[发明专利]一种通用的非相干直接序列扩频信号跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通用的非相干直接序列扩频信号跟踪方法，它是一种适用于高动态场景的、调制有非相干数据的直接序列扩频信号通用跟踪方法，它与航天测控、扩频信号处理研究方向相关，属于与航空航天相关的扩频通信技术领域。

背景技术

随着技术的不断进步和我国卫星事业的不断发展，卫星测控系统的功能日益复杂，需要测试的项目不断增加。扩频通信依靠本身特有的技术优势，已广泛应用于各类航天系统中，然而，不同的航天系统所采用扩频码速率和数据速率不尽相同，在这种情况下，以往为每颗卫星研制专用的测控系统测试设备的做法显然无法满足目前的需求。研制通用的扩频系统就具有重要意义。

对非相干直接序列扩频信号进行解扩需要两个步骤：捕获和跟踪。捕获的作用是完成粗同步，得到粗略的多普勒和码相位估计值；跟踪的作用是利用捕获得到的粗同步结果初始化跟踪环路，完成精细同步，进而还原出信息。研制通用扩频系统的一个重要任务就是研究一种通用的非相干直接序列扩频信号跟踪方法。

非相干直接序列扩频是直接序列扩频的一种特例，数据符号时钟与扩频码时钟为非同源时钟。其优点是在不改变扩频码速率和数据符号占用带宽的情况下,可以根据业务需求较为灵活地改变数据速率;缺点是数据符号的跳变沿与扩频码相位不存在确定的关系,接收端扩频码同步较为困难。

传统的直接序列扩频信号的跟踪模块由两个跟踪环路，即载波环和码环，和其他几大功能模块组成。数字中频信号首先与本地复现载波完成下变频，再与本地复现的超前、即时、滞后支路扩频码完成解扩及相干积分，输出的相干积分结果分别用于载波环的鉴频鉴相和码环的鉴相，载波环鉴频鉴相结果经滤波后，控制本地载波NCO的频率控制字，码环鉴相结果经滤波后，控制本地扩频码NCO的频率控制字。

非相干直接序列扩频信号的跟踪比传统的直接序列扩频信号的跟踪要复杂。传统的直接序列扩频信号数据时钟和扩频码时钟同源，数据和扩频码有准确的对应关系，利用扩频码相位就可以确定数据的跳变边沿；而非相干直接序列扩频信号的数据跳变沿与扩频码相位不存在确定的关系，因此在跟踪时，需要有一个位同步模块完成确定数据跳变沿的功能，这在传统的跟踪的基础上，需要增加一个位同步环。三个环路同时工作，对跟踪的整体性能有很大影响，其中位同步环的性能是影响整体性能的一大因素。

发明内容

1、发明目的：

本发明的目的是提供了一种通用的非相干直接序列扩频信号跟踪方法，它是一种具有高灵活可变性能的通用跟踪方案，能够应用于诸如航天测控的不同场景。

2、技术方案：

该方法整体结构采用三个跟踪环路完成跟踪的功能，即载波环、码环和位同步环，见图1。为了适应大动态，载波环采用二阶锁频环辅助三阶锁相环的环路滤波器。码环采用传统的延迟锁定环。位同步环利用即时支路相干积分累加的同相和中相相干积分结果完成鉴相功能。

本发明一种通用的非相干直接序列扩频信号跟踪方法，该方法包含如下步骤：

步骤一：根据待跟踪的非相干直接序列扩频信号特征确定相干积分时间，并生成相干积分脉冲：

相干积分脉冲有两类，一类用于确定载波环及码环中的相关器的相干积分起始，一类用于确定位同步环的相关器的相干积分起始。

由于数据跳变的影响，载波环及码环的相关器相干积分时间应小于二分之一数据比特持续时间，而为了提高信噪比，相干积分时间应尽量长，综合考虑，在数据速率较高时，确定相干积分时间为半个数据比特持续时间。

捕获提供给跟踪的多普勒范围为±250Hz，由于数据跳变，鉴频器鉴相范围为±1/(4*T)，所以相干积分时间T最大取值为0.5ms。

位同步环相干积分起始分为同相和中相脉冲。同相脉冲在位同步环锁定时，理论上与数据跳变沿对齐，而中相脉冲处于两同相脉冲正中间，即数据中点(见图6)。

数据速率为1Kbps时，半个数据比特持续时间是0.5ms，所以当数据速率大于等于1Kbps时，相关器相干积分脉冲等于同相脉冲和中相脉冲的逻辑或（or）。