【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星通信，特别是涉及一种非相干直扩接收机同步系统、方法、设备及介质。
技术介绍
1、近几十年来，由于航天技术的快速发展，我国对航天测控的需求日益迫切，航天测控已应用到卫星导航、载人航天、遥感遥测数据传输等领域，提供遥控、遥测等重要功能，而直接序列扩频技术是航天测控中的一项关键技术。
2、直接序列扩频方式可分为非相干扩频和相干扩频两种。非相干扩频与相干扩频不同，该体制下的信息数据时钟和伪随机码时钟异步，并且信息数据率在一定范围内可变。非相干直接序列扩频体制是现有的一种测控扩频通信体制，具有抗干扰、低截获、可码分多址等突出优点，广泛应用于航天测控通信中遥测、遥控信号。
3、虽然非相干直接序列扩频具有应用灵活，具有可以根据业务需求较为灵活地改变数据速率的优点，然而由于数据位跳变沿与伪随机码相位的相对关系不确定，一个相干积分时间内可能包含有数据位极性跳变。若采用传统的捕获方法进行捕获，数据位跳变会导致相关峰峰值降低，并且在载波多普勒频率维会出现相关峰裂变现象。这使检测到的载波多普勒频率误差较大，捕获信号的难度大大提高。
技术实现思路
1、本专利技术针对卫星通信信道高动态的特性，提出了一种非相干直扩接收机同步系统、方法、设备及介质，该系统和方法适用于高动态场景下低信噪比条件，并能够基于fpga开发板进行开发。所述系统和方法用以解决现有算法低信噪比下捕获性能差以及现有接收机无法在高动态低信噪比环境下工作的问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案
3、所述前级信号处理模块用于模数转换，同时将被采样后的信号进行中频搬移，易于后续处理；
4、所述多普勒频率及码相位捕获模块用于将本地扩频序列与接收的信息进行相关处理，采用了数据块并行处理、频率串行捕获以及基于fft的码相位并行捕获技术，获得粗略的频率和码相位值，并将结果送入跟踪及位同步模块进行精确计算；
5、所述跟踪及位同步模块包括码相位跟踪环路，载频跟踪环路以及位同步环路；输入到码相位跟踪环路的信号首先根据多普勒频率及码相位捕获模块输入的码相位信息进行解扩，并通过超前-滞后结构形式的延迟锁定码跟踪环来进行码相位的跟踪，然后将解扩后的信号输入到位同步环路，并将定时同步后的数据送入载频跟踪环路实现载频跟踪。
6、进一步地，所述前级信号处理模块输入为ad采样后的中频信号，将采样后的信号分别与数字频率合成器nco输出的相差90°的正弦信号与余弦信号相乘，输出信号频率与中频频率相等，接下来通过设置的低通的fir滤波器滤除高频分量，得到iq两路的基带信号，iq两路采用的滤波器信号完全相同，得到的iq数据经过积分清除后，一方面输出给多普勒频率及码相位捕获模块进行补码相位以及载波频率的捕获，一方面输出给跟踪及位同步模块用于跟踪。
7、进一步地，所述多普勒频率及码相位捕获模块包括数据分块单元、并行码相位串行频率捕获单元、捕获阈值计算单元以及捕获判断单元；混频后的信号经过积分清除后进入到多普勒频率及码相位捕获模块，多普勒频率及码相位捕获模块首先将信号存入ram中，数据分块单元将ram中的信号按照不同的初始相位分成多路输入至并行码相位串行频率捕获单元，最后通过阈值计算单元以及捕获判断单元判决是否捕获成功，如果成功则停止捕获，并将捕获到的多普勒频率以及码相位输入至跟踪及位同步模块，否则继续捕获。
8、进一步地，所述多普勒频率及码相位捕获模块将输入后的数据根据不同的初始相位分别存入到4个缓存中，不同缓存的初始相位差为1/4码元所对应的码片数量，每个缓存器存储4个码元所对应的数据，接下来对输入的数据进行fft处理，每次fft处理的数据为3/4码元所对应的数据，fft点数采用4096点，有效数据外的位置进行补零，将4次fft的结果进行非相干叠加，如果峰值大于解调门限，则判定为码相位捕获成功，否则继续进行下一组数据的缓存，重复以上步骤直至码相位捕获成功。
9、进一步地，码相位捕获成功后，根据初始相位生成本地扩频码，并与最后一次缓存的数据做相关，将相关后的数据进行fft运算，通过fft结果估计多普勒频率，估计完成后输出捕获完成标志，同步转入跟踪及位同步模块。
10、进一步地，所述跟踪及位同步模块采用gardner位定时算法，首先计算定时误差，接下来将误差送入环路滤波器，环路滤波器的输出控制插值滤波器的插值位置，进而实现位同步，同时将位同步后的数据送入后续载频跟踪环路。
11、进一步地，所述跟踪及位同步模块采用锁频环辅助锁相环的模式，采用锁频环级联锁相环结构，首先将数据输入至锁频环来消除多普勒频率，锁频环采用二阶环路，将消除多普勒频率的数据送入锁相环来消除相位影响，锁相环采用三阶环路。
12、本专利技术提出一种非相干直扩接收机同步方法，所述方法适用于高动态低信噪比场景，所述方法具体为：
13、利用前级信号处理模块进行模数转换，同时将被采样后的信号进行中频搬移，易于后续处理；
14、将本地扩频序列与接收的信息进行相关处理，采用数据块并行处理、频率串行捕获以及基于fft的码相位并行捕获技术，获得粗略的频率和码相位值，并将结果送入跟踪及位同步模块进行精确计算；
15、所述跟踪及位同步模块包括码相位跟踪环路，载频跟踪环路以及位同步环路；输入到相位跟踪环路的信号首先根据输入的码相位信息进行解扩，并通过超前-滞后结构形式的延迟锁定码跟踪环来进行码相位的跟踪，然后将解扩后的信号输入到位同步环路，并将定时同步后的数据送入载频跟踪环路实现载频跟踪。
16、本专利技术提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种非相干直扩接收机同步方法的步骤。
17、本专利技术提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述一种非相干直扩接收机同步方法的步骤。
18、与现有的技术相比，本专利技术具有以下优点：
19、1. 本专利技术所述系统和方法能够实现在高动态低信噪比条件下的信号接收。
