專(zhuān)利名稱(chēng)：一種抗電文翻轉(zhuǎn)的直擴(kuò)信號(hào)載波偽碼二維捕獲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗電文翻轉(zhuǎn)的直擴(kuò)信號(hào)載波偽碼二維捕獲方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在實(shí)際擴(kuò)頻通信系統(tǒng)工程中，直擴(kuò)方式是目前使用的最多、也是最典型的一種，典型的例子有美國(guó)的GPS、俄羅斯的GL0NASS、歐洲的Galileo以及中國(guó)的Compass。信號(hào)的快速捕獲技術(shù)是接收機(jī)基帶信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。衛(wèi)星上測(cè)控接收機(jī)產(chǎn)生本地偽碼序列，然后必須移動(dòng)這個(gè)本地碼的相位，直到與接收擴(kuò)頻信號(hào)的偽碼發(fā)生相關(guān)為止。同時(shí)，接收機(jī)也必須在載波頻率域檢測(cè)地面發(fā)射信號(hào)(上行信號(hào))的載波頻率，方 法是產(chǎn)生本地復(fù)制載波頻率加多普勒，利用相關(guān)性檢測(cè)本地復(fù)制的載波與上行載波的相似性，實(shí)現(xiàn)載波同步。因此，接收機(jī)對(duì)信號(hào)的捕獲過(guò)程是一個(gè)二維的(偽碼和載頻、或稱(chēng)為時(shí)間和頻率)信號(hào)復(fù)制過(guò)程?？臻g測(cè)控通信系統(tǒng)中，空間測(cè)控接收機(jī)接收解調(diào)地面發(fā)送的上行帶遙控信息的直擴(kuò)信號(hào)。S頻段上行遙控信息為低速率調(diào)制應(yīng)用，一般要求為2kbpiTl6kbpS。同時(shí)，接收機(jī)要完成載波多普勒和偽碼相位的二維快速捕獲。針對(duì)空間測(cè)控接收機(jī)在對(duì)上行直擴(kuò)信號(hào)進(jìn)行二維快速捕獲過(guò)程中，調(diào)制數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)影響的問(wèn)題。調(diào)制數(shù)據(jù)符號(hào)的跳變會(huì)對(duì)多普勒估計(jì)和偽碼相位估計(jì)產(chǎn)生影響即信號(hào)的頻譜泄露、頻點(diǎn)產(chǎn)生偏移導(dǎo)致在利用多普勒濾波器組分析信號(hào)頻譜時(shí)檢測(cè)不到正確的多普勒頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抗電文翻轉(zhuǎn)的直擴(kuò)信號(hào)載波偽碼二維捕獲方法，該方法在對(duì)直擴(kuò)信號(hào)的捕獲過(guò)程中，能夠抗電文的翻轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下步驟一、對(duì)所需捕獲的中頻直擴(kuò)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字正交下變頻處理，得到正弦、余弦兩路信號(hào)，然后將得到的正弦、余弦兩路信號(hào)分別與所述中頻直擴(kuò)信號(hào)相乘，得到同相、正交兩路基帶信號(hào)；步驟二、對(duì)同相、正交兩路基帶信號(hào)分別進(jìn)行I次，2次，3次，……，(N-I)次延時(shí)處理，得到2N路并行的基帶信號(hào)；其中每次延時(shí)的樣點(diǎn)數(shù)K = (fs/fc) X (L/N)，4代表采樣率，fc表示偽碼速率，L表示偽碼周期；步驟三、令偽碼數(shù)控振蕩器產(chǎn)生3. 069MHz的偽碼時(shí)鐘，偽碼發(fā)生器在偽碼時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下生成復(fù)制碼，所生成的復(fù)制碼的速率為3. 