大多普勒動(dòng)態(tài)下高數(shù)據(jù)速率直擴(kuò)信號(hào)的捕獲系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大多普勒動(dòng)態(tài)下高數(shù)據(jù)速率直擴(kuò)信號(hào)的快速捕獲系統(tǒng)及方法，屬 于測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前衛(wèi)星測(cè)控領(lǐng)域主要采用直接序列擴(kuò)頻測(cè)控體制，星上終端接收地面控制中心 發(fā)送的擴(kuò)頻上行遙控信號(hào)完成遙控指令接收。遙控信號(hào)（直擴(kuò)信號(hào)）采用PCM-CDMA-BPSK 直接序列擴(kuò)頻體制。由于高中低軌衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)特性，星上終端接收到的遙控信號(hào)具有低信 噪比、大多普勒動(dòng)態(tài)（±50KHz以上）等特點(diǎn)，直接導(dǎo)致處理增益損失，常規(guī)擴(kuò)頻捕獲技術(shù)難 以完成對(duì)遙控信號(hào)捕獲。為了確保終端能夠在無(wú)輔助措施下，完成對(duì)遙控信號(hào)捕獲，進(jìn)而對(duì) 解調(diào)出的遙控指令做出快速響應(yīng)。一般情況下，在遙控信號(hào)格式設(shè)計(jì)時(shí)，采用高速率偽碼 (例如，I. 〇23MHz、10. 23MHz 等）對(duì)低速率數(shù)據(jù)（例如，50bps、1000bps、2000bps、4000bps 等）進(jìn)行直接擴(kuò)頻，偽碼與數(shù)據(jù)信息相干。此時(shí)信號(hào)的擴(kuò)頻增益很高，一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)內(nèi)存在 多個(gè)、幾十個(gè)周期的偽碼信號(hào)。通過(guò)獲取高的擴(kuò)頻增益以抵消低信噪比、大多普勒動(dòng)態(tài)等條 件導(dǎo)致增益損失的問(wèn)題。在無(wú)輔助措施下，現(xiàn)有技術(shù)采用增加相干積分時(shí)間以及多普勒頻 偏補(bǔ)償?shù)仁侄文軌蛲瓿傻托旁氡?、大多普勒?dòng)態(tài)下低數(shù)據(jù)速率直擴(kuò)信號(hào)的捕獲。
[0003] 然而，當(dāng)一類直擴(kuò)信號(hào)中調(diào)制的數(shù)據(jù)速率較高且可變時(shí)，其偽碼與數(shù)據(jù)速率之比 較低，擴(kuò)頻增益相應(yīng)較低。此時(shí)信號(hào)中的一個(gè)偽碼周期內(nèi)存在多個(gè)、幾十個(gè)、甚至上百個(gè)數(shù) 據(jù)符號(hào)跳變，嚴(yán)重限制了相干積分長(zhǎng)度的增加以及多普勒頻偏的有效補(bǔ)償。如不采用輔助 措施，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法完成低信噪比、大多普勒動(dòng)態(tài)下的該類高數(shù)據(jù)速率直擴(kuò)信號(hào)捕獲。
[0004] 針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種大多普勒動(dòng)態(tài)下高數(shù)據(jù)速率直擴(kuò)信號(hào)的快速捕獲方 法，通過(guò)測(cè)控終端原理樣機(jī)的地面功能性能測(cè)試，充分驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。
[0005] (1)查詢文獻(xiàn)，查閱了萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)、國(guó)防科技信息資源服務(wù)系統(tǒng)，國(guó)家科技圖書文 獻(xiàn)中心等相關(guān)系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索"大多普勒動(dòng)態(tài)、高數(shù)據(jù)速率，擴(kuò)頻捕獲"沒(méi)有公開(kāi)資 料；在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索"可變數(shù)據(jù)速率，擴(kuò)頻捕獲"查到一篇公開(kāi)資料。
