[发明专利]高动态卫星通信信号捕获方法、装置、介质及计算设备

说明书

本发明涉及一种高动态卫星通信信号捕获方法、装置、介质及计算设备，其包括：对终端发送给卫星的信号进行采样，设置移动观测窗得到可观察序列；将可观察序列输入多普勒消除环路进行迭代计算，得到和判断多普勒消除环路计算的当前迭代次数是否大于总迭代次数，大于则进入消息传递环路，迭代计算以作为初始值进行码字约束环路迭代计算，得到判断码字约束环路当前迭代次数是否大于循环总迭代次数；大于则判断l是否大于l_max，若l大于l_max，则根据得到判决矩阵，通过判决矩阵得到估计的m序列的初始状态；进行捕获判决，捕获成功，反之捕获失败，返回将移动观测窗口移动到下一个观测位置，重新进行捕获。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别是关于一种高动态卫星通信DSSS信号迭代捕获方法、装置、介质及计算设备。

背景技术

卫星通信系统可以在全球范围内为移动终端提供各种服务，在支持军事和民用领域的可靠信息服务方面具有巨大潜力。近年来，随着高移动终端技术的迅猛发展，高移动环境下的无线通信受到了学术界和工业界的广泛关注。与地面无线通信不同，为了提高卫星通信的抗干扰性能，直接扩频通信技术被广泛应用于卫星通信中。一般情况下，DSSS信号捕获是卫星系统的重要组成部分，接收机需要估计接收到的信号中的扩频码相位，因为没有一致的扩频码相位接收机就不能获得扩频处理增益。特别是伪噪声(PN)序列是目前最流行的扩频序列之一，在直扩系统中得到了广泛的应用。为了实现DSSS信号的捕获，接收机必须根据接收到的受多普勒效应影响的信号确定扩频码相位。然而，传统的卫星中的PN序列捕获技术在高动态卫星通信系统中应用时还存在一些亟待解决的问题。

一方面，为了保证移动终端对干扰和欺骗有更高的容忍度，PN序列相对于传统卫星通信系统要长一些，这必然导致计算复杂度提高，捕获时间增长。因此，与传统的卫星通信相比，长PN序列难以在计算复杂度较低的情况下实现快速的信号捕获。另一方面，高动态终端的高机动性往往会造成时变多普勒频偏和多普勒速率，这使得DSSS信号的捕获成为瓶颈。因为在时变多普勒频偏和多普勒频率下，难以估计接收序列中的伪码相位。一般来说，接收机的成本和效率取决于多普勒频偏搜索所消耗的时间和资源。特别地，考虑到PN序列相对较长，传统穷举搜索方法在搜索所有可能的PN码相位和离散多普勒频偏间隔时的硬件代价是不可接受的。因此，在高机动性环境下，实现低复杂度的长PN序列捕获对于高机动性通信系统具有重要意义。

现有文献中介绍了许多PN码捕获方法。然而，传统的捕获算法大多无法应对高机动性卫星通信的挑战。特别是，最常用的一种捕获策略是基于相关器的串行搜索策略，它可以通过穷举搜索的方式搜索相关峰的位置来估计PN码相位。然而，该方法在高动态环境下不能很好地工作，且PN序列较长时计算复杂度较高。随后有文献提出了并行搜索方法和基于快速傅里叶变换(FFT)的搜索方法，以减少多普勒频偏的影响，但硬件复杂度较高。总体而言，传统的PN码捕获方案大多没有考虑时变多普勒频偏和计算复杂度，难以应用于卫星高机动性通信系统。

通过以上分析，现有的PN序列捕获算法可以分为两类：相关捕获算法和非相关捕获算法。前者的性能主要取决于PN序列的长度，而后者的性能主要由各码片的约束强度来决定。不可否认,相关捕获算法通常可以取得更好的捕获性能在低信噪比的环境中,当接收到的PN序与本地序列相位是一致时可以获得比较理想的扩频增益,但大多数相关捕获算法不能很好地工作在高机动环境来实现快速长PN序列的捕获。一方面，大多数相关捕获算法难以补偿时变的多普勒频偏，使得接收机在没有完全同步的情况下难以获取扩频处理增益。另一方面，长PN序列通常会导致较高的计算复杂度，这在硬件成本上是不可接受的。与相关捕获算法相比，非相关捕获算法在高动态环境下能够获得更好的性能，因为可以利用每个码片的约束关系减少时变多普勒频偏的影响。也就是说，接收到的被多普勒效应破坏的PN序列可以通过逐码片处理的方式来获取编码增益。然而，目前大多数非相关捕获算法没有考虑时变多普勒频偏的影响。

发明内容