[发明专利]一种卫星信号多维快速捕获方法及系统

说明书

本发明公开了一种卫星信号多维快速捕获方法及系统，其捕获系统包括数字中频混频器，本地码发生器，分段匹配滤波器PMF，快速傅里叶变换FFT模块，捕获检测模块，捕获验证模块和捕获判决模块；通过频率自适应调整、分段匹配滤波和快速傅里叶变换等算法，可解决高动态环境下卫星信号捕获算法检测频偏范围有限、硬件实现复杂度高、处理时延长等技术难题；具有结构简单、技术实现复杂度低、处理时延小、可检测频偏范围大等显著优点，可检测多普勒频移范围为±50KHz，多普勒频率变化率为±50Hz，即可实现飞行速度20Ma、加速度为180g极高动态环境下的无线电通信的稳定接收，捕获跟踪时间小于100ms。

技术领域

本发明涉及一种信号捕获技术，特别是涉及一种卫星信号多维快速捕获方法及系统，属于卫星应用技术领域。

背景技术

随着卫星技术的飞速发展，空间飞行器的数量迅速增加，卫星通信的需求越来越大，受天线增益、平台规模的限制以及收发信机的相对运动，通信双方常在高动态低信噪比环境下进行通信，在高动态低信噪比环境下，传统的同步技术在低信噪比和高动态的通信条件下性能较差，甚至会导致任务的失败。这是由于高动态环境意味着较大的多普勒频移，这往往已经超过了传统载波锁相环的捕获带，因此利用传统的同步技术，将不能保证载波信号进行正确的捕获，为了提高接收机的捕获带，就必须增加环路带宽，这样会引入过多的带宽噪声，使得信噪比恶化，当噪声大于阈值门限时，也会使载波跟踪环路难以锁定，导致解调数据无法争取恢复。所以在高动态和低信噪比的环境下，传统的载波同步技术将不再适用，需要根据环境特点提出新的载波同步技术。

卫星信号的快速捕获是卫星接收机的核心关键技术，是接收机同步的重要组成部分，捕获部分实现信号的载波多普勒和码相位的粗略估计，是实现后续精确估计的前提和基础。快速捕获主要分为时域和频域两个方面，时域的快速捕获方法主要基于匹配滤波器的并行或穿行捕获，频域的快速捕获主要利用FFT作循环相关实现伪码的并行搜索。上述几种方法都需要在频域进行串行搜索，因此在大频偏的情况下，搜索范围较大，捕获时间相应的会变长。

我国对于高动态卫星信号接收捕获技术的研究起步较晚，受应用环境、电子器件水平等方面的限制，现有的高动态环境下卫星信号接收捕获技术存在实现复杂度高、检测频率范围有限、处理延时大等局限。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种卫星信号多维快速捕获方法及系统，可解决高动态环境下卫星信号捕获算法检测频偏范围有限、硬件实现复杂度高、处理时延长等技术难题，实现对卫星信号的高效快速捕获。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种卫星信号多维快速捕获方法，包括以下步骤：

1)计算多普勒频偏初始值f_dr和多普勒频率变化率的初始值δf_dr|_max，并确定捕获参数；

多普勒频偏初始值f_dr的计算公式为其中，f_r为系统接收载波频率，v_dm为系统相对运动速度，c为光速，取3×10⁸米/秒；

多普勒频率变化率初始值的计算公式为其中，为相对运动加速度；

根据计算得到的多普勒频偏和多普勒频率变化率的初始值大小，确定捕获参数；其中，捕获参数包括快速傅里叶变换FFT的变换点数N和匹配滤波的块数M；

快速傅里叶变换FFT的变换点数N和匹配滤波的块数M的参数值根据处理时钟速率f_clock、码片速率R_c、多普勒频偏初始值f_dr共同确定，使得捕获后码片误差控制在半个码片以内。

2)基带信号剥离并存储；