[发明专利]一种用于直接序列扩频系统的高动态弱信号快速捕获方法

摘要

本发明所述一种用于直接序列扩频系统的高动态弱信号快速捕获方法，属于无线通信领域。由于高动态运动(高速、高加速)条件下，扩频信号载波呈现线性调频(chirp)信号特性，本发明首先利用分数阶傅里叶变换的时频聚焦特性，进行载波多普勒频率补偿；其次利用分数阶傅里叶变换的阶次分辨能力，对扩频信号进行非相干积累；最后利用恒虚警检测技术在分数阶傅里叶域对信号进行捕获判决。本发明解决了传统基于傅里叶变换快速捕获方法不能在高动态条件下有效进行长时间相干积累的难题；能够在高动态、低信噪比条件下，有效提高检测信噪比，缩短信号捕获时间；此外，本发明存在快速算法，易于在工程上实时实现。

主权项

1.一种用于直接序列扩频系统的高动态弱信号快速捕获方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将接收到的射频信号经过滤波、放大、混频、模数转换后，输出I、Q两路正交基带数字信号并组成复信号R(n)；(2)利用分段匹配滤波技术对输入信号R(n)进行伪码剥离，即对R(n)中每N点长度的数据利用P个分段匹配滤波器进行处理，每个分段匹配滤波器的长度为X＝N/P，第p个分段匹配滤波器的输出结果为：CPMFP(p)=1X·Σi=1+(p-1)XpXR(i)ci,]]>其中p＝1，2，L，P，即每个分段匹配滤波器对来自基带复信号R(n)的X个相邻数据点进行求平均值操作，R(n)中每N点长度的数据需要P个这样的分段匹配滤波器，信号通过这P个分段匹配滤波器后的输出点数为P点；其中，c_i为本地复制的伪随机序列，i表示伪随机序列的第i个码片，i＝1，...，PX，该序列与R(n)中扩频调制的伪随机序列相同，N的选取长度将作为步骤(3)中的相干积分时间，它应小于被伪随机序列调制的信息数据的符号持续时间；通过上述步骤，R(n)中每N点长度的数据通过P个分段匹配滤波器的输出结果即长度为P点的序列对R(n)进行H次这样的操作，记第j次获得的序列为其中n＝1，L，P；j＝1，L，H；H也是步骤(3)中进行分数阶域最优阶次相干积累的个数；(3)根据接收机载体加速度a的范围，对序列做最优阶次下的离散分数阶傅里叶变换：Xpopt,j(m)=Fpopt[CPMFP,j(n)],]]>其中：是最优阶次下的离散分数阶傅里叶变换；m是分数阶傅里叶域变量；p_opt是分数阶傅里叶变换的最优阶次，此时获得的P点长的序列即为分数阶傅里叶域最优阶次下的第j个相干积累结果；(4)按照下式做分数阶傅里叶域最优阶次间的非相干积累：X(m)=Σj=1H|Xpopt,j(m-ϵj)|,]]>其中为分数阶傅里叶域最优阶次下的第j个相干积累结果，ε_j＝(2f_ca/c)T_j，T_j是第j个相干积累结果和第1个相干积累结果之间的时间延迟；(5)设置一个所需的信号捕获虚警概率P_fa，根据信号中所混有噪声的分布特性以及所述虚警概率P_fa确定检测门限β：β=σ-2lnPfa,]]>当步骤(4)获得的|X(m)|中有大于检测门限β的输出，则认为信号捕获，其检测概率P_d为：Pd=∫β∞Pl(x)dx,]]>其中A是信号的振幅，为常数，σ为信号中所混有的噪声分布的标准差，I₀(x)为第一类零阶修正贝塞尔函数，为检测信噪比；(6)在认为信号捕获的情况下，输出|X(m)|中最大值对应的分数阶域坐标m_max，以及步骤(3)采用的分数阶傅里叶变换的最优阶次即最优相干积累阶次p_opt，m_max和p_opt分别对应多普勒频率及多普勒频率变化率的估计值这两个动态参数，完成扩频信号的快速捕获。