一種適應(yīng)高動態(tài)環(huán)境的長碼擴(kuò)頻信號快速捕獲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線電通信與導(dǎo)航系統(tǒng)中一種適應(yīng)高動態(tài)環(huán)境的長碼擴(kuò)頻信號快速 捕獲方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)里，偽碼捕獲在建立良好通信鏈路中起著非常重要的作用。 高動態(tài)環(huán)境下，擴(kuò)頻接收機(jī)與發(fā)射機(jī)存在較大的相對運(yùn)動速度，而且考慮到抗干擾、抗截獲 等因素常常使用較長的擴(kuò)頻碼，因此對于接收機(jī)來說，在捕獲階段所要搜索的碼相位和多 普勒頻偏范圍很大，按照傳統(tǒng)串行捕獲方法進(jìn)行捕獲時(shí)所需要的捕獲時(shí)間很長，不能滿足 高動態(tài)環(huán)境下快速捕獲的要求。
[0003] 目前，高動態(tài)情況下擴(kuò)頻信號快速捕獲方法主要有三類：（1)用快速傅里葉變換/ 快速傅里葉反變換實(shí)現(xiàn)偽碼相位捕獲，將碼相位的串行搜索變?yōu)椴⑿兴阉鳎嗥绽疹l移 和符號翻轉(zhuǎn)對其捕獲性能影響很大，而且該捕獲算法在對長碼進(jìn)行捕獲時(shí)需要較長的傅里 葉變換資源。（2)用快速傅里葉變換進(jìn)行多普勒頻偏捕獲，將多個(gè)部分匹配濾波器和快速傅 里葉變換相結(jié)合，捕獲速度很快，但隨著偽碼周期的變長和對信號的過采樣，將消耗大量的 硬件資源。（3)二維壓縮相關(guān)捕獲方法，該捕獲算法是針對大頻偏、長碼情況下的擴(kuò)頻系統(tǒng) 的快速捕獲，碼相位和多普勒頻偏的壓縮搜索是在單位駐留時(shí)間內(nèi)完成的，該方法比傳統(tǒng) 方法節(jié)約了至少一半的時(shí)間。但該捕獲算法在頻率壓縮過程中加大了對硬件資源的需求， 而且單次駐留捕獲帶寬受頻率壓縮通道數(shù)限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于碼相位壓縮與快 速傅里葉變換的高動態(tài)長碼擴(kuò)頻信號快速捕獲方法。其特點(diǎn)在于：（1)在時(shí)域上使用碼相 位壓縮相關(guān)器進(jìn)行大區(qū)間搜索，在頻域上利用快速傅里葉變換并行搜索，與二維壓縮相關(guān) 捕獲方法相比，本方法能夠進(jìn)一步減少捕獲時(shí)間；（2)通過合理選擇碼相位壓縮相關(guān)器長 度，可完成大多普勒頻偏的高動態(tài)信號捕獲；(3)與基于匹配濾波器或者快速傅里葉變換/ 快速傅里葉反變換的偽碼捕獲方法相比，在長偽碼周期的情況下，本發(fā)明方法復(fù)雜度較低， 可節(jié)約大量硬件資源。
[0005] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種基于碼相位壓縮與快速傅里葉變換的長碼擴(kuò)頻信號快速捕獲方法，其特征在 于，包括：
[0007] A、利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對接收機(jī)收到的擴(kuò)頻信號進(jìn)行采樣，接著利用數(shù)字下變頻器來 獲得復(fù)數(shù)基帶號；
[0008] Β、利用碼相位壓縮與快速傅里葉變換實(shí)現(xiàn)時(shí)頻二維搜索，確定大致的偽碼相位區(qū) 間和頻偏區(qū)間，記為第一駐留階段；
[0009] C、利用傳統(tǒng)的相干累積算法對第一駐留階段獲得的最佳壓縮碼相位區(qū)間內(nèi)的相 位點(diǎn)進(jìn)行逐個(gè)搜索，記為第二駐留階段。
[0010] 所述步驟A進(jìn)一步包括：
[0011] AU設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣頻率為fs，其值是偽碼速率的S倍；
