[发明专利]一种基于频率引导的大动态扩频信号快速捕获方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于频率引导的大动态扩频信号快速捕获方法。属于通信工程技术领域。

背景技术

在卫星发射过程中，对于上升段和主动段，存在星地间通信信号存在较大多普勒信号，对于S频段的通信信号其多普勒变化范围达到±50KHz以上。

对于扩频信号，要完成其信号捕获过程，需要完成伪码码片相位与载波频率搜索过程，以1023码长、伪码速率为1.023Mchip/s的伪码，多普勒变化范围为±50KHz时，采用通用的二维搜索捕获方法，假设相关积分时间为1ms，码片搜索步长为0.5个码片，频率搜索步长为500Hz，则捕获时间将达到400秒以上，这将使得星地间的扩频通信时间大为减少。

在扩频信号的捕获过程中，一般采用的二维搜索过程，其实现原理如图1所示，频率码片搜索通过合理的步长进行遍历搜索。

对于大动态扩频信号的快速捕获方法，提出过一些方法，总的来说可概括为两种：一种是并行频率搜索，另一种是并行码相位搜索。其基本思想就是将二维搜索变换为一维搜索。但均过于复杂，需要消耗大量的电路资源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于频率引导的大动态扩频信号快速捕获方法，解决大动态扩频信号捕获时间较长的问题，对一般二维搜索方案进行改进，简化捕获过程，降低资源消耗。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于频率引导的大动态扩频信号快速捕获方法，对采样后的求绝对值，解决因PSK调制信号无残留载波问题，绝对值后载波频率变为2倍，通过FIFO(先进先出存储器)进行采样速率与FFT(快速傅氏变换)计算时钟的异步时钟数据传输速率匹配，FIFO存储1024点采样数据，一个完整的1024点数据经FFT变换成频域数据，对1024点频域数据进行幅度最大值搜索得到频率峰值的顺序排列，根据目标信号特性，以及频率可能的取值范围，选择合理的频率值，通常为搜索得到的最大幅度频率值作为频率引导值。在该频率值下，进行码片搜索，当出现的相关峰大于设定门限时，即完成了搜索过程。

从上述搜索过程可知，信号捕获搜索过程由二维搜索，变为一维码片搜索，大大缩短了信号捕获搜索时间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过基于频率引导的方法，将大动态范围的扩频信号的二维搜索捕获过程，简化为一维搜索捕获过程，其捕获时间基本为码片搜索捕获时间，与信号的多普勒动态范围无关，当多普勒动态越大时，本发明捕获时间优势越明显，适用于捕获低轨卫星的大动态多普勒扩频信号。

附图说明

图1为传统的扩频信号二维搜索原理图。

图2为基于频率引导的扩频信号快速捕获原理图；

图3为频率差异引起的相关结果幅度。

图4为本发明的伪码相关函数图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明提供一种基于频率引导的大动态扩频信号快速捕获方法，如图2所示，具体过程为：

第一步、对本地信号和接收信号混频后的信号，先进行平滑滤波，再求绝对值，得到新的数字信号；

第二步、对新的数字信号进行抽取滤波，并进行FIFO缓存；

第三步、当FIFO缓存数据已满1024个点时，送复数FFT计算单元进行计算，再进行模值计算；

第四步、对FFT计算得到的1024个频域幅度值，进行最大值搜索，并按值的大小顺序排列；

第五步、以最大幅度值的频率值作为引导值，对本地载波进行频率赋值；

第六步、控制本地码片以半个码片长度，进行码片搜索；

第七步、当本地信号与接收的信号的相关峰大于设定的门限值时，判定完成扩频信号的捕获过程，当前搜索到的码片相位与频率引导值即输入信号的频率值与码片相位。

本发明提供的方法可在FPGA中实现，也可以分离器件实现，由于FPGA使用的普遍使用，本文假定是在Altera公司Stratix系列FPGA中实现的。

本发明第一步对混频后得到的号，先进行平滑滤波去除高频分量，保留低频分量，该信号仍然是扩频信号，直接对其进行FFT计算是不能得到载波频率值，对该信号求平方后，可以得到二倍频率的载波信号，为简化计算，在第一步中以绝对值代替平方计算。

第二步抽取滤波的阶数选取与频率引导值的关系