本發(fā)明涉及一種信號捕獲技術，特別是涉及一種衛(wèi)星信號多維快速捕獲方法及系統(tǒng)，屬于衛(wèi)星應用技術領域。

背景技術：

隨著衛(wèi)星技術的飛速發(fā)展，空間飛行器的數(shù)量迅速增加，衛(wèi)星通信的需求越來越大，受天線增益、平臺規(guī)模的限制以及收發(fā)信機的相對運動，通信雙方常在高動態(tài)低信噪比環(huán)境下進行通信，在高動態(tài)低信噪比環(huán)境下，傳統(tǒng)的同步技術在低信噪比和高動態(tài)的通信條件下性能較差，甚至會導致任務的失敗。這是由于高動態(tài)環(huán)境意味著較大的多普勒頻移，這往往已經(jīng)超過了傳統(tǒng)載波鎖相環(huán)的捕獲帶，因此利用傳統(tǒng)的同步技術，將不能保證載波信號進行正確的捕獲，為了提高接收機的捕獲帶，就必須增加環(huán)路帶寬，這樣會引入過多的帶寬噪聲，使得信噪比惡化，當噪聲大于閾值門限時，也會使載波跟蹤環(huán)路難以鎖定，導致解調數(shù)據(jù)無法爭取恢復。所以在高動態(tài)和低信噪比的環(huán)境下，傳統(tǒng)的載波同步技術將不再適用，需要根據(jù)環(huán)境特點提出新的載波同步技術。

衛(wèi)星信號的快速捕獲是衛(wèi)星接收機的核心關鍵技術，是接收機同步的重要組成部分，捕獲部分實現(xiàn)信號的載波多普勒和碼相位的粗略估計，是實現(xiàn)后續(xù)精確估計的前提和基礎?？焖俨东@主要分為時域和頻域兩個方面，時域的快速捕獲方法主要基于匹配濾波器的并行或穿行捕獲，頻域的快速捕獲主要利用FFT作循環(huán)相關實現(xiàn)偽碼的并行搜索。上述幾種方法都需要在頻域進行串行搜索，因此在大頻偏的情況下，搜索范圍較大，捕獲時間相應的會變長。

我國對于高動態(tài)衛(wèi)星信號接收捕獲技術的研究起步較晚，受應用環(huán)境、電子器件水平等方面的限制，現(xiàn)有的高動態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星信號接收捕獲技術存在實現(xiàn)復雜度高、檢測頻率范圍有限、處理延時大等局限。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種衛(wèi)星信號多維快速捕獲方法及系統(tǒng)，可解決高動態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星信號捕獲算法檢測頻偏范圍有限、硬件實現(xiàn)復雜度高、處理時延長等技術難題，實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的高效快速捕獲。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種衛(wèi)星信號多維快速捕獲方法，包括以下步驟：

1)計算多普勒頻偏初始值f_dr和多普勒頻率變化率的初始值δf_dr|_max，并確定捕獲參數(shù)；

多普勒頻偏初始值f_dr的計算公式為其中，f_r為系統(tǒng)接收載波頻率，v_dm為系統(tǒng)相對運動速度，c為光速，取3×10⁸米/秒；

多普勒頻率變化率初始值的計算公式為其中，為相對運動加速度；

根據(jù)計算得到的多普勒頻偏和多普勒頻率變化率的初始值大小，確定捕獲參數(shù)；其中，捕獲參數(shù)包括快速傅里葉變換FFT的變換點數(shù)N和匹配濾波的塊數(shù)M；

快速傅里葉變換FFT的變換點數(shù)N和匹配濾波的塊數(shù)M的參數(shù)值根據(jù)處理時鐘速率f_clock、碼片速率R_c、多普勒頻偏初始值f_dr共同確定，使得捕獲后碼片誤差控制在半個碼片以內(nèi)。