069Mcps ；步驟四、利用2N個(gè)并行相關(guān)器對(duì)2N路基帶信號(hào)與復(fù)制碼分別進(jìn)行相關(guān)累積運(yùn)算，其中設(shè)置每次累積運(yùn)算的周期為2ms，即在2ms的時(shí)間范圍內(nèi)，將信號(hào)上的樣點(diǎn)數(shù)分成512份，對(duì)每一份上的樣點(diǎn)數(shù)進(jìn)行累積，進(jìn)而得到2N路累積運(yùn)算結(jié)果；對(duì)具有同一延時(shí)的同相、正交基帶信號(hào)的累積運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行合并成一路，得到N路經(jīng)合并后的累加結(jié)果；步驟五、對(duì)N路合并后的累加結(jié)果分別采用公式(I)和(2)進(jìn)行倍角處理，得到N路信號(hào)組，其中每一信號(hào)組包括I (η)和Q (η)，I (n) = T1 (η) XT1 (n)-rQ(η) XrQ(η) (I)Q(η) = T1 (η) XrQ(η) +rQ(η) XT1 (η) (2)其中Γι(η)為同相基帶信號(hào)的累加結(jié)果，rQ(η)為正交基帶信號(hào)的累加結(jié)果，X為乘法運(yùn)算，η為取遍I至512中的所有整數(shù)；步驟六、針對(duì)N路信號(hào)組中的每一路，對(duì)I (η)后端補(bǔ)零至1024個(gè)累加結(jié)果，對(duì)Q (η)后端補(bǔ)零至1024個(gè)累加結(jié)果；然后將I (η)作為傅里葉FFT變換的實(shí)部，將Q (η)作為 FFT變換的虛部，分別對(duì)N路信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到FFT變換后的實(shí)部、虛部及指數(shù)部分，然后計(jì)算出FFT變換后的實(shí)部和虛部的平方和，共得到1024ΧΝ個(gè)平方和；步驟七、通過(guò)比較1024ΧΝ個(gè)平方和，選擇其中的最大值與預(yù)設(shè)門(mén)限進(jìn)行比較，當(dāng)比較結(jié)果為超過(guò)預(yù)設(shè)門(mén)限時(shí)，則認(rèn)為捕獲成功，獲取最大的平方和所對(duì)應(yīng)的延遲量，利用該延遲量產(chǎn)生一個(gè)粗同步的復(fù)制碼用于精確偽碼跟蹤，且1024ΧΝ個(gè)平方和最大值對(duì)應(yīng)的FFT位置代表了載波多普勒捕獲結(jié)果；當(dāng)獲取比較結(jié)果為小于門(mén)限時(shí)，則判定捕獲不成功，則下一個(gè)相干積分周期來(lái)到，控制偽碼發(fā)生器滑動(dòng)O. 5個(gè)碼片生成復(fù)制碼，返回步驟三。有益效果本發(fā)明利用在頻域FFT捕獲算法中，在FFT之前采用倍角公式對(duì)同相、正交兩路信號(hào)進(jìn)行處理，消除數(shù)據(jù)調(diào)制造成FFT進(jìn)行多普勒頻譜分析時(shí)檢測(cè)不到正確的多普勒頻率的問(wèn)題。


圖I為本發(fā)明捕獲方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。該發(fā)明的具體實(shí)施為一臺(tái)測(cè)控單元，采用FPGA和A/D轉(zhuǎn)換器等硬件實(shí)現(xiàn)。FPGA芯片選用美國(guó)Xi I inx公司產(chǎn)品XC2V3000，它的主頻最高可達(dá)300MHz，可編程邏輯可達(dá)300萬(wàn)門(mén)。A/D變換芯片選用美國(guó)模擬公司產(chǎn)品AD10200，它的最高采樣頻率為105MHz，數(shù)據(jù)分辨率為12位。輸入的模擬中頻信號(hào)經(jīng)A/D芯片的帶通采樣后轉(zhuǎn)換為中頻直擴(kuò)信號(hào)，在FPGA內(nèi)完成信號(hào)的捕獲。在FPGA中包括數(shù)字正交下變頻模塊、并行相關(guān)器組、偽碼發(fā)生器、FFT變換模塊、模值計(jì)算模塊、捕獲處理模塊等。采用的方案基于頻域FFT并行-時(shí)域多路并行搜索捕獲算法，處理的流程如圖I所示，以下對(duì)發(fā)明實(shí)施進(jìn)行闡述。本實(shí)施例中所述FPGA采用38MHz的工作時(shí)鐘，同時(shí)38MHz也作為A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘使用。