[發明專利]一種適于深空通信的高動態寬范圍快速信號捕捉方法

有效

• 申請號: 201611110897.9
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106603450B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 董國英;費聚鋒;李名祺;王召利
• 申請（專利權）人: 上海無線電設備研究所
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00
• 代理公司: 31249 上海信好專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 潘朱慧

本發明公開了一種適于深空通信的高動態寬范圍快速信號捕捉方法，其包含以下步驟：S1、將500kHz的多普勒頻偏劃分成等間隔的16個搜索子區間，每個子區間獨立進行頻率搜索；對每個子區間分別設置不同的中心頻率，使不同的子區間具有不同的頻率偏置；采用FFT頻譜分析法對16個搜索子區間進行頻率搜索，計算出每個子區間FFT結果的最大值和對應的頻率值；從16個子區間FFT結果的最大值中找出最大值；S2、將從16個子區間FFT結果的最大值中找出的最大值對應的頻率值加上子區間頻率偏置即為捕獲到的多普勒頻偏。其優點是：快速高精度實現了高動態寬范圍信號的捕獲，且資源消耗沒有增加。

技術領域

本發明涉及深空通信領域中的信號捕獲技術，具體涉及一種適于深空通信的高動態寬范圍快速信號捕捉方法。

背景技術

深空通信中由于航天器在運行過程中具有很高的速度和加速度，且通信距離遠路徑損耗大，因而接收到的信號為具有較大多普勒頻移和頻率變化率的微弱信號。

基于二維分區的深空頻率捕獲算法將多普勒頻偏分為N個搜索區間，稱為N個通道，每個通道NCO預置為該頻率搜索區間的中心頻率；每個通道分為M組，每組NCO分別預置為根據一定間隔產生的多普勒頻率變化率步進值。這樣就形成了一個多普勒頻偏和多普勒頻率變化率的二維搜索平面，平面中每一個方格代表了一個多普勒頻偏值和一個多普勒頻率變化率值。對N個通道，每個通道M組下變頻后的信號做FFT，并從N*M組的FFT結果中找出最大模值，如果超過設定的門限則認為捕獲成功，其所在的通道即為多普勒頻偏值，所在的組即為多普勒頻率變化率值。這種方法要進行兩維的搜索，在寬多普勒頻偏的環境下需要的搜索區間多，計算量大，捕獲時間長，且要得到高精度估計，需要細化搜索區間，則二維搜索區間數目會急劇增大。這種方法的多通道并行處理，需要多個DDS核，多組濾波器，多個FFT核，這是對資源的很大消耗。

面向深空通信的載波同步方法及裝置，該算法受限于每次通信鏈路建立時都要先發射一段時間的載波信號。基于卷積計算的微波統一測控系統中的載波捕獲算法，將下變頻后的基帶信號與自身信號做卷積計算，通過找到卷積運算的最大值點，并對其做一個映射實現載波捕獲，該算法用到多次FFT，逆FFT計算和映射算法，計算較為復雜，工程實現復雜度較高。

因此，常規的高動態寬范圍捕獲方法捕獲時間長、消耗資源多，頻率捕獲精度低，工程實現復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適于深空通信的高動態寬范圍快速信號捕捉方法，能在高動態寬多普勒頻偏環境下以較高的頻率分辨率和較短的時間完成信號捕獲，在頻偏高達±500kHz的情況下，保證深空通信接收機在20ms內對信號完成捕獲和多普勒頻偏校正，頻偏捕獲精度為62.5Hz，且通過合理劃分處理時序，實現快速計算，使得在資源消耗相同的情況下能快速完成捕獲。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種適于深空通信的高動態寬范圍快速信號捕捉方法，其特征是，該方法基于通信體制是殘留載波BPSK調制信號，通信速率為2kbps，多普勒頻偏范圍是500kHz，最大多普勒頻率變化率是30kHz/s，所述的高動態寬范圍快速信號捕捉包含以下步驟：

S1、將500kHz的多普勒頻偏劃分成等間隔的16個搜索子區間，每個子區間獨立進行頻率搜索；對每個子區間分別設置不同的中心頻率，使不同的子區間具有不同的頻率偏置；采用FFT頻譜分析法對16個搜索子區間進行頻率搜索，計算出每個子區間FFT結果的最大值和對應的頻率值；從16個子區間FFT結果的最大值中找出最大值；

S2、將從16個子區間FFT結果的最大值中找出的最大值對應的頻率值加上子區間頻率偏置即為捕獲到的多普勒頻偏。

上述的適于深空通信的高動態寬范圍快速信號捕捉方法，其中，所述的步驟S1中：

采用串行搜索法對16個搜索子區間進行搜索。