[發明專利]一種衛星信號多維快速捕獲方法及系統

有效

• 申請號: 201611183078.7
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106646546B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 徐勁松;陳建華;吳彬彬;王洪斌
• 申請（專利權）人: 南京六九零二科技有限公司
• 主分類號: G01S19/30
• 分類號: G01S19/30;G01S19/29
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 朱妃;董建林

本發明公開了一種衛星信號多維快速捕獲方法及系統，其捕獲系統包括數字中頻混頻器，本地碼發生器，分段匹配濾波器PMF，快速傅里葉變換FFT模塊，捕獲檢測模塊，捕獲驗證模塊和捕獲判決模塊；通過頻率自適應調整、分段匹配濾波和快速傅里葉變換等算法，可解決高動態環境下衛星信號捕獲算法檢測頻偏范圍有限、硬件實現復雜度高、處理時延長等技術難題；具有結構簡單、技術實現復雜度低、處理時延小、可檢測頻偏范圍大等顯著優點，可檢測多普勒頻移范圍為±50KHz，多普勒頻率變化率為±50Hz，即可實現飛行速度20Ma、加速度為180g極高動態環境下的無線電通信的穩定接收，捕獲跟蹤時間小于100ms。

技術領域

本發明涉及一種信號捕獲技術，特別是涉及一種衛星信號多維快速捕獲方法及系統，屬于衛星應用技術領域。

背景技術

隨著衛星技術的飛速發展，空間飛行器的數量迅速增加，衛星通信的需求越來越大，受天線增益、平臺規模的限制以及收發信機的相對運動，通信雙方常在高動態低信噪比環境下進行通信，在高動態低信噪比環境下，傳統的同步技術在低信噪比和高動態的通信條件下性能較差，甚至會導致任務的失敗。這是由于高動態環境意味著較大的多普勒頻移，這往往已經超過了傳統載波鎖相環的捕獲帶，因此利用傳統的同步技術，將不能保證載波信號進行正確的捕獲，為了提高接收機的捕獲帶，就必須增加環路帶寬，這樣會引入過多的帶寬噪聲，使得信噪比惡化，當噪聲大于閾值門限時，也會使載波跟蹤環路難以鎖定，導致解調數據無法爭取恢復。所以在高動態和低信噪比的環境下，傳統的載波同步技術將不再適用，需要根據環境特點提出新的載波同步技術。

衛星信號的快速捕獲是衛星接收機的核心關鍵技術，是接收機同步的重要組成部分，捕獲部分實現信號的載波多普勒和碼相位的粗略估計，是實現后續精確估計的前提和基礎。快速捕獲主要分為時域和頻域兩個方面，時域的快速捕獲方法主要基于匹配濾波器的并行或穿行捕獲，頻域的快速捕獲主要利用FFT作循環相關實現偽碼的并行搜索。上述幾種方法都需要在頻域進行串行搜索，因此在大頻偏的情況下，搜索范圍較大，捕獲時間相應的會變長。

我國對于高動態衛星信號接收捕獲技術的研究起步較晚，受應用環境、電子器件水平等方面的限制，現有的高動態環境下衛星信號接收捕獲技術存在實現復雜度高、檢測頻率范圍有限、處理延時大等局限。

發明內容

本發明的主要目的在于，克服現有技術中的不足，提供一種衛星信號多維快速捕獲方法及系統，可解決高動態環境下衛星信號捕獲算法檢測頻偏范圍有限、硬件實現復雜度高、處理時延長等技術難題，實現對衛星信號的高效快速捕獲。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種衛星信號多維快速捕獲方法，包括以下步驟：

1)計算多普勒頻偏初始值f_dr和多普勒頻率變化率的初始值δf_dr|_max，并確定捕獲參數；

多普勒頻偏初始值f_dr的計算公式為其中，f_r為系統接收載波頻率，v_dm為系統相對運動速度，c為光速，取3×10⁸米/秒；

多普勒頻率變化率初始值的計算公式為其中，為相對運動加速度；

根據計算得到的多普勒頻偏和多普勒頻率變化率的初始值大小，確定捕獲參數；其中，捕獲參數包括快速傅里葉變換FFT的變換點數N和匹配濾波的塊數M；

快速傅里葉變換FFT的變換點數N和匹配濾波的塊數M的參數值根據處理時鐘速率f_clock、碼片速率R_c、多普勒頻偏初始值f_dr共同確定，使得捕獲后碼片誤差控制在半個碼片以內。

2)基帶信號剝離并存儲；