[发明专利]一种高动态低信噪比环境下的卫星弱信号捕获方法及系统

说明书

本发明公开一种高动态低信噪比环境下的卫星弱信号捕获方法及系统，包括一次捕获模块和二次捕获模块，均采用基于内插频率计算方法计算信号，一次捕获模块成功捕获到信号之后停止工作并将估计粗频偏和粗定时信息送入二次捕获模块，若一次捕获模块成功捕获信号，则给出启动二次捕获模块的启动信号，二次捕获模块根据一次捕获模块给出的粗定时位置信息和粗频偏补偿之后的信号进行二次频率估计和信号到达验证。本发明采用一次捕获模块对信号的频谱和位置进行快速捕获，计算出信号的粗频谱和粗位置，然后根据二次捕获模块对信号进行捕获验证和频率精估；提高了估计精度，可适用于各类接收机中，具有较高的工程价值。

技术领域

本发明属于卫星通信系统领域，具体涉及一种高动态低信噪比环境下的卫星弱信号捕获方法及系统。

背景技术

在低信噪比高动态环境下，信号具有较大的多普勒频偏和多普勒频率变化率，这给弱信号的捕获带来了相当大的困难。针对弱信号的大频偏捕获，通常采用分段匹配滤波和快速傅里叶变换结合，即PMF-FFT算法实现。但FFT的功率谱最大值处存在栏栅效应，无法估计出准确的多普勒频偏值，从而产生较大的扇贝损失和估计频率误差。另一方面，多普勒频偏对匹配滤波的频率响应结果存在一定的衰减作用。针对这些问题，现有文献提出采用加窗函数和改进加窗函数来提高精度；也有文献提出PMF-FFT和频谱校正相结合的捕获算法，及PMF-FFT和二次函数内插结合的方法。但以上方法改进效果均不是很明显且复杂度较高，且对于低信噪比信号的检测需要相当长的数据存储才能计算出相关峰。在信号捕获成功之后，当前帧估计出的频率是在下一帧进行补偿，由于多普勒变化率和晶振的漂移又会引入新的频偏，尤其是对于低速信号影响很大，现有的技术均未考虑这一点，从而会造成信号接收不稳定以及降低捕获的概率。因此本发明针对上述问题提出一种高动态低信噪比环境下的弱信号捕获方法，该方法通过循环RAM减低系统存储空间的要求和简化程序设计，采用内插算法提高FFT的估计精度，并对下一帧信号进行二次频率估计进一步纠正由于晶振时钟漂移引入的频谱。

发明内容

发明目的：本发明提供一种高动态低信噪比环境下的卫星弱信号捕获方法及系统，捕获速度快且精准。

技术方案：本发明所述的一种高动态低信噪比环境下的卫星弱信号捕获方法，包括如下步骤：

(1)对预先获取的样本设置一个环形缓冲器；

(2)读取环形缓冲器中的数据与本地的UW波形进行共轭匹配，并对匹配后的数据进行一次FFT处理；

(3)计算背景噪声，进行信号捕获判决，若判决成功则计算出捕获位置信息并启动二次捕获模块关闭一次捕获模块；

(4)根据FFT模块输出的功率谱求解最大功率谱线的位置并根据位置信息采用内插的方法计算出频偏；

(5)设计二次捕获模块的双RAM输入模块，采用1-0计数器来切换两个RAM完成ping-pong操作，每个ping-pongRAM的深度设置为1帧的长度，当输入一帧数据之后1-0计数器加1，1-0计数器为1的时候写ping读pong，1-0计数器为0的时候写pong读ping；

(6)对ping-pongRAM中读出的数据进行频率补偿；

(7)进行相关值R(m)计算；

(8)计算估计的频偏。

进一步地，步骤(1)所述的环形缓冲器的长度为帧长+UW采样长度。

进一步地，步骤(2)所述频偏通过以下公式实现：

其中，r(n)为接收信号，x_uw(n)为本地UW波形序列，X(k)为FFT计算输出的功率谱，N为观测样点个数，x_uw(n)的上标H表示共轭转置。

进一步地，所述步骤(3)包括以下步骤：