2)基帶信號剝離并存儲；

通過數(shù)字中頻混頻器從接收到的衛(wèi)星信號剝離出I、Q兩路基帶信號，并將I、Q兩路基帶信號存儲入存儲器；

3)本地碼序列生成；

在剝離出I、Q兩路基帶信號的同時，按照I、Q兩路基帶信號的碼生成多項式，通過本地碼發(fā)生器產(chǎn)生兩路本地碼序列，記為PN_I、PN_Q；

4)進行分段匹配濾波；

采用循環(huán)移位的方式，通過分段匹配濾波器PMF以M個信號數(shù)據(jù)為單元依次從存儲器中分段讀取I、Q兩路基帶信號，依次與本地碼發(fā)生器輸出的兩路本地碼序列PN_I、PN_Q進行匹配相關，得到兩路匹配濾波數(shù)據(jù)，記為PMF_real、PMF_imag；

每完成一個單元的M個信號數(shù)據(jù)的分段匹配濾波，將循環(huán)計數(shù)器Counter_flag自動加1；

5)進行快速傅里葉變換；

將兩路匹配濾波數(shù)據(jù)PMF_real、PMF_imag送入變換點數(shù)為N點的快速傅里葉變換FFT模塊中，經(jīng)快速傅里葉變換后，通過頻率抽取得到兩路變換數(shù)據(jù)，記為FFT_real、FFT_imag；

6)捕獲檢測；

通過捕獲檢測模塊對兩路變換數(shù)據(jù)FFT_real、FFT_imag進行取模平方運算，得到N個實部數(shù)據(jù)；并對該N個實部數(shù)據(jù)進行搜索查找，得到N個實部數(shù)據(jù)的最大值Acc_Max和最大值位置Max_pos；

將最大值Acc_Max送入存儲深度為K的存儲空間，K取16或32，計算出這K個最大值的平均值averg_Max；

設定判決用的門限值Decide_TH，該門限值Decide_TH為計算出的平均值averg_Max的N倍，N取4～16之間的自然數(shù)；

當存儲空間每送進一個新的最大值Acc_Max，則更新一次門限值Decide_TH；

將存儲空間中的最大值Acc_Max與門限值Decide_TH相比較，當出現(xiàn)某個值大于門限值時，依次搜索該值后的最大值，如果依次搜索的最大值都大于門限值，則認為捕獲到最大值，輸出捕獲鎖定指示，并記錄最大值和最大值位置；否則，沒有捕獲到衛(wèi)星信號，執(zhí)行步驟9)；

7)捕獲驗證；

通過捕獲驗證模塊將捕獲時刻的快速傅里葉變換FFT模塊輸出的最大值與所計算的平均值進行作比，當兩者的比值大于設定閾值時，則認為此次捕獲是一次正確捕獲；否則，認為捕獲失??；

8)捕獲判決；

通過捕獲判決模塊將通過捕獲驗證后的最大值位置Max_pos和捕獲鎖定指示進行輸出，并根據(jù)最大值位置Max_pos和捕獲鎖定指示計算得到所檢測的多普勒頻偏估計值和碼初始相位Initial_phase，

Initial_phase＝M*Counter_flag

其中，f_s為采樣速率；

將計算得到的多普勒頻偏估計值和碼初始相位Initial_phase送入數(shù)字中頻混頻器中進行補償；

9)頻率自適應調整；

初始狀態(tài)時，數(shù)字中頻混頻器中的數(shù)控振蕩器NCO設置的起始頻率f_init等于f_r；

若無法捕獲到衛(wèi)星信號，則輸入多普勒頻偏不在檢測范圍內(nèi)的指示給數(shù)字中頻混頻器，此時數(shù)字中頻混頻器中的數(shù)控振蕩器NCO對起始頻率f_init進行自適應調整，以f_init＝f_r±10KHz頻率步進調整數(shù)控振蕩器NCO輸出頻率進行重新捕獲，重復步驟6)～步驟8)，直至捕獲到衛(wèi)星信號為止。

本發(fā)明的捕獲方法進一步設置為：所述步驟2)中的通過數(shù)字中頻混頻器從接收到的衛(wèi)星信號剝離出I、Q兩路基帶信號，具體為，數(shù)字中頻混頻器對接收到的衛(wèi)星信號進行數(shù)字下變頻及采樣，截取信號有效位數(shù)進行基帶信號剝離。

