一种星载扩频接收机及其提高载波捕获精度的方法技术

本发明专利技术公开了一种星载扩频接收机提高载波捕获精度的方法，通过包括电源、中频处理机和射频模块的星载扩频接收机与地面测控站配合完成测控工作，通过射频模块接收地面测控站的多通道扩频信号，并将扩频信号通过该射频模块变为中频信号，通过中频处理机对中频数字信号进行数字下变频、时域并行快速捕获、门限检测判决、载波频率遍历搜索以及粗捕后估计过程，捕获并通过三角插值方法估计得出扩频信号比较准确的载波频率，并将该载波频率提供给中频处理机的跟踪单元实现细捕获过程，从而解调出基带信息，并建立星地测控通信的上行链路。通过该粗捕后估计方法计算出更为准确的捕获频率值，从而缩短跟踪锁定时间，并加快星载扩频接收机工作响应速度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种星载扩频接收机提高载波捕获精度的方法，通过包括电源、中频处理机和射频模块的星载扩频接收机与地面测控站配合完成测控工作，通过射频模块接收地面测控站的多通道扩频信号，并将扩频信号通过该射频模块变为中频信号，通过中频处理机对中频数字信号进行数字下变频、时域并行快速捕获、门限检测判决、载波频率遍历搜索以及粗捕后估计过程，捕获并通过三角插值方法估计得出扩频信号比较准确的载波频率，并将该载波频率提供给中频处理机的跟踪单元实现细捕获过程，从而解调出基带信息，并建立星地测控通信的上行链路。通过该粗捕后估计方法计算出更为准确的捕获频率值，从而缩短跟踪锁定时间，并加快星载扩频接收机工作响应速度。【专利说明】
本专利技术涉及载波捕捉精度的信号处理方法，尤其涉及一种“粗捕后估计”的星载扩频接收机提高载波捕获精度的方法及星载扩频接收机。
技术介绍
随着航天测控通信技术的发展，扩频测控系统在星地测控系统中起着关键作用，其核心是将伪码测距、伪码扩频、码分多址等数字通信技术引入到航天测控系统中，实现对卫星的遥控、遥测、跟踪、测距、测速等功能，完成测控任务，同时靠码分多址实现多地面站并发测控通信。扩频测控系统包括上行链路和下行链路两部分，其中，上行链路是由地面测控站发送多通道扩频信号，穿越大气层，到达星载扩频接收机；下行链路即星上发射链路，是由星载扩频发射机发送多通道扩频信号，穿越大气层，到达地面测控站。星载扩频接收机，作为扩频测控系统上行链路的重要部分，包括一路遥控通道和多路测距通道，遥控通道和测距通道相互独立，码分多址，共用同一载波。扩频通信使用的扩频码，也可称为伪码，扩频接收机的接收处理过程，首先将从天线输入的射频信号经过低噪声放大器、射频混频器和滤波器，将射频信号变频到中频后，通过自动增益控制(AGC，Auto Gain Control)输出给 ADC(Analog-to-Digital Converter)米集器。之后，对 ADC 米集器采集的中频数字信号，采取扩频码-载波快速捕获，这一过程称为“粗捕获”，快速捕获单元将有一定误差的捕获结果，即载波频率和扩频码相位提供给跟踪环路；跟踪环路实现“细捕获”，完成精确跟踪，输出基带数据，建立星地测控通信的上行链路。扩频接收机在完成“粗捕获”过程中，如果载波频率和扩频码相位的精确度能够提高，那么将缩短后续“细捕获”跟踪环路的响应时间，加快建立星地测控通信链路。因此，为了提高多通道扩频接收机进入“细捕获”前载波频率的准确度，本专利技术提出了一种星载扩频接收机提高载波捕获精度的方法，即本专利技术在“粗捕获”与“细捕获”过程之间，加入“粗捕后处理”这一环节，用三角插值的方法估计更为准确的捕获频率。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术旨在提供一种能够提高多通道扩频接收机进入“细捕获”前载波频率准确度的星载扩频接收机提高载波捕获精度的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种星载扩频接收机提高载波捕获精度的方法，从而提高捕获性能和缩短细捕获时间，具体包括如下步骤:( I)数字下变频:中频处理机的快速捕获单元在星载扩频接收机载波频率的搜索范围中选取一个本地中频载波频率，并以此生成1、Q两路载波，与星载扩频接收机接收到的一中频数字信号进行数字下变频，将中频数字信号变频至零中频附近的1、Q正交信号；(2)时域并行快速捕获:先对本地1、Q正交信号进行内插抽取，接着进行快速傅立叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)处理,与本地伪码的FFT共轭结果进行复数乘法,并对复数乘法结果进行快速傅立叶逆变换(IFFT, Inverse Fast Fourier Transform)处理，求得时域各个扩频码相位的相关值；(3)设计门限检测判决:对求得的时域各个扩频码相位的相关值进行最大值选取，并计算噪声均值的模方取大过程，根据相关值最大值和噪声均值的比值进行门限检测判决，从而判定是否在某处扩频码相位上存在大于噪声均值的相关值，并判定为捕捉到信号;(4)载波频率搜索的遍历:当在该载波频率上有一个扩频码相位的相关值通过门限检测判决时，则说明捕获到扩频信号，则进入步骤(5);当未通过信号判决门限时，则说明未成功捕获到扩频信号，在载波频率的搜索范围中以为间隔选取下一个本地载波频率，并重复步骤(I)至步骤(4)，直至所有本地载波频率范围依次搜索完成；(5)粗捕后估计:在某一频率&上的某个扩频码相位上，快速捕获单元搜索到信号，且快速捕获单元向粗捕后估计提供若干捕获计算结果，并通过一估计算法对所述捕获计算结果估计得出较准确的频率值。