模擬中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出每秒38M的樣點(diǎn)值的中頻直擴(kuò)信號(hào)，通過(guò)12位接口作為FPGA的輸入。如圖I所示，具體的捕獲過(guò)程如下步驟一、對(duì)所需捕獲的中頻直擴(kuò)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字正交下變頻處理，得到正弦、余弦兩路信號(hào)，然后將得到的正弦、余弦兩路信號(hào)分別與所述中頻直擴(kuò)信號(hào)相乘，得到同相、正交兩路基帶信號(hào)。步驟二、通過(guò)RAM資源以先入先出的方式延時(shí)輸入信號(hào)，采用經(jīng)過(guò)(N-I)組RAM進(jìn)行延遲處理，將同相、正交兩路基帶信號(hào)變成2N路并行信號(hào)；對(duì)于同相和正交基帶信號(hào)，第N路相對(duì)于第N-I路相當(dāng)于在時(shí)間上相差了 L/N個(gè)碼片。這樣N路并行可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)搜索N個(gè)間隔為L(zhǎng)/N碼片的偽碼相位。具體的過(guò)程為對(duì)同相、正交兩路基帶信號(hào)分別進(jìn)行I次，2次，3次，……，(N-I)次延時(shí)處理，其中每次延時(shí)的樣點(diǎn)數(shù)K = (fs/fc) X (L/N)，fs代表采樣率，f。表示偽碼速率，L表示偽碼周期，N表示并行的路數(shù)，進(jìn)而得到2N路并行的基帶信號(hào)。本實(shí)施中較佳的令L等于1023，較佳的令N等于8，以下步驟皆令N等于8進(jìn)行說(shuō)明。由于對(duì)每一路信號(hào)都分別進(jìn)行了 7種延時(shí)，加上沒(méi)有延時(shí)的一路共得到8路信號(hào)，因此考慮每一路又包括同相和正交，共得到16路信號(hào)，在所得到的2N路信號(hào)中，若只存在I次延時(shí)，則延時(shí)量為K，若存在2次延時(shí)，則延時(shí)量為2K，并因此類(lèi)推，得到了 16路信號(hào)。 產(chǎn)生時(shí)間上依次相差L/N個(gè)碼相位的8路信號(hào)，然后與本地復(fù)制偽碼相關(guān)，本地復(fù)制碼滑動(dòng)到某個(gè)相位時(shí)，相當(dāng)于并行檢測(cè)了 N個(gè)相位。步驟三、令偽碼數(shù)控振蕩器產(chǎn)生3. 069MHz的偽碼時(shí)鐘，偽碼發(fā)生器在偽碼時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下生成復(fù)制碼，所生成的復(fù)制碼的速率為3. 069Mcps。步驟四、利用16個(gè)并行相關(guān)器對(duì)16路同相、正交基帶信號(hào)與復(fù)制碼分別進(jìn)行相關(guān)累積運(yùn)算，其中設(shè)置每次累積運(yùn)算的周期為2ms，即在2ms的時(shí)間范圍內(nèi)，將信號(hào)上的樣點(diǎn)數(shù)分成512份，對(duì)每一份樣點(diǎn)數(shù)進(jìn)行累積，進(jìn)而獲得16路積分運(yùn)算結(jié)果。針對(duì)具有同一延時(shí)的同相、正交基帶數(shù)據(jù)，將同相、正交兩路基帶數(shù)據(jù)與復(fù)制碼的相關(guān)累積結(jié)果進(jìn)行合并成一路，得到8路經(jīng)合并后的累加結(jié)果。步驟五、對(duì)8路合并后的累加結(jié)果分別采用公式(I)和(2)進(jìn)行倍角處理，消除數(shù)據(jù)調(diào)制的影響，得到N路信號(hào)組，其中每一信號(hào)組包括I (η)和Q (η)，I (n) = T1 (η) XT1 (n)-rQ(η) XrQ(η) (I)Q(η) = T1 (η) XrQ(η) +rQ(η) XT1 (η) (2)其中Γι(η)為同相基帶信號(hào)的累加結(jié)果，rQ(η)為正交基帶信號(hào)的累加結(jié)果，X為乘法運(yùn)算，η為取遍I至512中的所有整數(shù)。