[发明专利]一种大动态范围载波捕获方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大动态范围载波捕获方法。

背景技术

现有技术中的载波捕获方法在已经飞行的月球星CE-1/2上应答机的信号门限处理能力信噪比C/N0为47dBHz，而在深空探测中，接收信号的信噪比动态范围很大，C/N0从17dBHz到117dBHz。同时为了适应深空探测需要，载波捕获方法适应深空探测信号多普勒范围大、多普勒变换速率高的要求。在以前的深空探测任务中，星上处理设备是在与地面站约定的频点等待地面信号，在深空探测中，需要星上设备主动在多普勒范围内寻找信号以节省时间。

载波捕获算法要适应高动态功率变化、大频率变化范围和高频率变化速率并主动寻找信号以节省时间，采用传统的谱估计方法不能适应高频率变化速率和主动寻找信号，所以必须对高动态功率范围分级捕获、将大频率变化范围分为多个小范围进行谱分析，并在本地预置多个扫频信号以适应高频率变换速率。

《BPSK-PM深空通信信号载波捕获方案》介绍了一种采用FFT运算进行频率搜索的载波捕获方法。《一种高动态USB应答机的设计与实现》介绍了一种高动态环境中实现载波捕获的方法。上述文献中的载波捕获方法都只是对较大动态范围进行了处理，没有提出如何处理高扫频频率速率和设备主动寻找信号以节省捕获时间，所以难以适应深空测控通信的需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种大动态范围载波捕获方法，实现了在极低信噪比下对单载波的捕获，并可适应了大频率变化范围和高频率变化速率。

本发明的技术解决方案是：

一种大动态范围载波捕获方法，用于在航天器上实现对上行载波信号的捕获，包括以下步骤：

采用固定频率间隔的本地载波对接收到的上行载波信号进行下变频；

滤波获得下变频后的中频信号；

采用三个抽样频率对所述中频信号进行抽取获得高速抽取信号、中速抽取信号、低速抽取信号；

分别对高速抽取信号、中速抽取信号、低速抽取信号的峰值进行判断，对所述上行载波信号进行捕获，并对捕获后的上行载波信号再次进行捕获确认，获得确认后的上行载波信号；

获取确定后所述上行载波信号的载波频率和载波功率并输出。

进一步的，采用N个具有固定频率间隔的本地载波的对接收到的上行载波信号进行扫频获得中频信号。

进一步的，对所述三路抽取信号采用高速率抽取信号优于中速率抽取信号优于低速率抽取信号的顺序进行峰值判断。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明通过对高中低信噪比信号分别使用高中低三种捕获模式，满足了高信噪比下捕获时间的要求和低信噪比下捕获能力的要求；通过使用载波捕获的二次确认方法，进一步提高了高信噪比下的捕获精度并消除了多普勒变化对低信噪比捕获的影响，并通过分段寻找信号节省了捕获时间；通过采用本地预置扫频速率的方法消除了多普勒扫频速率对载波捕获的影响。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为捕获流程图；

图3为累计效果图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1所示为本发明流程图，采用本方法，在航天器上首先对上行的载波信号进行AD数据采样后对获得的采样信号进行数字下变频，之后对获得的中变频信号进行低通滤波，并利用本地的抽样频率对滤波获得的中频信号进行抽取降低中频信号的速率，最后对获得信号的进行谱分析和搜索完成捕获。

在上述过程中，由地面发送的上行载波信号(信号频率7到8GHz，最低信噪比-17dBm，扫频速率0到20Hz/s，扫频范围正负36KHz)，因此在完成对载波信号的AD采样后，采用N个本地载波对采样信号进行下变频。N个本地载波信号的采用固定频率带不同速率的扫频，扫频速率与上行信号扫频速率的差值满足跟踪环路适应范围的要求。实际应用中，由于要求捕获后偏差在10Hz/s内，所以本地预置载波的扫频速率分别选用+15Hz/s，0Hz/s和-15Hz/s从而将扫频速率对载波捕获的影响降至10Hz/s以内。采用这三个预置载波对采样信号进行下变频获得三路下变频后的信号。

采用低通滤波器对三路下变频后的信号进行滤波，通过低通滤波器可以滤出三路下变频信号中的中频信号。对获得的中频信号进行抽取，抽取同样采用三个不同速率的抽样频率，三个抽样频率分别选取1M，125K，8K。通过抽取将中频信号的频率降低，从而同样产生三路输出信号，分别适应高信噪比、中高信噪比和低高信噪比的下的捕获。