较佳地，所述捕获计算结果包括:a、频率A上该扩频码相位的相关值Corri ；b、相邻频率fi+1的Α+Δ f上该扩频码相位的相关值Corri+1 ；C、相邻频率fg的Α-Δ f上该扩频码相位的相关值Coriv1。较佳地,在同一扩频码相位上的三组相关值ICoriv1, Corri, Corri+1}中，最大值为Corri,且所述三组相关值之间的关系包括:I)若频率&与实际信.号频率fx完全一致，则相邻频率和相邻频率fi+1的相关值相同；2)若频率&大于实际信号频率fx,则相邻频率&的相关值大于相邻频率fi+1的相关值；3)若频率&小于实际信号频率fx，则相邻频率L的相关值小于相邻频率fi+1的相关值。较佳地,根据所述三组相关值ICoriv1, Corri, Corri+1},通过估计算法估计得到比所述频率A更加准确的频率值fi+x，并将该频率值fi+x提供给所述跟踪单元，进行细捕获过程。较佳地，所述估计算法具体为三角插值算法，其中，利用相邻的三个频点{f1-1, fi, fi+J上的该码相位的三组相关值ICoriv1, Corri, Corri+1}进行线性估计，并利用相关值曲线的对称性以直线逼近的方式进行计算，从而得到估计后的载波频率值和相关值，(1Orr , - (\?rr , 2 *.V且所述三角插值算法的计算公式为:Corr _Con:' = 。本专利技术还提出了一种星载扩频接收机，所述星载扩频接收机包括射频模块、中频处理机和电源；其中，所述电源分别连接所述射频模块和所述中频处理机，并提供给所述射频模块和所述中频处理机工作电压；所述射频模块包括一低噪声放大器、射频混频器、滤波器、自动增益控制模块；一地面测控站发射多通道扩频信号，所述多通道扩频信号经过所述传输路径进入所述射频模块，通过所述低噪声放大器、所述射频混频器和所述滤波器将所述多通道扩频信号下变频到中频，通过自动增益控制模块输出中频模拟信号给所述中频处理机。较佳地，所述中频处理机包括A/D采集器、快速捕获单元、粗捕后估计单元和跟踪单元；其中，所述A/D采集器将中频模拟信号采集为中频数字信号传递给所述快速捕获单元；所述中频数字信号经过数字下变频处理后，通过所述快速捕获单元对所述中频数字信号进行扩频码-载波二维快速捕获，并将所述中频数字信号的扩频码相位和载波频率信息传递给粗捕后估计单元；所述粗捕后估计单元对所述中频数字信号的载波频率进行估计，并将所述扩频码相位和估计后的载波频率信息传输至所述跟踪单元；所述跟踪单元根据所述扩频码相位和所述估计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星载扩频接收机提高载波捕获精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）数字下变频：中频处理机的快速捕获单元在星载扩频接收机载波频率的搜索范围中选取一个本地中频载波频率，并以此生成I、Q两路载波，与星载扩频接收机接收到的一中频数字信号进行数字下变频，将中频数字信号变频至零中频附近的I、Q正交信号；（2）时域并行快速捕获：先对本地I、Q正交信号进行内插抽取，接着进行快速傅立叶变换FFT处理，与本地伪码的FFT共轭结果进行复数乘法，并对复数乘法结果进行快速傅立叶逆变换IFFT处理，求得时域各个扩频码相位的相关值；（3）设计门限检测判决：对求得的时域各个扩频码相位的相关值进行最大值选取，并计算噪声均值的模方取大过程，根据相关值最大值和噪声均值的比值进行门限检测判决，从而判定是否在某处扩频码相位上存在大于噪声均值的相关值，并判定为捕捉到信号；（4）载波频率搜索的遍历：当在该载波频率上有一个扩频码相位的相关值通过门限检测判决时，则说明捕获到扩频信号，则进入步骤（5）；当未通过信号判决门限时，则说明未成功捕获到扩频信号，在载波频率的搜索范围中以Δf为间隔选取下一个本地载波频率，并重复步骤（1）至步骤（4），直至所有本地载波频率范围依次搜索完成；（5）粗捕后估计：在某一频率fi上的某个扩频码相位上，快速捕获单元搜索到扩频信号， 且快速捕获单元向粗捕后估计提供若干捕获计算结果，并通过一估计算法对所述捕获计算结果估计得出较准确的频率值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦奋，高磊，郝占炯，
申请(专利权)人：上海航天测控通信研究所，
类型：发明
国别省市：