20、2. 本专利技术所述系统和方法利用分块的并行码相位串行多普勒频率捕获方案，有着较快的捕获速率与捕获精度，并且资源占用较低。
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1.一种非相干直扩接收机同步系统，所述系统适用于高动态低信噪比场景，其特征在于，所述系统包括前级信号处理模块、多普勒频率及码相位捕获模块和跟踪及位同步模块；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述前级信号处理模块输入为AD采样后的中频信号，将采样后的信号分别与数字频率合成器NCO输出的相差90°的正弦信号与余弦信号相乘，输出信号频率与中频频率相等，接下来通过设置的低通的FIR滤波器滤除高频分量，得到IQ两路的基带信号，IQ两路采用的滤波器信号完全相同，得到的IQ数据经过积分清除后，一方面输出给多普勒频率及码相位捕获模块进行补码相位以及载波频率的捕获，一方面输出给跟踪及位同步模块用于跟踪。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多普勒频率及码相位捕获模块包括数据分块单元、并行码相位串行频率捕获单元、捕获阈值计算单元以及捕获判断单元；混频后的信号经过积分清除后进入到多普勒频率及码相位捕获模块，多普勒频率及码相位捕获模块首先将信号存入RAM中，数据分块单元将RAM中的信号按照不同的初始相位分成多路输入至并行码相位串行频率捕获单元，最后通过阈值计算
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多普勒频率及码相位捕获模块将输入后的数据根据不同的初始相位分别存入到4个缓存中，不同缓存的初始相位差为1/4码元所对应的码片数量，每个缓存器存储4个码元所对应的数据，接下来对输入的数据进行FFT处理，每次FFT处理的数据为3/4码元所对应的数据，FFT点数采用4096点，有效数据外的位置进行补零，将4次FFT的结果进行非相干叠加，如果峰值大于解调门限，则判定为码相位捕获成功，否则继续进行下一组数据的缓存，重复以上步骤直至码相位捕获成功。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，码相位捕获成功后，根据初始相位生成本地扩频码，并与最后一次缓存的数据做相关，将相关后的数据进行FFT运算，通过FFT结果估计多普勒频率，估计完成后输出捕获完成标志，同步转入跟踪及位同步模块。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述跟踪及位同步模块采用Gardner位定时算法，首先计算定时误差，接下来将误差送入环路滤波器，环路滤波器的输出控制插值滤波器的插值位置，进而实现位同步，同时将位同步后的数据送入后续载频跟踪环路。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述跟踪及位同步模块采用锁频环辅助锁相环的模式，采用锁频环级联锁相环结构，首先将数据输入至锁频环来消除多普勒频率，锁频环采用二阶环路，将消除多普勒频率的数据送入锁相环来消除相位影响，锁相环采用三阶环路。
8.一种非相干直扩接收机同步方法，所述方法适用于高动态低信噪比场景，其特征在于，所述方法具体为：
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求8所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求8所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种非相干直扩接收机同步系统，所述系统适用于高动态低信噪比场景，其特征在于，所述系统包括前级信号处理模块、多普勒频率及码相位捕获模块和跟踪及位同步模块；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述前级信号处理模块输入为ad采样后的中频信号，将采样后的信号分别与数字频率合成器nco输出的相差90°的正弦信号与余弦信号相乘，输出信号频率与中频频率相等，接下来通过设置的低通的fir滤波器滤除高频分量，得到iq两路的基带信号，iq两路采用的滤波器信号完全相同，得到的iq数据经过积分清除后，一方面输出给多普勒频率及码相位捕获模块进行补码相位以及载波频率的捕获，一方面输出给跟踪及位同步模块用于跟踪。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多普勒频率及码相位捕获模块包括数据分块单元、并行码相位串行频率捕获单元、捕获阈值计算单元以及捕获判断单元；混频后的信号经过积分清除后进入到多普勒频率及码相位捕获模块，多普勒频率及码相位捕获模块首先将信号存入ram中，数据分块单元将ram中的信号按照不同的初始相位分成多路输入至并行码相位串行频率捕获单元，最后通过阈值计算单元以及捕获判断单元判决是否捕获成功，如果成功则停止捕获，并将捕获到的多普勒频率以及码相位输入至跟踪及位同步模块，否则继续捕获。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多普勒频率及码相位捕获模块将输入后的数据根据不同的初始相位分别存入到4个缓存中，不同缓存的初始相位差为1/4码元所对应的码片数量，每个缓存器存储4个码元所对应的数据，接下来对输入的数据进行fft处理，每次f...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，毛远航，邢斯瑞，鲍大志，
申请(专利权)人：长光卫星技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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