地伪码速率生成本地伪码；对接收信号码相位进行并行搜索，在得到模数转换器采集到的数字中频信号后，将数字中频信号分别与I支路和Q支路上的本地复制正弦载波信号和本地复制余弦载波信号相乘混频，得到混频结果；所述本地复制正弦载波信号和本地复制余弦载波信号频率为实际接收信号中频；对所述混频结果以复数的形式进行傅里叶变换，将变换结果与所述本地伪码的傅里叶变换结果的共轭相乘，再对乘积进行傅里叶反变换，得到接收信号与本地信号在时域内的捕获搜索结果；所述接收信号在频域内的捕获搜索结果和接收信号在时域内的捕获搜索结果为信号捕获结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：利用当前时刻连续多次GNSS接收机输出的位置信息和实时速度信息，对下一时刻空间站相对地面的多普勒信息进行估计，根据得到的多普勒频移预测估计值对空间站相对地面基站运动引起的多普勒频移进行高阶补偿。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据GNSS接收机输出的空间站位置坐标，计算所述空间站与地面站的距离，利用所述空间站与地面站的距离确定信号传输时延；根据所述信号传输时延确定时域码相位捕获范围；利用所述空间站与地面站的距离确定信号传输时延为其中，表示地面基站的位置坐标，表示空间站在时刻的位置信息，表示时刻空间站与地面基站的距离，表示光速。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述位置信息进行计算，得到地面站之间的角度信息，包括：对所述位置信息进行计算，得到地面站之间的角度信息为。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用所述实时速度信息和地面站之间的角度信息进行计算，得到空间站相对地面基站的径向速度，包括：
利用所述实时速度信...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，孟志军，郭熙业，杨帆，闫恩齐，陈林，刘禹圻，张煜锋，宋坤，陈江渝，孙传新，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：