多普勒域和延遲域二維捕獲方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多普勒域和延遲域二維捕獲方法，尤其適用于高動態、低信噪比 環境下直接序列擴頻系統導頻信號的檢測及搜索其多普勒頻偏、碼偏和偽碼相位，屬于直 接序列擴頻通信技術領域。
【背景技術】
[0002] 直接序列擴頻通信系統基帶數字信號處理主要用到捕獲和跟蹤兩個模塊。捕獲模 塊主要實現對接收信號載波頻率和偽碼相位的粗略估計，為跟蹤模塊的載波環和碼環提供 頻率和碼相位的初始值。
[0003] 假設直接序列擴頻通信的擴頻碼為C(I)，1 = 0, 1，2,…，L-l，L為擴頻碼長度。 c(l)取值為0或1，采用無線電技術的慣例，C(I) =0表示邏輯正，C(I) = 1表示邏輯負， 并采用根升余弦脈沖成形，脈沖成形濾波器沖擊函數為h(t)，則成形后的擴頻碼形狀為
[0005] 其中Tc為碼片周期。
[0006] 為了便于捕獲，直接序列擴頻通信的發射端往往在通信開始時發射一段導頻信 號，即只包含"1"信息碼的擴頻信號，使基帶信號具有周期性。其基帶信號形式如下所示：
[0008] 其中Ts為碼元周期，Ts=LT為導頻信號長度。由上式可知，Sb,s(t)是x(t)以 Ts為周期重復M次的有限周期信號。
[0009] 經過調制后，射頻所發出的信號為，
[0010]Ssend (t) =cos(2 31fRFt)SbiS(t)
[0011] 上式中fRF為射頻頻率，并且為了表達簡潔方便，認為在發射時載波初相位和碼初 相位都為0。
[0012] 經過無線傳輸過程的多普勒效應和信道延遲，到達接收端的直接序列擴頻信號 是：
[0013]Srec (t) =cos(2JTfRF 8t+T〇)Sbjs ( 8t+T〇)
[0014] 其中S是由于多普勒效應所產生的時間系數，
[0016]V是通信的收發雙方相對徑向速度，相向運動時V為正，向背運動時V為負。c是 無線電傳播速度，一般認為是光速，且有V<<c。T。是碼相位延遲。
[0017] 接收機對射頻信號進行I/Q兩路正交下變頻，得到正交基帶信號
[0018]I(t) =cos(2fRF ( 8 -I)t+T〇)Sbjs ( 8t+T〇)
[0019]Q(t) = sin (2 JTfRF ( 8 -I)t+x〇)Sbjs ( 8t+x〇)
[0020] 且有
[0022] 稱r(t)為復基帶信號，它包含兩部分，載波殘余^和基帶偽碼 SbiS(St+T。）。載波殘余表現為復正弦波：
稱為載波多 普勒偏移頻率，簡稱頻偏；基帶偽碼與發送端的基帶信號相比具有兩方面變化：首先其具 有碼相位延遲T。;其次偽碼的形狀也相對時間t發生了S倍的展縮，從碼片層面上看，偽
其差值Ai?t = 5? - ? = Z稱為偽碼多普 C 勒偏移速率，簡稱為碼偏。
[0023]由于常規的捕獲過程包括對接收信號的載波頻率和偽碼相位這兩個相對獨立的 參數進行二維搜索。
[0024] -種常用的捕獲算法是基于快速傅里葉變換的捕獲算法（邢方劍，程 蘭，謝剛等.一種基于快速傅里葉變換和圓周移位的捕獲算法[J].科學技術與工 程，2014, 14 (6) : 196-198, 202.DOI: 10. 3969/j.issn. 1671-1815. 2014. 06. 044.)，該算法利 用了FFT的調制特性和圓周相關性質，其原理如下：
[0025]r⑴經過頻率為fs的采樣，過采樣率fS/R。為正整數，則每個碼元周期得到的采樣 數為N= (fs/Rj*L，則整段導頻信號的正交基帶采樣序列為
[0029]n= 0, 1，2,…N-1，m= 0, 1，2,…，M-1