將運(yùn)算得到的、消除數(shù)據(jù)調(diào)制的影響的同相累加結(jié)果I (η)和正交累加結(jié)果Q(n)保存在FPGA的內(nèi)部雙口 RAM中。由于每個(gè)2ms時(shí)間產(chǎn)生的結(jié)果為8路512個(gè)值，按乒乓操作保存在FPGA的內(nèi)部RAM中，因此需要16個(gè)存儲(chǔ)深度為512的塊RAM。步驟六、依次從FPGA內(nèi)部的雙口 RAM中讀出數(shù)據(jù)，針對(duì)N路信號(hào)組中的每一路，對(duì)I(n)后端補(bǔ)零至1024個(gè)累加結(jié)果，對(duì)Q (η)后端補(bǔ)零至1024個(gè)累加結(jié)果；然后將I (η)作為傅里葉FFT變換的實(shí)部，將Q (η)作為FFT變換的虛部，8路信號(hào)分別完成快速傅里葉變換計(jì)算，F(xiàn)FT運(yùn)算使用Xilinx公司的IP核實(shí)現(xiàn)，此IP核可輸出FFT運(yùn)算得到的實(shí)部、虛部及指數(shù)部分，計(jì)算出FFT變換后的實(shí)部和虛部的平方和送至峰值檢測(cè)，其中計(jì)算出的平方和共有 1024X8=8192 個(gè)。步驟七、通過(guò)比較8192個(gè)平方和，選擇其中的最大值與預(yù)設(shè)門(mén)限進(jìn)行比較，當(dāng)比較結(jié)果為超過(guò)預(yù)設(shè)門(mén)限時(shí)，則認(rèn)為捕獲成功，獲取最大的平方和所對(duì)應(yīng)的延遲量，利用該延遲量產(chǎn)生一個(gè)粗同步的復(fù)制碼用于精確偽碼跟蹤，而且最大值對(duì)應(yīng)的FFT位置代表了捕獲的多普勒值；當(dāng)比較結(jié)果為小于門(mén)限，則判定捕獲不成功，到下一個(gè)相干積分周期來(lái)到，碼NCO控制復(fù)制碼碼片滑動(dòng)，進(jìn)入下一組碼相位搜索單元。使用2ms的相干積分周期，用計(jì)數(shù)器循環(huán)計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到Zms+ti時(shí)刻，偽碼發(fā)生器的寄存器賦為初相值，同時(shí)計(jì)數(shù)器的值清零。根據(jù)h可以計(jì)算出每次復(fù)制碼滑動(dòng)的碼片數(shù)，每2ms進(jìn)行一次滑動(dòng)。已知積分周期為2ms，h選擇為I、個(gè)工作時(shí)鐘周期。使用2ms的相干積分周期，F(xiàn)FT的頻率分辨率為l/2ms=500Hz，2ms樣點(diǎn)積分為512個(gè)累加值，對(duì)應(yīng)的載波捕獲范圍為500HzX512/2=128kHz，即_64kHz +63kHz。采用1024點(diǎn)FFT,每一個(gè)FFT樣點(diǎn)值對(duì)應(yīng)的捕獲的頻率分辨率為128kHz/1024=125Hz。本發(fā)明可克服電文翻轉(zhuǎn)對(duì)載波多普勒捕獲的影響，具有快速的載波捕獲速度和高可靠性。且與時(shí)域并行多路偽碼搜索方法結(jié)合可實(shí)現(xiàn)載波和偽碼二維快速捕獲。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種抗電文翻轉(zhuǎn)的直擴(kuò)信號(hào)載波偽碼ニ維捕獲方法，其特征在干， 步驟一、對(duì)所需捕獲的、中頻直擴(kuò)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字正交下變頻處理，得到正弦、余弦兩路信號(hào)，然后將得到的正弦、余弦兩路信號(hào)分別與所述中頻直擴(kuò)信號(hào)相乘，得到同相、正交兩路基帶信號(hào)； 步驟ニ、對(duì)同相、正交兩路基帶信號(hào)分別進(jìn)行I次，2次，3次，……，(N-I)次延時(shí)處理，得到2N路并行的基帶信號(hào)；其中每次延時(shí)的樣點(diǎn)數(shù)K = (fs/fc) X (L/N)，fs代表采樣率，fc表示偽碼速率，L表示偽碼周期； 步驟三、令偽碼數(shù)控振蕩器產(chǎn)生3. 069MHz的偽碼時(shí)鐘，偽碼發(fā)生器在偽碼時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下生成復(fù)制碼，所生成的復(fù)制碼的速率為3. 