[发明专利]一种适于深空通信的高动态宽范围快速信号捕捉方法

说明书

本发明公开了一种适于深空通信的高动态宽范围快速信号捕捉方法，其包含以下步骤：S1、将500kHz的多普勒频偏划分成等间隔的16个搜索子区间，每个子区间独立进行频率搜索；对每个子区间分别设置不同的中心频率，使不同的子区间具有不同的频率偏置；采用FFT频谱分析法对16个搜索子区间进行频率搜索，计算出每个子区间FFT结果的最大值和对应的频率值；从16个子区间FFT结果的最大值中找出最大值；S2、将从16个子区间FFT结果的最大值中找出的最大值对应的频率值加上子区间频率偏置即为捕获到的多普勒频偏。其优点是：快速高精度实现了高动态宽范围信号的捕获，且资源消耗没有增加。

技术领域

本发明涉及深空通信领域中的信号捕获技术，具体涉及一种适于深空通信的高动态宽范围快速信号捕捉方法。

背景技术

深空通信中由于航天器在运行过程中具有很高的速度和加速度，且通信距离远路径损耗大，因而接收到的信号为具有较大多普勒频移和频率变化率的微弱信号。

基于二维分区的深空频率捕获算法将多普勒频偏分为N个搜索区间，称为N个通道，每个通道NCO预置为该频率搜索区间的中心频率；每个通道分为M组，每组NCO分别预置为根据一定间隔产生的多普勒频率变化率步进值。这样就形成了一个多普勒频偏和多普勒频率变化率的二维搜索平面，平面中每一个方格代表了一个多普勒频偏值和一个多普勒频率变化率值。对N个通道，每个通道M组下变频后的信号做FFT，并从N*M组的FFT结果中找出最大模值，如果超过设定的门限则认为捕获成功，其所在的通道即为多普勒频偏值，所在的组即为多普勒频率变化率值。这种方法要进行两维的搜索，在宽多普勒频偏的环境下需要的搜索区间多，计算量大，捕获时间长，且要得到高精度估计，需要细化搜索区间，则二维搜索区间数目会急剧增大。这种方法的多通道并行处理，需要多个DDS核，多组滤波器，多个FFT核，这是对资源的很大消耗。

面向深空通信的载波同步方法及装置，该算法受限于每次通信链路建立时都要先发射一段时间的载波信号。基于卷积计算的微波统一测控系统中的载波捕获算法，将下变频后的基带信号与自身信号做卷积计算，通过找到卷积运算的最大值点，并对其做一个映射实现载波捕获，该算法用到多次FFT，逆FFT计算和映射算法，计算较为复杂，工程实现复杂度较高。

因此，常规的高动态宽范围捕获方法捕获时间长、消耗资源多，频率捕获精度低，工程实现复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适于深空通信的高动态宽范围快速信号捕捉方法，能在高动态宽多普勒频偏环境下以较高的频率分辨率和较短的时间完成信号捕获，在频偏高达±500kHz的情况下，保证深空通信接收机在20ms内对信号完成捕获和多普勒频偏校正，频偏捕获精度为62.5Hz，且通过合理划分处理时序，实现快速计算，使得在资源消耗相同的情况下能快速完成捕获。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种适于深空通信的高动态宽范围快速信号捕捉方法，其特征是，该方法基于通信体制是残留载波BPSK调制信号，通信速率为2kbps，多普勒频偏范围是500kHz，最大多普勒频率变化率是30kHz/s，所述的高动态宽范围快速信号捕捉包含以下步骤：

S1、将500kHz的多普勒频偏划分成等间隔的16个搜索子区间，每个子区间独立进行频率搜索；对每个子区间分别设置不同的中心频率，使不同的子区间具有不同的频率偏置；采用FFT频谱分析法对16个搜索子区间进行频率搜索，计算出每个子区间FFT结果的最大值和对应的频率值；从16个子区间FFT结果的最大值中找出最大值；

S2、将从16个子区间FFT结果的最大值中找出的最大值对应的频率值加上子区间频率偏置即为捕获到的多普勒频偏。

上述的适于深空通信的高动态宽范围快速信号捕捉方法，其中，所述的步骤S1中：

采用串行搜索法对16个搜索子区间进行搜索。