[发明专利]基于双层时频分析的低轨卫星直扩系统快速捕获算法

摘要

本发明提出一种基于双层时频分析的低轨卫星直扩系统快速捕获算法，用于解决现有基于时频双并行的低轨卫星直扩快速捕获算法中存在的捕获精度低的技术问题，本发明在时域上对本地伪码进行局部展叠处理，并结合FFT相关快速去除码片模糊度；在频域上对接收信号进行FFT快速谱分析,并根据相关峰均比进行自适应频域精补偿，具体步骤包括：构造本地伪码信号和本地伪码展叠信号；对接收信号进行第一层时频分析；对接收信号进行多普勒粗补偿；对粗补偿后的接收信号进行第二层时频分析。本发明在保证捕获速度的同时，具有捕获精度高的特点，可用于低轨卫星高动态场景下直扩信号的同步。

主权项

1.一种基于双层时频分析的低轨卫星直扩系统快速捕获算法，包括如下步骤：(1).构造本地伪码信号pc(n)和本地伪码展叠信号lc(n)，实现步骤为：(1a).将本地原始伪码信号p(n)划分为相等的N个展叠段，并对每个展叠段进行编号，得到N个展叠长度为L＝M/N的本地伪码截断信号li(n)，其中，M为伪码周期，每段的编号为i,i＝1,2,...,N，对应的码片位置n∈{1,2...,L}；(1b).求取N个本地伪码截断信号l_i(n)中对应位置码片的和，得到展叠压缩码(1c).对本地原始伪码信号p(n)和展叠压缩码lf(n)分别进行复制，并将复制得到的P/M个本地原始伪码信号p(n)和P/L个展叠压缩码lf(n)各自首尾相连，分别得到长度为P的本地伪码信号pc(n)和本地伪码展叠信号lc(n)；(2).对接收信号进行第一层时频分析，得到多普勒粗补偿值其中实现步骤为：(2a).对接收信号进行载波解调、中频下变频和滤波采样，得到长度为P的接收码片信号xc(n)；(2b).对接收码片信号xc(n)进行循环码片移位，得到码片移位信号xc′(n)＝xc(n‑Q)，其中Q为码片移位数，且Q∈{1,2,...,N}；(2c).将码片移位信号xc′(n)与本地伪码展叠信号lc(n)相乘，得时域展叠相关信号rc(n)＝xc'(n)lc(n)；(2d).对时域展叠相关信号rc(n)进行P点快速傅里叶变换，得频域展叠相关信号Xc(k)＝FFT[rc(n)]，其中FFT[*]表示对信号进行快速傅里叶变换；(2e).对频域展叠相关信号Xc(k)进行取模和峰值搜索，得到最大频域展叠相关值Rmax及对应的索引kmax；(2f).确定判决门限其中为比例因子，N_noise为噪声功率，P_fa为虚警概率；(2g).判断最大频域展叠相关值R_max是否大于等于判决门限μ，若是，计算接收信号多普勒粗补偿值否则，令码片移位数Q＝Q+1，并返回步骤(2b),重复执行步骤(2b)‑(2g),其中f_s表示采样频率；(3).利用多普勒粗补偿值对接收信号进行粗补偿，得到粗补偿后的接收信号x_ac(n)；(4).对粗补偿后的接收信号x_ac(n)进行第二层时频分析，得到码片时延补偿值和多普勒精确补偿值实现步骤为：(4a).对构造的本地伪码信号pc(n)进行M点快速傅里叶变换，并进行共轭转置，得到本地伪码频域信号的共轭转置Pc(k)＝conj[FFT(pc(n))]，其中conj[*]表示对信号进行共轭转置；(4b).利用频域相关值峰均比确定自适应搜索因子其中为向上取整，α为取值与卫星的轨道参数相关的常数因子，E_p为发射机功率，A_cc为累积码片数；(4c).利用自适应搜索因子T，计算多普勒频率搜索步长并确定搜索范围(4d).利用搜索范围S内的每一步多普勒偏移量，分别对粗补偿后的接收码片信号x_ac(n)进行多普勒精确补偿，得到T个精确补偿码片序列其中(4e).分别对T个精确补偿码片序列x_t(n)进行M点快速傅里叶变换，得到T个频域精确补偿码片序列X_t(k)＝FFT[x_t(n)]；(4f).将T个频域精确补偿码片序列Xt(k)与本地伪码频域信号的共轭转置Pc(k)相乘，并对T个相乘结果分别进行M点逆快速傅里叶变换，得到T个精确补偿相关序列rt(m)＝IFFT[Xt(k)Pc(k)]，其中IFFT[*]表示对信号进行逆快速傅里叶变换；(4g).对T个精确补偿相关序列r_t(m)进行峰值搜索，得到最大相关值对应的精确补偿相关序列的索引t_max和具体位置m'_max，并将具体位置m'_max的码片数转换为码片时延补偿值即同时计算多普勒精确补偿值(5).利用步骤(2)得到多普勒粗补偿值和步骤(4)得到的多普勒精确补偿值计算多普勒频域补偿值