069Mcps ； 步驟四、利用2N個(gè)并行相關(guān)器對(duì)2N路基帶信號(hào)與復(fù)制碼分別進(jìn)行相關(guān)累積運(yùn)算，其中設(shè)置每次累積運(yùn)算的周期為2ms，即在2ms的時(shí)間范圍內(nèi)，將信號(hào)上的樣點(diǎn)數(shù)分成512份，對(duì) 每ー份上的樣點(diǎn)數(shù)進(jìn)行累積，進(jìn)而得到2N路累積運(yùn)算結(jié)果；對(duì)具有同一延時(shí)的同相、正交基帶信號(hào)的累積運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行合并成一路，得到N路經(jīng)合并后的累加結(jié)果； 步驟五、對(duì)N路合并后的累加結(jié)果分別采用公式(I)和(2)進(jìn)行倍角處理，得到N路信號(hào)組，其中每一信號(hào)組包括I (η)和Q(n)，I (n) = T1 (η) XT1 (n)-rQ(η) XrQ(η) (I)Q(η) = rx (η) XrQ(η) +rQ(η) XT1 (η) (2) 其中rdn)為同相基帶信號(hào)的累加結(jié)果，rQ(η)為正交基帶信號(hào)的累加結(jié)果，X為乘法運(yùn)算，η為取遍I至512中的所有整數(shù)； 步驟六、針對(duì)N路信號(hào)組中的每一路，對(duì)I (η)后端補(bǔ)零至1024個(gè)累加結(jié)果，對(duì)Q (η)后端補(bǔ)零至1024個(gè)累加結(jié)果；然后將I (η)作為傅里葉FFT變換的實(shí)部，將Q (η)作為FFT變換的虛部，分別對(duì)N路信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到FFT變換后的實(shí)部、虛部及指數(shù)部分，然后計(jì)算出FFT變換后的實(shí)部和虛部的平方和，共得到1024ΧΝ個(gè)平方和； 步驟七、通過(guò)比較1024ΧΝ個(gè)平方和，選擇其中的最大值與預(yù)設(shè)門(mén)限進(jìn)行比較，當(dāng)比較結(jié)果為超過(guò)預(yù)設(shè)門(mén)限時(shí)，則認(rèn)為捕獲成功，獲取最大的平方和所對(duì)應(yīng)的延遲量，利用該延遲量產(chǎn)生ー個(gè)粗同步的復(fù)制碼用于精確偽碼跟蹤；當(dāng)獲取比較結(jié)果為小于門(mén)限時(shí)，則判定捕獲不成功，則下ー個(gè)相干積分周期來(lái)到，控制偽碼發(fā)生器滑動(dòng)O. 5個(gè)碼片生成復(fù)制碼，返回步驟三。
全文摘要
本發(fā)明提供一種抗電文翻轉(zhuǎn)的直擴(kuò)信號(hào)載波偽碼二維捕獲方法，該方法在對(duì)直擴(kuò)信號(hào)的捕獲過(guò)程中，能夠抗電文的翻轉(zhuǎn)。具體步驟為獲取同相、正交兩路基帶信號(hào)；對(duì)同相、正交兩路基帶信號(hào)分別進(jìn)行1次，2次，3次，……，(N-1)次延時(shí)處理，得到2N路并行的基帶信號(hào)；偽碼發(fā)生器在偽碼時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下生成復(fù)制碼，利用2N個(gè)并行相關(guān)器對(duì)2N路基帶信號(hào)與復(fù)制碼分別進(jìn)行相關(guān)累積運(yùn)算，然后對(duì)累積運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行倍角處理和FFT變換后，求取FFT變換后的平方和，選擇平方和中的最大值與預(yù)設(shè)門(mén)限進(jìn)行比較，來(lái)進(jìn)行捕獲。
文檔編號(hào)G01S19/30GK102841359SQ20121033951
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者丁國(guó)棟, 楊志群, 孫俊杰, 鄭世剛 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一三研究所