[发明专利]突发直扩系统及其突发直扩波形的伪码同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种突发模式下基于直扩信号波形的高动态微弱目标捕获跟踪方法，尤其是在收发信机高速相对运动的高动态场景下，针对大多普勒频偏与时钟偏移对直扩信号的影响，完成对伪码相位、载波相位的快速捕获与信号同步跟踪的方法。

背景技术

扩频技术是通信领域中广泛应用的一项技术。由于扩频通信抗干扰能力强、截获概率低、抗多径和保密性好等特点，在卫星通信、移动通信系统中得到了大量的应用，其中以直接序列扩频系统的应用最为广泛。扩频设备使用过程中,能否快速准确地解调出数据,关键在于伪码的捕获速度和精度。随着测控领域对数据保密性的要求不断提高,在扩频伪码长度的选取上不断增加,这无疑提高了实时性捕获的难度。

同步是通信系统中一个重要的实际问题。同步主要涉及载波同步与位同步。当采用同步解调或相干检测时,接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波，这个相干载波的获取就称为载波同步。位同步的目的是为了选取信号判决的最佳采样点，降低符号间干扰。载波同步、位同步的误差将直接影响解调的性能，它不仅会引起信噪比的下降，而且可能引起信号波形的畸变，使误码率增大。

在扩频系统中被用作扩频序列的伪随机码(PN码)是类似于白噪声统计特性的随机序列,它的同步是实现扩频通信系统的关键。伪码同步过程一般包括捕获和跟踪两个阶段。捕获过程是跟踪过程的前提，作用是实现本地扩频序列与所接收信号的伪码相位误差在一个码片内。传统的伪码捕获是通过相关运算和能量检测来完成的，当相关器输出一个能量峰值且超过门限时，说明输入信号伪码相位和本地伪码相位一致。在卫星通信、航天测控系统中，搭载通信终端的飞行器通常处于高速运动环境中，且运动状态不稳定，动态变化大。在高动态环境下，由于接收机与发射机之间通常存在很高的径向速度，使得接收信号的载波频率随时间发生变化，扩频信号存在几十kHz甚至几百kHz的多普勒频偏。大多普勒频偏会对扩频信号的捕获造成影响，带有频偏的输入信号进入相关器，会导致相关峰急剧下降。成功实现伪码捕获过程的一个必要前提是获得输入信号载波频偏的近似值，而搜索载波频偏近似值的过程使得伪码捕获的难度大大增加。为了达到多普勒频偏捕获精度，需要较长的积分时间，这与捕获时间短之间是一对矛盾体。在低信噪比的条件下，需要累加多个周期的伪码来改善信噪比，但在采用相干累加方式的情况下，累加长度的增加又会造成分析带宽的变窄，而这又与大捕获带宽这一系统要求相矛盾。高动态扩频信号的捕获过程实际上是对接收信号载波多普勒频偏和伪码相位的一个二维搜索过程，伪码捕获需在整个码相位及频域上以固定间隔进行二维搜索。在伪码捕获的问题上,国内外提出了许多适应在不同环境下的伪码捕获方法，常用的伪码捕获方法主要包括串行捕获法、并行捕获法、匹配滤波器法和基于FFT的快速捕获法等。串行捕获方法实现简单，捕获速度慢，主要应用于伪码周期短、对捕获时间要求不高的情况下；并行捕获方法实现结构复杂，主要应用于低信噪比、对捕获时间要求高的情况下。上述方法对高动态情况下的伪码捕获性能均不理想。

目前使用的直扩系统接收机大多使用在低动态、低码片速率的环境中,在高动态、低信噪比环境中,尤其是在高码片速率、伪码长度较长的情况下,一般性能的扩频接收机就无法满足需求。长期以来,低信噪比、高动态场景下的直扩信号捕获一直是该领域的一个研究难点。微弱直扩信号的捕获有赖于长时间积累以提高检测前的信噪比。在突发短数据通信系统中，高动态低信噪比条件下，伪码的捕获时间直接决定了系统容量。因此，伪码的快速捕获与跟踪具有重要意义。高动态场景下直扩信号的同步主要涉及两个方面：伪码同步和载波同步。高动态场景下直扩信号同步主要存在以下问题：高速相对运动会带来较大的多普勒频偏、频偏变化率及时钟误差。多普勒频偏使得接收码与本地码的相关性下降，信号解扩后信噪比降低，当频偏与符号速率可比拟时，相关峰甚至会淹没于噪声中，严重影响伪码的捕获概率与捕获时间；运动状态的变化引起多普勒频偏变化，影响符号的相位及信号的解调；运动状态的变化还会造成收发时钟不同步，且具有时变特性，影响伪码相位同步。