[发明专利]一种直接序列扩频信号的快速捕获装置及方法

说明书

本发明提供一种直接序列扩频信号的快速捕获装置，包括一个共轭复乘模块和通过两个FFT相关器与共轭复乘模块的两个输入端相连的数字下变频器和m序列发生器，共轭复乘模块的输出端依次连接有iFFT相关器、存储器、FFT相关器、自相关累积模块、检波器和判决模块。本发明还提供一种快速捕获方法。本发明采用FFT，二次FFT和自相关累积结合的方法，由于FFT具有圆周相关性，不会造成频偏敏感；且二次M点FFT和简化自相关累积并用，进一步消除杂波影响，避免了造成累积的平方损耗；此外，由于二次M点FFT和简化自相关累积由于本质上也是相干累积，避免了高斯谱叠加成共轭谱，使得底噪后期易处理。

技术领域

本发明属于无人机通信技术领域，具体涉及一种直接序列扩频信号的快速捕获装置及方法。

背景技术

无人机由于其“不载人”的特质，其相比有人机在现代航空领域中有着更广泛的应用，发展前景不可估量。无论在航空摄影，地形测绘，交通监视，灾情调查等民用领域，还是在战斗打击，通信中继，干扰侦察等军用方面，无人机都扮演着越来越重要的角色。由于在特种作战领域，无人机系统对于设备隐蔽性的要求非常高，除了涂装、噪声等特征需要加强隐蔽设计以外，无线通信部分也需要具有隐蔽的特性，以躲避敌方的电子侦察。

现有的无人机系统一般采用直接序列扩频信号(DSSS)来进行无人机与地面站间的链路通信。直接序列扩频信号具有功率谱密度低的特点，因此从无线电的角度而言具备隐蔽性强的优点，这很适用于在特种作战背景下，无人机与地面站间的链路通信。在特种作战环境下的无人机直接序列扩频通信中，不仅要通过提高伪码速率、降低发射功率的方式降低通信信号的功率谱密度，即从频率域降低被敌方发现的概率，同时还需要使用短帧突发的方式，从时间域降低被发现的概率。

同步技术是直接序列扩频技术的关键，同步技术并可以进一步划分为捕获技术和跟踪技术。捕获技术本质上是一个信号检测问题，即接收机在噪声背景条件下检测到直接序列扩频信号；跟踪技术本质上是一个信号估计，即接收机在噪声背景条件下，精确的估计出接收到的直接序列扩频信号的载波相位和码相位。为了能让接收机跟踪环路成功地跟踪信号，接收机内部所初始复制的载波和C/A码信号必须与接收信号吻合到一定程度，否则，若复制信号与接收信号之间的差异超过跟踪环路的牵入范围，则环路通常会对信号失锁。因此，地面接收机在开始飞行器信号跟踪前，首先需要估算出接收信号的载波频率(或者说载波多普勒频移)和码相位这两个参数，然后根据这些信号参数估计值初始化跟踪环路，以帮助接收通道展开对信号的跟踪，而信号捕获的目的正是为了获取接收信号的载波频率和码相位的粗略估计值。捕获一般分为相干，累积和判决三个阶段。

传统粗同步技术在快速捕获的要求下，往往利用FFT圆周相关结合多种累积方式(相干累积，非相干累积，差分相干累积等)与判决方式(单次判决，M/N次判决，1+M/N次判决，Tong判决等)，但针对于低载噪比条件下无人机隐蔽通信背景需求，若采用FFT+相干累积来进行捕获，虽然捕获速率高，但对频偏敏感，累积时间不宜过长，在一定程度上限制了信噪比的改善程度；FFT+非相干累积由于对检测值进行了平方处理，信号上叠加的噪声均值不再为零，会引入平方损耗，特别在低载噪比条件下，相关能量难以叠加出有效的相关峰；FFT+差分相干累积会在处理后使白噪声谱由高斯谱变为共轭谱，后期难处理。与此同时，常用的高判决率的如Tong判决方法，虽然性能优良，但由于运算量的加大，对功耗与硬件要求较高。

因此，传统粗同步技术在低速低动态低载噪比的小型侦察型无人机军事应用领域难以达到目前的作战需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于低载噪比环境下中小型无人机的直接序列扩频信号的快速捕获方法，以避免造成频偏敏感，并消除杂波影响。