[发明专利]扩频信号伪码快速捕获装置及捕获方法

说明书

本发明公开了一种扩频信号伪码快速捕获装置及捕获方法。该捕获装置包括：N点FFT计算单元、数据缓存单元、伪码频谱存储单元、加权系数存储单元、数据读取单元、数据处理单元、B点IFFT计算单元、以及码相位与多普勒估计单元，该捕获装置采用频域混合降采样联合并行捕获方法，通过各个单元配合完成信号捕获。本发明的扩频信号伪码快速捕获装置及捕获方法采用频域混合降采样联合并行捕获方法，通过对互相关序列对应的频域序列进行混合降采样，能够以较低的计算代价快速估计出相关峰的位置，无需计算所有的互相关结果；且只需一个N点FFT计算单元和一个B点IFFT计算单元，能够以低硬件开销实现对码相位和载波频率的二维并行搜索，显著缩短伪码捕获时间。

技术领域

本发明涉及通信工程技术领域，具体涉及一种扩频信号伪码快速捕获装置及捕获方法。

背景技术

扩频通信，即扩展频谱通信技术(Spread Spectrum Communication)，是一种将传输信号的频谱打散到较其原始带宽更宽的一种通信技术，由于扩频通信具有隐蔽性强和抗干扰能力强等优点，目前被广泛用于星地低速通信等领域。

目前，在星地低速通信中，由于低轨卫星可见时间有限，且与地面设备之间具有较高的相对速度，低轨卫星与地面设备进行无线通信时会出现多普勒效应，即信号会产生较大的多普勒频移，此时要求星载设备与地面设备能够在高动态条件下快速完成扩频信号的捕获，实现对码相位和多普勒频移的低时延二维搜索。

目前，针对扩频信号伪码快速捕获的问题，采用频域联合并行捕获方法来解决，该频域联合并行捕获方法具体包括如下步骤：1)通过对接收的复基带信号进行N点FFT(FastFourier Transform，快速傅里叶变换)运算，设置p个不同的移位值对计算结果进行循环移位，将移位后产生的p个序列全部缓存在存储器中，其中每个循环移位值对应一个多普勒频移；2)并行读取p个序列的数据，将每个序列分别与本地扩频码序列的N点FFT运算结果共轭相乘，再进行N点IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，逆快速傅里叶变换)运算，并对IFFT运算结果取模，其中，N和p均为2的整数次幂，N点IFFT运算结果对应N个不同码相位下接收码序列与本地码序列的互相关值，能够覆盖码相位的整个搜索范围；3)通过比较得到p路IFFT运算结果的最大模值，并将最大模值与预设门限比较，若最大模值超过预设门限，则将最大模值对应的码相位和多普勒频率作为伪码捕获装置的最终输出；否则，返回步骤1，通过调整循环移位数值来搜索新的多普勒频率范围。

当采用上述的频域联合并行捕获方法时，相对应的伪码快速捕获装置需要设置一个N点FFT计算单元和p个N点IFFT计算单元。假定FFT和IFFT运算结果的实部和虚部的定点化数据位宽均为ω_X比特(BIT)，则该捕获装置的存储开销为4pNω_X+2Nω_X比特。同时，倘若要搜索完Q个多普勒频率和N个码相位，则该捕获装置的处理时延为2NQ/p个时钟周期，且为了保证捕获装置具备对接收数据的流处理能力，捕获装置的工作(运算)时钟频率f_proc至少为基带采样时钟频率f_base的2Q/p倍。

目前，在具体的实际应用中，参数N通常为伪码序列长度的数倍，一般设定为2048、4096或者更大的取值，同时由于低轨卫星与地面设备的相对速度较大，多普勒频率搜索需要覆盖较宽的频率范围，对应的待搜索多普勒频率个数Q可达数百个。而当N和Q的数值较大时，会显著增加频域联合并行搜索方法的处理时延；并且要求捕获装置以较高的时钟频率工作，会影响捕获装置的在轨稳定性。当要降低处理时延以实现低时延可靠捕获时，现有的方法是通过提高参数p，即增加并行搜索的多普勒频率个数来降低处理时延，但由于捕获装置设置的IFFT计算单元个数与存储开销均正比于参数p，若提高参数p，将导致计算资源和存储开销成倍提升。

发明内容