[发明专利]快变载波多普勒频移捕获系统

说明书

本发明公开的一种快变载波多普勒频移捕获系统，旨在提供能够在高动态场景下有效、精确、快速地测量快变载波多普勒频移的捕获系统。本发明通过下述技术方案实现：第一级滤波采样单元对接收信号进行第一级滤波采样，第一级乒乓缓存单元实现信号采样的准实时处理，第一级频率补偿单元采用多个粗略频率子槽对第一级乒乓缓存单元中的采样数据完成载波频率的粗略补偿，第二级滤波采样单元对粗略补偿后的采样数据进行第二级滤波采样，第二级频率补偿单元采用多个精细频率子槽对第二级乒乓缓存单元中的采样数据完成载波频率的精细补偿，经过非线性变换单元、快速傅里叶变换单元、峰值搜索单元和频率解算单元，完成快变载波多普勒频移的精确捕获。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种快变载波多普勒频移捕获系统。

技术背景

在无线通信中，卫星、飞行器等目标常处于高速机动状态，运动载体存在速度、加速度,这将导致在通信过程中载波存在多普勒频移，由于接收载体通常也在快速运动，因此发送端与接收端处于复杂相对运动状态，使得通信信号出现“多普勒效应”的现象，则接收信号将存在一个快速变化的载波多普勒频移，载波多普勒一阶变化率和载波多普勒高阶变化率会使信号频谱出现“时变平台效应”。传统频域测量方法主要是采用基于FFT运算对载波频率进行估计检测，当不存在载波多普勒变化率或其较小时，基于FFT运算的算法虽然能较精确地得到载波多普勒频偏估计值，然而当多普勒变化率较大时，由于进行分段FFT运算产生的信号功率谱会发生“频域平移”现象，将大大减小非相干累加的有效性，降低接收信号的检测性能，若采用最大似然估计方法基于三维搜索的思想对载波多普勒频移、载波多普勒一阶变化率和载波多普勒二阶变化率进行估计测量，由于计算量过于庞大，工程实现上不易实现。因此，传统捕获系统已无法精确测量快变载波多普勒频移。

传统的载波环在处理存在快变载波多普勒频移的接收信号时，如果不增加环路带宽，载波多普勒频移及其变化率会使载波超出载波环的捕获频带，而环路带宽的增加将会引入更多噪声导致准确度的降低，当引入噪声的电平接近或超过环路的门限电压时，将导致跟踪环路失锁，为了跟踪环路快速而稳定地入锁，且保证跟踪环路锁定过程中不易失锁，在开始信号跟踪之前进行信号捕获时，需要进一步提高载波频率的测量精度，使得信号捕获估算出的载波频率估计值与真实载波频率误差较小，如何有效、精确、快速地测量快变载波多普勒频移，已成为无线通信系统的核心技术。

传统捕获系统对接收信号进行滤波采样处理后得到采样数据，采样数据先直接进行非线性变换实现载波恢复，经过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)完成时频变换，最后经过峰值搜索、频率解算得到载波频率。当采用傅立叶变换法估计载波的频偏时,其频谱分辨率与采样点数成反比,采样点数越多,频偏分辨率越小,跟踪精度越高。但是在采样间隔固定的条件下,采样点数的增加意味着数据的准备时间加大,远远大于采用DSP进行FFT运算所需的时间。因此采用傅立叶变换估计快变载波多普勒频移是不现实的。由于传统捕获系统只实现了载波多普勒频移的测量，没有测量载波多普勒一阶变化率和载波多普勒二阶变化率，无法校正由于目标高速机动、处理时间延迟造成的频率偏移，测频数据实时性低，频率测量精度差，无法适应实际接收系统的捕获性能需求。

发明内容

本发明针对传统捕获系统测频实时性低，频率测量精度差，无法精确测量快变载波多普勒频移的技术缺陷，提供一种处理实时性好、频率测量误差小、估测准确度高，能够在高动态场景下有效、精确、快速地测量各种调制信号载波频率的快变载波多普勒频移捕获系统。