本發(fā)明的捕獲方法進一步設置為：所述步驟3)中的I、Q兩路基帶信號的特征多項式為

f_I(x)＝1+x³+x¹⁰

f_Q(x)＝1+x¹⁰

其中，x為變量。

本發(fā)明的捕獲方法進一步設置為：所述步驟4)中的匹配相關，具體為，利用復數(shù)乘法器進行共軛相乘，依次計算出M個復數(shù)乘法器的共軛相乘結果，將M個共軛相乘結果送入累加器進行累加，依次延時一個碼元寬度完成累加，從而得到兩路匹配濾波數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的捕獲方法進一步設置為：所述步驟5)中的快速傅里葉變換采用頻域的FFT算法。

本發(fā)明還提供一種衛(wèi)星信號多維快速捕獲系統(tǒng)，包括數(shù)字中頻混頻器，本地碼發(fā)生器，分段匹配濾波器PMF，快速傅里葉變換FFT模塊，捕獲檢測模塊，捕獲驗證模塊和捕獲判決模塊；

所述數(shù)字中頻混頻器，用于對接收到的衛(wèi)星信號進行數(shù)字下變頻及采樣，截取信號有效位數(shù)從而剝離出I、Q兩路基帶信號，并將I、Q兩路基帶信號存儲入存儲器，以及從捕獲判決模塊中獲得多普勒頻偏估計值和碼初始相位進行補償，且在無法捕獲到衛(wèi)星信號時對起始頻率進行自適應調整；

所述本地碼發(fā)生器，用于按照I、Q兩路基帶信號的碼生成多項式產(chǎn)生兩路本地碼序列；

所述分段匹配濾波器PMF，用于從存儲器中分段讀取I、Q兩路基帶信號，以M個信號數(shù)據(jù)為單元，依次與本地碼發(fā)生器輸出的兩路本地碼序列進行匹配相關，得到兩路匹配濾波數(shù)據(jù)；

所述快速傅里葉變換FFT模塊，用于對兩路匹配濾波數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換，從時域和頻域二維搜索，并進行頻率抽取得到兩路變換數(shù)據(jù)；

所述捕獲檢測模塊，用于對兩路變換數(shù)據(jù)進行取模平方運算和最大值搜索，捕獲到最大值，輸出捕獲鎖定指示，并記錄最大值和最大值位置；

所述捕獲驗證模塊，用于驗證捕獲檢測模塊所捕獲到的最大值是否正確，輸出捕獲驗證結果；

所述捕獲判決模塊，用于將捕獲驗證結果進行判決輸出，并計算得到所檢測的多普勒頻偏估計值和碼初始相位，將多普勒頻偏估計值和碼初始相位送入數(shù)字中頻混頻器。

本發(fā)明的捕獲系統(tǒng)進一步設置為：所述數(shù)字中頻混頻器包括數(shù)控振蕩器NCO、混頻器復數(shù)乘法器和低通濾波器，數(shù)控振蕩器NCO與混頻器復數(shù)乘法器相連接，混頻器復數(shù)乘法器與低通濾波器相連接。

本發(fā)明的捕獲系統(tǒng)進一步設置為：所述分段匹配濾波器PMF包括PMF復數(shù)乘法器、濾波器和PMF累加器，PMF復數(shù)乘法器與濾波器相連，濾波器與PMF累加器相連接。

本發(fā)明的捕獲系統(tǒng)進一步設置為：所述捕獲檢測模塊包括捕獲復數(shù)乘法器、捕獲累加器、比較器和判決器，捕獲復數(shù)乘法器與捕獲累加器相連接，捕獲累加器與比較器相連接將輸出結果送入比較器，比較器與判決器相連接最終由判決器輸出捕獲指示。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