[0030]分別進行FFT變換，得到Rm(k) =FFT[rm(n)]，k= 0, 1，2,…N-l，m= 0, 1，2,… ,M-l〇
[0031] 接收機生成本地基帶采樣序列：
[0033] 并對其取FFT變換，得到
[0034] Sm (k) = FFT [Sb，！（n)]，k = 0, 1，2,…，N-I
[0035] 利用了FFT的調制特性和圓周相關性質，將RniGO圓周移位q位后，和Sm (k)的共 輒逐點相乘，并取逆快速傅里葉變換，可得到
周卷積的結果才比較大，否則圓周卷積結果近似于0。通過FFT變換的圓周移位等效實現 時域調制的過程稱為頻偏補償。基于快速傅里葉變換的捕獲算法正是利用了這一原理，通 過不斷改變Rni (k)圓周移位量q，檢測逆快速傅里葉變換輸出結果中是否出現峰值，來估計 Af0
[0041] 根據偽碼的自相關性質，可得出，lyjn)I的峰值出現在n= (〈TQfs+SmN>)N處， 基于快速傅里葉變換的捕獲算法正是利用了這一原理，通過檢測峰值位置，來估計T。。 [0042] 在長距離、弱信號等諸多情況下，捕獲模塊往往需要通過非相干積累來抬高相關 峰高度，以滿足捕獲準確度要求，但傳統算法往往會忽略碼偏帶來的相關峰走動，在多普勒 較大或偽碼較長的情況下，相關峰走動會致使非相干累積出現平臺化效應，給捕獲精確度 帶來巨大影響。
[0043] 平臺化效應的原理是：如上文所述，|ym(n)I的峰值出現在n= (〈TQfs+8mN>)N 處，隨著m的變化，峰值位置也會隨之發生走動，當多普勒較小、偽碼長度較短或非相干積 累碼元數較少時，傳統算法往往忽略相關峰的走動，認為（〈Tof^+SmN〉；^=(〈t =(GidQ)n，所有相關峰都出現在n= (GidQ)n處；但是在衛星通信等應用環境中，由于 高動態、遠距離、發射信號功率受限、通信保密需求高等原因，使得多普勒效應強，偽碼較長 且非相干積累碼元數多，致使相關峰不再出現在同一個位置，而呈現小范圍的平均分散，非 相干積累結果呈現平臺狀，峰值明顯削弱，使捕獲精度受到嚴重影響。
【發明內容】
[0044] 本發明的目的是為了克服傳統偽碼捕獲方法的不足，提供一種載波多普勒和碼多 普勒聯合補償方法，實現多普勒域和延遲域的二維捕獲，可以保證在高動態、低信噪比條件 下，直接序列擴頻系統導頻信號快速捕獲成功。
[0045] 本發明方法的目的是通過以下技術方案實現的：
[0046] 一種多普勒域和延遲域二維捕獲方法，包括以下步驟：
[0047] 1、接收機天線所接收到的導頻信號，通過射頻前端已完成正交解調及AD采樣，并 可能經過必要的降采樣等步驟，以I/Q兩路正交解調基帶采樣序列的形式提供給數字信號 處理部分；I/Q兩路正交解調基帶采樣序列所組成的復序列簡稱為輸入信號r(n)，其形式 如前文所述；
[0048] 2、將r(n)分為M組，每組長度為N個采樣，對每一組輸入信號進行FFT變換，得到 RniGO，m= 0, 1，2,…，M-l，k= 1，2,…，N-l，N;
[0049] 3、M組FFT序列被提供給并行搜索通道。共有P條搜索通道，根據一定的信道先驗 信息估計的頻偏動態范圍為（_Af_，Af_)，
，丨:?〗表示向上取整函數；
[0050] 4、在搜索通道p中（p= 1，2,-"P)，Rm(k)圓周移位qp位，其中
到Rni((k+qp))N，并且與本地存儲的本地基帶采樣序列FFT變換的共輒％〇)逐點相乘，并 進行IFFT變換，得到M組圓周相關結果；
[0051] 5、在搜索通道p中，對步驟4所得到的M組圓周相關結果取模值，進行并串轉換， 使用插值擬合濾波器對其進行采樣速率轉換，將采樣率從f/變換到
?插值擬 合之后的序列經過必要的