[发明专利]一种基于FPGA的低轨卫星高速信号的捕捉方法

说明书

本发明属于低轨卫星高速信号技术领域，特别涉及一种基于FPGA的低轨卫星高速信号的捕捉方法，包括将FPGA信号接收模块接收的射频信号与本地载波进行相乘，实现下变频；将下变频之后的信号进行低通滤波，转换为基带信号；将基带信号的I路和Q路信号合成为伪随机序列；送入p个部分匹配滤波器；每个部分匹配滤波器的输出结果均进行N点FFT运算；输出结果通过门限判决模块输出与真实多普勒频移相近的频率结果；将频移估计结果送入控制逻辑来调整NCO，来调整码片位置进行下一轮搜索，通过反馈得到频率估计最优值；本发明不仅结构简单，并且可以解决低轨道卫星告诉信号多普勒频移大、现有技术捕获时间较长的问题。

技术领域

本发明属于低轨卫星高速信号技术领域，特别涉及一种基于FPGA的低轨卫星高速信号的捕捉方法。

背景技术

随着21世纪的到来，卫星通信将进入个人通信时代，这个时代的最大特点就是卫星通信终端达到手持化，个人通信实现全球化。同步静止轨道(GEO)卫星移动通信技术日臻成熟，具有卫星数量少、全球覆盖、24小时通信不必切换卫星、卫星跟踪控制简单等优点，但也存在轨道高、传播路径远、衰减大、延时长等不足。特别是随着纬度的增大，地面观察卫星的仰角不断减小，地形地物对移动用户的阻挡不可忽视，这对于个人通信业务极为不利。另外，GEO轨道日益拥挤，卫星功率受限，移动用户终端的体积和重量难以降低。所以人们普遍认为，同步静止轨道(GEO)卫星固然可以用于移动通信，但是用于个人通信还存在较大的技术困难。正因如此，提出了利用多颗中、低轨道卫星覆盖全球来实现个人移动通信的方案。低轨卫星移动通信系统中由于卫星快速运动导致卫星与载体间的传输链路会存在较高的多普勒频移。

目前卫星通信中所采用的扩频通信技术以其抗干扰能力强、可靠性高而广为认可。扩频通信中最为重要的环节之一就是扩频信号的同步过程，分为捕获和跟踪两个过程。低轨卫星通信中，因为卫星飞行速度相对较快，使得收发器之间传输的信号因为多普勒频移而存在很大的频偏。由此产生的数据跳变将导致一般的直扩信号同步捕获技术性能急剧下降。

PMF-FFT捕获模型是一种大多普勒频偏下的一种非相干检测的快速捕获系统模型，在高斯信道下具有优秀的虚警概率和检测概率特性，且该模型对接收伪码进行匹配滤波处理，进行FFT补偿，可以增加频偏的搜索范围。对于低轨卫星高速信号的捕获同步，降低通信延迟具有十分重要的价值。

发明内容

为了解决低轨卫星高速信号多普勒频移大、捕获时间较长的问题，本发明提出一种基于FPGA的低轨卫星高速信号的捕捉方法，包括以下步骤：

将FPGA信号接收模块接收的射频信号与本地载波进行相乘，实现下变频；

将下变频之后的信号进行低通滤波，转换为基带信号；

将基带信号的I路和Q路信号合成为伪随机序列r(k)，送入p个部分匹配滤波器，每个部分滤波器的长度为X；

每个部分匹配滤波器的输出结果均进行N点FFT运算，N≥P；

将N点FFT运算后的信号送入最大信号选择器，选择幅值最大的峰值作为输出；

输出结果通过门限判决模块输出与真实多普勒频移相近的频率结果；

将频移估计结果送入控制逻辑来调整NCO，来调整码片位置进行下一轮搜索，通过反馈得到频率估计最优值。

进一步的，FPGA信号接收模块接收的射频信号为低轨卫星上符号速率为20Gbps的射频信号。

进一步的，FPGA信号接收模块包括上位机、FPGA芯片、高速ADC、高速DAC以及射频和天线模块，其中：射频和天线模块用于接收、发送射频信号。

进一步的，高速ADC模块采用四通道、数据位宽16位AD9656芯片；高速DAC模块采用DAC5689DA转换芯片。