本發(fā)明提供的衛(wèi)星信號多維快速捕獲方法及系統(tǒng)，具有結構簡單、技術實現(xiàn)復雜度低、處理時延小、可檢測頻偏范圍大等顯著優(yōu)點，通過頻率自適應調整、分段匹配濾波和快速傅里葉變換等算法，可解決高動態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星信號捕獲算法檢測頻偏范圍有限、硬件實現(xiàn)復雜度高、處理時延長等技術難題；可檢測多普勒頻移范圍為±50KHz，多普勒頻率變化率為±50Hz，即可實現(xiàn)飛行速度20Ma、加速度為180g極高動態(tài)環(huán)境下的無線電通信的穩(wěn)定接收，捕獲跟蹤時間小于100ms；特別適用于衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導航等天基測控應用領域以及其他地基無線電通信領域的高動態(tài)環(huán)境下的接收同步，同時實現(xiàn)模塊化的標準設計，可以進行批量生產(chǎn)。

上述內(nèi)容僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了更清楚的了解本發(fā)明的技術手段，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。

附圖說明

圖1傳統(tǒng)基于FFT的捕獲方法的原理框圖；

圖2本發(fā)明捕獲方法的原理框圖；

圖3本發(fā)明捕獲方法中PMF數(shù)據(jù)相關處理的原理示意圖；

圖4本發(fā)明捕獲系統(tǒng)的結構框圖；

圖5本發(fā)明捕獲系統(tǒng)的本地碼發(fā)生器結構框圖；

圖6本發(fā)明捕獲方法的相關性能；

圖7本發(fā)明捕獲方法的檢測概率和虛警概率性能。

具體實施方式

下面結合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步的說明。

圖1給出了傳統(tǒng)基于FFT的捕獲方法的原理框圖，考慮到擴頻碼的周期性以及一個信息碼元內(nèi)擴頻碼的重復性，對信號的相關運算，可以等效為循環(huán)卷積，其數(shù)學表達式如下：

一個擴頻碼周期內(nèi)所有的相關值兩個長度為N的序列a和b之間的循環(huán)互相關函數(shù)為：

式中，b'＝(b(-n))_N，為將序列b周期延拓翻轉后取主值序列可得。

又有序列a與序列b的循環(huán)卷積為：

令序列a(n)和b(n)的傅里葉變換分別為X_a(k)和X_b(k)，即：

X_a(k)＝DFT[a(n)]，X_b(k)＝DFT[b(n)]

序列b'的傅里葉變換為：X_b'(k)＝conj(X_b(n))，conj表示取復共軛。

則有R_ab(m)＝IDFT[X_a(k)·X_b'(k)]＝IDFT[X_a(k)·conj(X_b(k))]。

對于長度為N的兩個數(shù)字數(shù)列，采用時域的FFT算法，完成互相關運算的運算量級為N²；采用頻域的FFT算法，運算量級為3×N×log₂N+N。隨著N的增加，頻域方法的運算量將遠遠小于時域方法。

多普勒頻移的糾正可以通過頻域循環(huán)移位實現(xiàn)：

C_ab(n)e^j2πkn/N＝IDFT[X_ab(N-k)_N]

然而，傳統(tǒng)的FFT捕獲算法存在檢測頻偏范圍有限、實現(xiàn)復雜度大、捕獲時間長等局限。

本發(fā)明提供一種衛(wèi)星信號多維快速捕獲方法，如圖2所示，包括以下步驟：

1)計算多普勒頻偏初始值f_dr和多普勒頻率變化率的初始值δf_dr|_max，并確定捕獲參數(shù)；

計算由于高速運動引起的多普勒頻偏初始值f_dr和由于加速度引起的多普勒頻率變化率初始值δf_dr|_max；多普勒頻偏初始值f_dr的計算公式為其中，f_r為系統(tǒng)接收載波頻率，v_dm為系統(tǒng)相對運動速度，c為光速，取3×10⁸米/秒；

多普勒頻率變化率初始值的計算公式為其中，為相對運動加速度；

根據(jù)計算得到的多普勒頻偏和多普勒頻率變化率的初始值大小，確定捕獲參數(shù)；其中，捕獲參數(shù)包括快速傅里葉變換FFT的變換點數(shù)N和匹配濾波的塊數(shù)M；

