[发明专利]一种卫星信号多维快速捕获方法及系统

摘要

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。

主权项

1.一种卫星信号多维快速捕获方法，其特征在于，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；通过数字中频混频器从接收到的卫星信号剥离出I、Q两路基带信号，并将I、Q两路基带信号存储入存储器；3)本地码序列生成；在剥离出I、Q两路基带信号的同时，按照I、Q两路基带信号的码生成多项式，通过本地码发生器产生两路本地码序列，记为PN_I、PN_Q；4)进行分段匹配滤波；采用循环移位的方式，通过分段匹配滤波器PMF以M个信号数据为单元依次从存储器中分段读取I、Q两路基带信号，依次与本地码发生器输出的两路本地码序列PN_I、PN_Q进行匹配相关，得到两路匹配滤波数据，记为PMF_real、PMF_imag；每完成一个单元的M个信号数据的分段匹配滤波，将循环计数器Counter_flag自动加1；5)进行快速傅里叶变换；将两路匹配滤波数据PMF_real、PMF_imag送入变换点数为N点的快速傅里叶变换FFT模块中，经快速傅里叶变换后，通过频率抽取得到两路变换数据，记为FFT_real、FFT_imag；6)捕获检测；通过捕获检测模块对两路变换数据FFT_real、FFT_imag进行取模平方运算，得到N个实部数据；并对该N个实部数据进行搜索查找，得到N个实部数据的最大值Acc_Max和最大值位置Max_pos；将最大值Acc_Max送入存储深度为K的存储空间，K取16或32，计算出这K个最大值的平均值averg_Max；设定判决用的门限值Decide_TH，该门限值Decide_TH为计算出的平均值averg_Max的N倍，N取4～16之间的自然数；当存储空间每送进一个新的最大值Acc_Max，则更新一次门限值Decide_TH；将存储空间中的最大值Acc_Max与门限值Decide_TH相比较，当出现某个值大于门限值时，依次搜索该大于门限值的某个值后的最大值，如果依次搜索的最大值都大于门限值，则认为捕获到最大值，输出捕获锁定指示，并记录最大值和最大值位置；否则，没有捕获到卫星信号，执行步骤9)；7)捕获验证；通过捕获验证模块将捕获时刻的快速傅里叶变换FFT模块输出的最大值与所计算的平均值进行作比，当两者的比值大于设定阈值时，则认为此次捕获是一次正确捕获；否则，认为捕获失败；8)捕获判决；通过捕获判决模块将通过捕获验证后的最大值位置Max_pos和捕获锁定指示进行输出，并根据最大值位置Max_pos和捕获锁定指示计算得到所检测的多普勒频偏估计值和码初始相位Initial_phase，Initial_phase＝M*Counter_flag其中，f_s为采样速率；将计算得到的多普勒频偏估计值和码初始相位Initial_phase送入数字中频混频器中进行补偿；9)频率自适应调整；初始状态时，数字中频混频器中的数控振荡器NCO设置的起始频率f_init等于f_r；若无法捕获到卫星信号，则输入多普勒频偏不在检测范围内的指示给数字中频混频器，此时数字中频混频器中的数控振荡器NCO对起始频率f_init进行自适应调整，以f_init＝f_r±10KHz频率步进调整数控振荡器NCO输出频率进行重新捕获，重复步骤6)～步骤8)，直至捕获到卫星信号为止。