[發(fā)明專利]一種寬帶衛(wèi)星信號(hào)快速掃頻方法

有效

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• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN112422173B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張擁軍;吳昊;黃為;劉千國;余盛龍;藍(lán)兵
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北凱樂量子通信光電科技有限公司
• 主分類號(hào): H04B7/185
• 分類號(hào): H04B7/185
• 代理公司: 荊州市亞德專利事務(wù)所(普通合伙) 42216
• 代理人: 周宗揚(yáng)

1.一種寬帶衛(wèi)星信號(hào)快速掃頻方法，寬帶衛(wèi)星接收信號(hào)描述為：

其中：N_ch表示寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)中的子信道個(gè)數(shù)；a_k(t)表示第k個(gè)子信道上的發(fā)送信號(hào)；f_c表示射頻頻率；f₀表示每個(gè)子信道的波特率；f₀＝1/T₀，T₀表示子信道的符號(hào)周期；衛(wèi)星信號(hào)的某些子信道上包含同步信號(hào)，它用作衛(wèi)星信號(hào)的捕獲、識(shí)別、同步；記同步信號(hào)的周期為T_sync，對應(yīng)的周期為P_sync＝T_sync/T₀，記同步信號(hào)的長度為N_sync；記接收到寬帶衛(wèi)星信號(hào)為：

r(t)＝s(t)+w(t)

其中：w(t)表示噪聲信號(hào)；

其特征在于：該寬帶衛(wèi)星信號(hào)快速掃頻方案是通過包括如下步驟實(shí)現(xiàn)的：

步驟1、寬帶衛(wèi)星信號(hào)首先經(jīng)過頻域掃頻處理獲得滿足指定門限條件的若干個(gè)子信道頻點(diǎn)集合S；

1.1本寬帶衛(wèi)星信號(hào)快速掃頻方案中，首先對寬帶衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行ADC模擬數(shù)字采樣及零中頻轉(zhuǎn)換，得到離散的基帶接收信號(hào)表達(dá)公式：

其中：

采樣周期T₁＝T₀/N，N須滿足奈奎斯特采樣定律N≥N_ch；

n代表采樣時(shí)間序號(hào)，y(nT1)為第n個(gè)采樣時(shí)間的采樣信號(hào)；

代表噪聲信號(hào)； 由于同步信號(hào)的周期為P_sync，因此每N·P_sync個(gè)采樣點(diǎn)必包含一個(gè)同步信號(hào)；

1.2當(dāng)完成N·P_sync個(gè)采樣數(shù)據(jù)的收集之后，對信號(hào)進(jìn)行FFT傅里葉變換，得到如下表達(dá)公式：

將y(nT₁)的表達(dá)公式(1)代入上述表達(dá)公式(2)，并忽略噪聲項(xiàng)，則得到如下表達(dá)公式：

其中：A_k(f)表示a_k(t)的傅里葉變換；m代表FFT(傅里葉變換)后的頻域信號(hào)的序號(hào)；

1.3當(dāng)發(fā)送的子信道信號(hào)采用成型濾波后，假設(shè)信號(hào)帶寬f₀之外的頻譜近似為0，因此得到如下公式：

從表達(dá)公式(4)看出，當(dāng)子信道k₀上存在同步信號(hào)時(shí)，則Y(m₀＝k₀·P_sync)在頻域上存在峰值，如下公式所示：

其中：代表子信道k₀上的FFT在m＝0點(diǎn)的值；

因此，對傅里葉變換之后的頻域信號(hào)進(jìn)行門限判斷，即可得到頻域掃頻結(jié)果：如下公式所示：

對

其中Thr為預(yù)設(shè)的功率門限值；

1.4為了進(jìn)一步增強(qiáng)低接收信噪比下的漏檢性能，對連續(xù)多個(gè)N·P_sync個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)塊的傅里葉變換結(jié)果進(jìn)行累加合并；假設(shè)采用R個(gè)塊進(jìn)行累加，則累加公式表示為：

其中，r為求和(∑)計(jì)算里的第一個(gè)變量，r取值為0～R-1；

經(jīng)過累加之后真實(shí)信號(hào)的頻域幅度明顯得到增強(qiáng)，檢測概率大大增加；一般來說，采用R個(gè)塊進(jìn)行累加時(shí)，其增益為10×log₁₀(R)dB；

步驟2、對上述完成頻域掃頻并得到子信道頻點(diǎn)集合S后，遍歷每個(gè)子信道頻點(diǎn)集合S中的子信道，進(jìn)行時(shí)域掃頻檢測；

2.1首先，對每個(gè)k₀∈S，進(jìn)行數(shù)字下變頻得到子信道k₀上的零中頻信號(hào)的表達(dá)公式為：

其中：代表噪聲信號(hào)；

然后，對信號(hào)z(nT₁)進(jìn)行低通濾波，將子信道k₀頻偏之外的信號(hào)濾除掉，則低通濾波后的z(nT₁)公式近似為：

對z_LP(nT₁)進(jìn)行N＝T₀/T₁倍抽取，得到符號(hào)率采樣數(shù)據(jù)z_LP(nT₀)后，對符號(hào)率采樣數(shù)據(jù)z_LP(nT₀)進(jìn)行同步檢測；

2.2同步檢測包含兩種，其一采用互相關(guān)檢測，記理想同步信號(hào)為u(m)＝u(mT₀)，互相關(guān)檢測算法表示為：

其中：u^*(m)表示u(m)的共軛；

其二采用自相關(guān)檢測，自相關(guān)檢測算法表示為：

通過時(shí)域掃頻檢測，將頻域掃頻時(shí)虛檢的無效子信道濾除，得到最終的精確掃頻結(jié)果，并保存；

步驟3、根據(jù)衛(wèi)星系統(tǒng)同步信號(hào)以一定周期重復(fù)發(fā)送的特性，頻域掃頻利用所述周期性進(jìn)行精確的同步信道掃頻；

3.1記理想同步信號(hào)為u(m)＝u(mT₀)，0≤mP_sync，將其反序并在前面補(bǔ)零擴(kuò)展成長度為P_frame的信號(hào)：

u₁＝[0,…,0,u(P_sync–1),u(P_sync–2),…,u(1),u(0)]

對擴(kuò)展后的信號(hào)u₁進(jìn)行N_ch·P_sync點(diǎn)的快速傅里葉變換，得到頻域參考信號(hào)U₁(m)，0≤mN_ch·P_sync；

3.2采集時(shí)域上P_sync個(gè)點(diǎn)的接收信號(hào)z(n)，0≤nP_sync；

對z(n)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻域接收信號(hào)Z(n)，0≤nP_sync；

3.3遍歷子信道0≤kN_ch–1，對某一子信道k，計(jì)算P_sync個(gè)相關(guān)值：

C(n)＝abs(Z(n)·conj(U₁(k·P_sync+n))) (12)

其中：conj表示共軛操作，abs表示取模運(yùn)算；

查找C(n)中的最大值C_max＝max{C(n)}，將其與門限值進(jìn)行比較，當(dāng)C_max大于門限值時(shí)，判定子信道k上存在同步信號(hào)；當(dāng)P_sync過大導(dǎo)致快速傅里葉變換的點(diǎn)數(shù)過大時(shí)，對長度為P_sync的接收信號(hào)按照周期進(jìn)行分段快速傅里葉變換。