快速傅里葉變換FFT的變換點數(shù)N和匹配濾波的塊數(shù)M的參數(shù)值根據(jù)處理時鐘速率f_clock、碼片速率R_c、多普勒頻偏初始值f_dr共同確定，使得捕獲后碼片誤差控制在半個碼片以內(nèi)。

2)基帶信號剝離并存儲；

通過數(shù)字中頻混頻器從接收到的衛(wèi)星信號剝離出I、Q兩路基帶信號，并將I、Q兩路基帶信號存儲入存儲器；

具體為，數(shù)字中頻混頻器對接收到的衛(wèi)星信號進行數(shù)字下變頻及采樣，截取信號有效位數(shù)進行基帶信號剝離。

3)本地碼序列生成；

在剝離出I、Q兩路基帶信號的同時，按照I、Q兩路基帶信號的碼生成多項式，通過本地碼發(fā)生器產(chǎn)生兩路本地碼序列，記為PN_I、PN_Q；

其中，I、Q兩路基帶信號的碼生成多項式為

f_I(x)＝1+x³+x¹⁰

f_Q(x)＝1+x¹⁰

其中，x為變量。

4)進行分段匹配濾波；

采用循環(huán)移位的方式，通過分段匹配濾波器PMF以M個信號數(shù)據(jù)為單元從存儲器中分段讀取I、Q兩路基帶信號，依次與本地碼發(fā)生器輸出的兩路本地碼序列PN_I、PN_Q進行匹配相關，得到兩路匹配濾波數(shù)據(jù)，記為PMF_real、PMF_imag；

每完成一個單元的M個信號數(shù)據(jù)的分段匹配濾波，將循環(huán)計數(shù)器Counter_flag自動加1；

匹配相關，具體為，利用復數(shù)乘法器進行共軛相乘，依次計算出M個復數(shù)乘法器的共軛相乘結果，將M個共軛相乘結果送入累加器進行累加，依次延時一個碼元寬度完成累加，從而得到兩路匹配濾波數(shù)據(jù)。

5)進行快速傅里葉變換；

將兩路匹配濾波數(shù)據(jù)PMF_real、PMF_imag送入變換點數(shù)為N點的快速傅里葉變換FFT模塊中，經(jīng)采用頻域的FFT算法快速傅里葉變換后，通過頻率抽取得到兩路變換數(shù)據(jù)，記為FFT_real、FFT_imag。

6)捕獲檢測；

通過捕獲檢測模塊對兩路變換數(shù)據(jù)FFT_real、FFT_imag進行取模平方運算，得到N個實部數(shù)據(jù)；并對該N個實部數(shù)據(jù)進行搜索查找，得到N個實部數(shù)據(jù)的最大值Acc_Max和最大值位置Max_pos；

將最大值Acc_Max送入存儲深度為K的存儲空間，K取16或32，計算出這K個最大值的平均值averg_Max，可方便硬件處理；

設定判決用的門限值Decide_TH，該門限值Decide_TH為計算出的平均值averg_Max的N倍，N取4～16之間的自然數(shù)；

當存儲空間每送進一個新的最大值Acc_Max，則更新一次門限值Decide_TH；

將存儲空間中的最大值Acc_Max與門限值Decide_TH相比較，當出現(xiàn)某個值大于門限值時，依次搜索該值后的最大值，如果依次搜索的最大值都大于門限值，則認為捕獲到最大值，輸出捕獲鎖定指示，并記錄最大值和最大值位置；否則，沒有捕獲到衛(wèi)星信號，執(zhí)行步驟9)。

7)捕獲驗證；

通過捕獲驗證模塊將捕獲時刻的快速傅里葉變換FFT模塊輸出的最大值與所計算的平均值進行作比，當兩者的比值大于設定閾值時，則認為此次捕獲是一次正確捕獲；否則，認為捕獲失敗。

8)捕獲判決；

通過捕獲判決模塊將通過捕獲驗證后的最大值位置Max_pos和捕獲鎖定指示進行輸出，并根據(jù)最大值位置Max_pos和捕獲鎖定指示計算得到所檢測的多普勒頻偏估計值和碼初始相位Initial_phase，