[0006] 文獻(xiàn)a) "可變速率的多進(jìn)制正交擴(kuò)頻系統(tǒng)研宄與實(shí)現(xiàn)"，該文章對(duì)可變速率多進(jìn)制 正交擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行研宄，與本專利的大多普勒動(dòng)態(tài)、高數(shù)據(jù)速率的直擴(kuò)信號(hào)捕獲中涉及到 的擴(kuò)頻調(diào)制方式、應(yīng)用場(chǎng)合不同，沒(méi)有可比性。
[0007] 數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索"高數(shù)據(jù)速率，擴(kuò)頻捕獲"查到一篇公開(kāi)資料。
[0008] 文獻(xiàn)b) "一種高數(shù)據(jù)率Ds/ra擴(kuò)頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)"，該文章對(duì)高信噪比下Ds/ra擴(kuò)頻 系統(tǒng)高數(shù)據(jù)速率傳輸進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述，參考價(jià)值不大，并且與本專利的擴(kuò)頻調(diào)制方式、應(yīng)用 場(chǎng)合不同。
[0009] 數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索"高動(dòng)態(tài)，擴(kuò)頻捕獲"查到很多公開(kāi)資料，但均與本文算法、應(yīng)用場(chǎng)景 不同。例如文獻(xiàn)c)"高動(dòng)態(tài)下長(zhǎng)周期擴(kuò)頻信號(hào)快速捕獲技術(shù)的研宄"，該文章對(duì)大多普勒動(dòng) 態(tài)下，偽碼較長(zhǎng)的直擴(kuò)信號(hào)快速捕獲技術(shù)進(jìn)行了研宄。長(zhǎng)碼擴(kuò)頻時(shí)，擴(kuò)頻增益很高，與本文 涉及到的直擴(kuò)信號(hào)特點(diǎn)不一樣，沒(méi)有可比性。文獻(xiàn)d) "高動(dòng)態(tài)下直擴(kuò)信號(hào)捕獲方面的研宄"， 該文章對(duì)大多普勒動(dòng)態(tài)下，直擴(kuò)信號(hào)快速捕獲技術(shù)進(jìn)行了研宄，沒(méi)有涉及到高數(shù)據(jù)速率，應(yīng) 用場(chǎng)景比較簡(jiǎn)單。
[0010] 因此，在目前所能查到的相關(guān)文獻(xiàn)資料中，沒(méi)有關(guān)于低信噪比、大多普勒動(dòng)態(tài)下的 高數(shù)據(jù)速率（可變）直擴(kuò)信號(hào)的捕獲方法的詳細(xì)研宄。數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索"高動(dòng)態(tài)，擴(kuò)頻捕獲" 查到很多公開(kāi)資料，大部分是在低信噪比、大多普勒動(dòng)態(tài)下的直擴(kuò)信號(hào)快速捕獲的研宄。大 部分涉及的是傳統(tǒng)的PMF-FFT算法、PCS算法、DBZP算法，以及在上述算法基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái) 的超高靈敏度、抗符號(hào)跳變、抗干擾、計(jì)算量?jī)?yōu)化等改進(jìn)算法。這些算法適用于在無(wú)輔助措 施，低信噪比、大多普勒動(dòng)態(tài)下的低數(shù)據(jù)速率（50bps、1000bps、2000bps、4000bps等）直擴(kuò) 信號(hào)的快速捕獲。進(jìn)一步，該類直擴(kuò)信號(hào)的偽碼速率較高，擴(kuò)頻增益較大，主要應(yīng)用在導(dǎo)航、 測(cè)控領(lǐng)域。
[0011] 例如，文獻(xiàn) e)"A Fast Acquisition Technique for a Direct Sequence Spread Spectrum Signal in the Presence of a Large Doppler Shift'，介紹了 PMF-FFT 算法能 夠?qū)崿F(xiàn)低信噪比，大多普勒動(dòng)態(tài)的直擴(kuò)信號(hào)快速捕獲。但PMF-FFT算法對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)跳變沿 比較敏感，當(dāng)數(shù)據(jù)速率較高時(shí)，算法失效。