[0012] A2、接收機(jī)收到的擴(kuò)頻頻信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣和數(shù)字下變頻后得到復(fù)數(shù)基帶 信號。
[0013] 所述步驟B進(jìn)一步包括：
[0014] B1、設(shè)碼相位壓縮系數(shù)為K，將K路連續(xù)相位的本地偽碼形成的碼壓縮序列與復(fù)數(shù) 基帶信號進(jìn)行碼相位壓縮相關(guān)，對碼相位區(qū)間進(jìn)行快速、粗略的搜索；
[0015] B2、對碼相位壓縮相關(guān)器的輸出進(jìn)行快速傅里葉變換，實(shí)現(xiàn)對多普勒頻偏的并行 捕獲。
[0016]
[0017] 所述步驟Bl進(jìn)一步包括：
[0018] BI 1、把連續(xù)K個(gè)碼相位定義為一個(gè)碼相位壓縮區(qū)間，設(shè)整個(gè)偽碼長度可以劃分成 L個(gè)碼相位壓縮區(qū)間。設(shè)某個(gè)碼相位壓縮區(qū)間為[τ +iK，τ +iK+K-l]，其中i = 0, 1，2, 3,… L-1，即i表示該碼相位壓縮區(qū)間的分段序號，τ +iK表示該碼相位壓縮區(qū)間的起始相位， c( τ +iK)表示相位為τ +iK的偽碼序列。則通過對該碼相位壓縮區(qū)間內(nèi)的雙極性本地偽碼 進(jìn)行求和，得碼壓縮序列
[0019]
[0020] B12、設(shè)置碼相位壓縮相關(guān)器的積分時(shí)間所對應(yīng)的碼片個(gè)數(shù)M，相應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù) SM ；
[0021] B13、設(shè)本地偽碼的分段序號為i = 0,將得到的碼壓縮序列與復(fù)數(shù)基帶信號進(jìn)行 壓縮相關(guān)積分，獲得壓縮相關(guān)值。
[0022] 所述步驟B2進(jìn)一步包括：
[0023] B21、設(shè)置第一駐留階段的門限值為T1;
[0024] B22、取連續(xù)P次的壓縮相關(guān)值，利用P階延遲線對壓縮相關(guān)值進(jìn)行延遲；
[0025] B23、對P階延遲線的每個(gè)輸出進(jìn)行N(N > P)點(diǎn)的快速傅里葉變換；
[0026] B24、確定N點(diǎn)快速傅里葉變換輸出值的模值的最大值和其所對應(yīng)的通道號K_;
[0027] Β25、若輸出值的模值的最大值小于預(yù)先設(shè)置好的門限值T1,則取i = i+1，設(shè)置下 一壓縮碼相位區(qū)間[τ+iK，τ+iK+K-l]，然后重復(fù)第一駐留階段的搜索步驟，直至輸出值的 模值的最大值大于第一駐留階段的門限值；
[0028] B26、若輸出值的模值的最大值大于預(yù)先設(shè)置好的門限值T1,則可確定最佳壓縮碼 相位區(qū)間[τ。，％+K-l]，以及最佳壓縮碼區(qū)間的起始相位τ。，并可利用輸出值的模值的最 大值對應(yīng)的通道號估計(jì)出多普勒頻偏的近似值為K_f7(NSM)，并將該多普勒頻偏對應(yīng)的 頻率反饋到數(shù)字下變頻器，暫停第一駐留階段碼相位的搜索，進(jìn)入第二駐留階段。
[0029] 所述步驟C進(jìn)一步包括：
[0030] CU設(shè)置第二駐留階段的門限值為T2;
[0031] C2、在本地偽碼的最佳壓縮碼相位區(qū)間[τ。，τ Q+K_l]內(nèi)，首先使用碼相位為最佳 壓縮碼相位τ。的本地偽碼序列與復(fù)數(shù)基帶信號進(jìn)行相關(guān)積分；
[0032] C3、得相關(guān)積分的相關(guān)值；
[0033] C4、若相關(guān)積分的相關(guān)值小于預(yù)先設(shè)置好的門限值T2,則對最佳壓縮碼相位區(qū)間 內(nèi)的下一個(gè)碼相位進(jìn)行驗(yàn)證，直到整個(gè)最佳壓縮碼相位區(qū)間搜索完畢；
[0034] C5、若相關(guān)值大于門限值Τ2,則認(rèn)為捕獲成功。