Initial_phase＝M*Counter_flag

其中，f_s為采樣速率；

將計算得到的多普勒頻偏估計值和碼初始相位Initial_phase送入數(shù)字中頻混頻器中進行補償。

9)頻率自適應調整；

初始狀態(tài)時，數(shù)字中頻混頻器中的數(shù)控振蕩器NCO設置的起始頻率f_init等于f_r；

若無法捕獲到衛(wèi)星信號，則輸入多普勒頻偏不在檢測范圍內(nèi)的指示給數(shù)字中頻混頻器，此時數(shù)字中頻混頻器中的數(shù)控振蕩器NCO對起始頻率f_init進行自適應調整，以f_init＝f_r±10KHz頻率步進調整數(shù)控振蕩器NCO輸出頻率進行重新捕獲，重復步驟6)～步驟8)，直至捕獲到衛(wèi)星信號為止。

圖3示出了PMF數(shù)據(jù)相關處理的原理示意圖，首先本地碼選取一段從基準零相位起的偽碼，由于PN碼是一種偽隨機碼，它具有良好的自相關特性，只要錯開一個碼元寬度，碼的自相關值就會變的很小，利用這個性質，可以將接收信號復制為多組，依次延時一個碼元后與原信號進行疊加；再對疊加后的信號進行PMF捕獲，對于本地復現(xiàn)的PN碼，只有與之相差在一個碼元寬度之內(nèi)的信號才能被檢測出來，其它的疊加信號會被當作是白噪聲，所以，如果在捕獲過程中出現(xiàn)了峰值，就可以在獲得多普勒頻率粗略估計值的同時，將碼相位的模糊度限制在參與疊加的那幾個相位中，這樣就大大的縮小了搜索范圍，然后在通過進一步的捕獲過程來獲得較為精確的碼相位信息，如果未能實現(xiàn)捕獲，就跳過那一段參加疊加捕獲的相位，重復上面的過程繼續(xù)進行捕獲搜索。

本發(fā)明還提供一種衛(wèi)星信號多維快速捕獲系統(tǒng)，如圖4所示，包括數(shù)字中頻混頻器，本地碼發(fā)生器，分段匹配濾波器PMF，快速傅里葉變換FFT模塊，捕獲檢測模塊，捕獲驗證模塊和捕獲判決模塊；

所述數(shù)字中頻混頻器，用于對接收到的衛(wèi)星信號進行數(shù)字下變頻及采樣，截取信號有效位數(shù)從而剝離出I、Q兩路基帶信號，并將I、Q兩路基帶信號存儲入存儲器，以及從捕獲判決模塊中獲得多普勒頻偏估計值和碼初始相位進行補償，且在無法捕獲到衛(wèi)星信號時進行頻率自適應調整；

所述本地碼發(fā)生器，用于按照I、Q兩路基帶信號的碼生成多項式產(chǎn)生兩路本地碼序列，其結構如圖5所示；

所述分段匹配濾波器PMF，用于從存儲器中分段讀取I、Q兩路基帶信號，以M個信號數(shù)據(jù)為單元，依次與本地碼發(fā)生器輸出的兩路本地碼序列進行匹配相關，得到兩路匹配濾波數(shù)據(jù)；

所述快速傅里葉變換FFT模塊，用于對兩路匹配濾波數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換，從時域和頻域二維搜索，并進行頻率抽取得到兩路變換數(shù)據(jù)；

所述捕獲檢測模塊，用于對兩路變換數(shù)據(jù)進行取模平方運算和最大值搜索，捕獲到最大值，輸出捕獲鎖定指示，并記錄最大值和最大值位置；

所述捕獲驗證模塊，用于驗證捕獲檢測模塊所捕獲到的最大值是否正確，輸出捕獲驗證結果；

所述捕獲判決模塊，用于將捕獲驗證結果進行判決輸出，并計算得到所檢測的多普勒頻偏估計值和碼初始相位，將多普勒頻偏估計值和碼初始相位送入數(shù)字中頻混頻器。

所述數(shù)字中頻混頻器包括數(shù)控振蕩器NCO、混頻器復數(shù)乘法器和低通濾波器，數(shù)控振蕩器NCO與混頻器復數(shù)乘法器相連接，混頻器復數(shù)乘法器與低通濾波器相連接。