[0012] 文獻(xiàn) f) "GPS Satellite Signal Acquisition and Tracking"介紹了 FFT-IFFT 算法，該算法捕獲速度最快，實(shí)現(xiàn)偽碼全相位并行搜索。但由于FFT輸入數(shù)據(jù)長(zhǎng)度至少為一 個(gè)偽碼周期，同樣不適用于高數(shù)據(jù)速率直擴(kuò)信號(hào)的捕獲。
[0013] 文獻(xiàn)g) "基于DBZP方法的微弱GPS信號(hào)快速捕獲"，介紹了 DBZP方法，在微弱信 號(hào)環(huán)境下完成對(duì)C/A碼捕獲，并針對(duì)連續(xù)積分跨越多個(gè)導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)位的情況給出解決方 案。該方法能完成對(duì)低信噪比下的高數(shù)據(jù)速率直擴(kuò)信號(hào)以及長(zhǎng)碼直擴(kuò)信號(hào)的無(wú)輔助快速捕 獲，但不適用于大多普勒動(dòng)態(tài)，算法復(fù)雜度高，不利于實(shí)現(xiàn)。
[0014] (2)查詢專利，在專利數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索"大多普勒動(dòng)態(tài)、高數(shù)據(jù)速率，擴(kuò)頻捕獲"等關(guān) 鍵詞，未查到相關(guān)公開(kāi)資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種大多普勒動(dòng)態(tài)下高數(shù)據(jù) 速率直擴(kuò)信號(hào)的快速捕獲系統(tǒng)及方法，用于在衛(wèi)星測(cè)控終端上實(shí)現(xiàn)無(wú)輔助措施情況下對(duì)上 行信號(hào)的捕獲。
[0016] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0017] 大多普勒動(dòng)態(tài)下高數(shù)據(jù)速率直擴(kuò)信號(hào)的捕獲系統(tǒng)，包括：下變頻模塊、本地時(shí)鐘管 理單元、數(shù)據(jù)緩存模塊、符號(hào)沿檢測(cè)與粗捕模塊、讀寫控制模塊、NCO模塊、捕獲控制模塊、頻 譜分析模塊、偽碼跟蹤環(huán)和載波跟蹤環(huán)；
[0018] 外部輸入直擴(kuò)信號(hào)通過(guò)下變頻模塊進(jìn)行下變頻以及降采樣之后送入數(shù)據(jù)緩存模 塊，數(shù)據(jù)緩存模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行移位緩存后送入符號(hào)沿檢測(cè)與粗捕模塊；捕獲控制模塊發(fā)送 控制指令給本地時(shí)鐘管理單元，令本地時(shí)鐘管理單元產(chǎn)生偽碼時(shí)鐘、偽碼周期脈沖和數(shù)據(jù) 時(shí)鐘脈沖；偽碼時(shí)鐘送入NCO模塊，驅(qū)動(dòng)NCO模塊生成本地的偽碼信號(hào)并送入符號(hào)沿檢測(cè)與 粗捕模塊；符號(hào)沿檢測(cè)與粗捕模塊根據(jù)接收到的本地偽碼信號(hào)、數(shù)據(jù)時(shí)鐘脈沖和偽碼周期 脈沖，對(duì)數(shù)據(jù)緩存模塊輸出的移位緩存后的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，即完成對(duì)直擴(kuò)信號(hào)的符號(hào) 沿檢測(cè)、偽碼相位檢測(cè)以及初步多普勒頻偏估計(jì)，得到與本地偽碼信號(hào)相位對(duì)齊的一路延 遲數(shù)據(jù)、多普勒頻偏估值以及直擴(kuò)信號(hào)的符號(hào)沿位置，之后將處理結(jié)果送入捕獲控制模塊， 捕獲控制模塊將處理結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)到頻譜分析模塊中，同時(shí)捕獲控制模塊還產(chǎn)生偽碼跟蹤環(huán)啟 動(dòng)信號(hào)，控制偽碼跟蹤環(huán)工作，偽碼跟蹤環(huán)根據(jù)捕獲控制送來(lái)的處理結(jié)果產(chǎn)生的三路偽碼 信號(hào)送入頻譜分析模塊，頻譜分