[0035] 從上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明在時(shí)域上使用碼壓縮相關(guān)器，在 頻域上利用快速傅里葉變換進(jìn)行并行捕獲，進(jìn)一步縮短了捕獲時(shí)間；而且通過合理選擇碼 相位的壓縮相關(guān)長度，可實(shí)現(xiàn)對大多普勒頻偏的捕獲；同時(shí)該發(fā)明在硬件實(shí)現(xiàn)上相對簡單 靈活，可以節(jié)約大量硬件資源。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖
[0037] 圖2為本發(fā)明的處理流程圖
[0038] 圖3為本發(fā)明的第一駐留模塊示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0039] 本發(fā)明提供了一種高動態(tài)環(huán)境下長碼擴(kuò)頻信號快速捕獲方法。本發(fā)明的核心為： 設(shè)本地偽碼的起始相位為τ,把連續(xù)K個(gè)碼相位定義為一個(gè)碼相位壓縮區(qū)間，將以τ為起 始相位的碼相位壓縮區(qū)間內(nèi)的雙極性本地偽碼進(jìn)行求和，得碼壓縮序列。接收機(jī)收到的擴(kuò) 頻信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣和數(shù)字下變頻后得到復(fù)數(shù)基帶信號，然后將該復(fù)數(shù)基帶信號與 碼壓縮序列進(jìn)行壓縮相關(guān)積分，獲得壓縮相關(guān)值。接著對壓縮相關(guān)值用P階延遲線延遲，并 進(jìn)行N (Ν多Ρ)點(diǎn)復(fù)數(shù)快速傅里葉變換，然后選擇快速傅里葉變換輸出值的模值的最大值與 門限值進(jìn)行比較，若小于門限值，就搜索下一壓縮碼相位區(qū)間，然后重復(fù)第一駐留階段的搜 索步驟，直至輸出值的模值的最大值大于第一駐留階段的門限值；若大于門限值，就完成了 碼相位的粗略壓縮捕獲，獲得了最佳壓縮碼相位區(qū)間，進(jìn)入第二駐留階段，完成對最佳壓縮 碼相位區(qū)間內(nèi)的碼相位逐個(gè)驗(yàn)證。
[0040] 本發(fā)明所述基于碼相位壓縮相關(guān)器與快速傅里葉變換的長碼擴(kuò)頻信號快速捕獲 方法的系統(tǒng)框圖如圖1所示，其中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字下變頻器、偽碼和多普勒頻偏雙駐 留捕獲t吳塊：
[0041] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字下變頻器：將接收機(jī)收到的擴(kuò)頻信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字下變 頻處理，從而得到復(fù)數(shù)基帶信號。
[0042] 偽碼和多普勒頻偏雙駐留捕獲模塊：用于完成基于碼相位壓縮相關(guān)器與快速傅里 葉變換相結(jié)合的快速捕獲，分為兩個(gè)駐留階段：（1)在第一駐留階段，把連續(xù)K個(gè)碼相位定 義為一個(gè)碼相位壓縮區(qū)間，將碼相位壓縮區(qū)間內(nèi)的雙極性本地偽碼進(jìn)行求和，得碼壓縮序 列。然后將該碼壓縮序列與復(fù)數(shù)基帶信號進(jìn)行相關(guān)積分，得到壓縮相關(guān)值。接著利用P階 延遲線對壓縮相關(guān)值進(jìn)行延遲，并對P階延遲線的輸出進(jìn)行N(N多P)點(diǎn)復(fù)數(shù)快速傅里葉變 換，然后選擇快速傅里葉變換輸出值的模值的最大值與門限值進(jìn)行比較，若小于門限值，就 搜索下一壓縮碼相位區(qū)間，然后重復(fù)第一駐留階段的搜索步驟，直至輸出值的模值的最大 值大于第一駐留階段的門限值；若大于門限值，就暫停第一駐留階段的碼相位搜索，得到了 最佳壓縮碼相位區(qū)間和多普勒頻偏的近似值，并將多普勒頻偏對