所述分段匹配濾波器PMF包括PMF復數(shù)乘法器、濾波器和PMF累加器，PMF復數(shù)乘法器與濾波器相連，濾波器與PMF累加器相連接。

所述捕獲檢測模塊包括捕獲復數(shù)乘法器、捕獲累加器、比較器和判決器，捕獲復數(shù)乘法器與捕獲累加器相連接，捕獲累加器與比較器相連接將輸出結果送入比較器，比較器與判決器相連接最終由判決器輸出捕獲指示。

本發(fā)明針對傳統(tǒng)FFT捕獲算法檢測頻偏范圍有限、實現(xiàn)復雜度大、捕獲時間長等局限通過自適應頻率調整、分段匹配濾波和快速傅里葉變換等算法，具有結構簡單、技術實現(xiàn)復雜度低、處理時延小、可檢測頻偏范圍大等顯著優(yōu)點。其中，自適應頻率調整主要針對捕獲檢測結果自適應調整數(shù)字中頻混頻器中心頻率，若無法捕獲到接收信號，則以一定頻率步進去自適應調整數(shù)字中頻混頻器頻率，再進行捕獲檢測，直至捕獲到接收信號為止；分段匹配濾波器PMF主要作用是對接收信號進行部分解擴，得到一定的擴頻增益，從而提高信噪比；同時運用快速傅里葉變換又對數(shù)據(jù)降速處理，減少了FFT運算的點數(shù)。根據(jù)分段匹配濾波結構的幅頻響應和IP核的運算能力，合理選擇匹配濾波器的塊數(shù)M的大小和FFT的點數(shù)N，以達到最佳效果；搜索偽碼相位和估計多普勒頻移同時進行，也就是說將原來的相位、頻率二維搜索過程變?yōu)閭未a相位的一維搜索，大大減少了捕獲時間。

技術指標計算：

根據(jù)目前設計的IP模塊，要求每次PMF+FFT操作需要10000次主時鐘周期。對于采用200MHz的處理速率，T_p為每次PMF+FFT所需要的時間，

擴頻碼捕獲時間T_max為：

PMF的相關長度取32個間隔采樣樣本(由于間隔取樣，相當于64個采樣樣本的間隔)，F(xiàn)FT長度選用1024。

計算得所對應的掃描范圍為：

一次FFT所分析的樣本數(shù)為：

一次對32768樣點也是在該環(huán)境下(最大多普勒頻率52KHz相當于頻率穩(wěn)定度為52KHz/2000000KHz＝26ppm)最大允許采樣樣點數(shù)。

在E_b/N₀＝0～10dB環(huán)境下，通過對6.4個數(shù)據(jù)(相當于信噪比提高：10·lg(6.4)＝8dB)符號進行分析，圖6為本發(fā)明捕獲方法的自相關性能，圖7為本發(fā)明捕獲方法的檢測概率與虛警概率圖(每一個駐真點為500次進行統(tǒng)計)，由此可以看出，本發(fā)明捕獲方法可滿足檢測概率與虛警概率之間的均衡要求。

本發(fā)明的創(chuàng)新點在于，通過頻率自適應調整、分段匹配濾波和快速傅里葉變換等算法，可解決高動態(tài)環(huán)境下衛(wèi)星信號捕獲算法檢測頻偏范圍有限、硬件實現(xiàn)復雜度高、處理時延長等技術難題；具有結構簡單、技術實現(xiàn)復雜度低、處理時延小、可檢測頻偏范圍大等顯著優(yōu)點，可檢測多普勒頻移范圍為±50KHz，多普勒頻率變化率為±50Hz，即可實現(xiàn)飛行速度20Ma、加速度為180g極高動態(tài)環(huán)境下的無線電通信的穩(wěn)定接收，捕獲跟蹤時間小于100ms。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。