基于迭代搜索范圍校正的多普勒捕獲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及寬帶無線通信系統(tǒng)和接收機信號捕獲，可用于衛(wèi) 星，導彈等高速運動接收機的導航電文正確解譯。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星通信系統(tǒng)與導航定位系統(tǒng)近年來蓬勃發(fā)展，與傳統(tǒng)的通信和傳輸方式相比， 衛(wèi)星通信在技術(shù)和成本上具有高可用性和高性價比的優(yōu)勢。他可確保在任何情況下，甚至 在地面網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋或遭到破壞的情況下，都能夠及時、快速、可靠、穩(wěn)定的提供寬帶多媒 體通信服務(wù)，真正做到廣域無線覆蓋。導航定位的方法從早期的陸基無線導航系統(tǒng)到現(xiàn)在 常用的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，經(jīng)歷了 80多年的發(fā)展，從少數(shù)的幾種精度差，設(shè)備較龐大的陸基系 統(tǒng)到現(xiàn)在多種導航定位手段共存，設(shè)備趨小型化的發(fā)展階段，在技術(shù)手段、導航定位精度、 可用性方面均取得質(zhì)的飛躍。
[0003] 目前，各種算法和技術(shù)的設(shè)計都是服務(wù)于"北斗"二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)，"北斗"二代 是我國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，2012年9月19日西昌衛(wèi)星發(fā) 射中屯、將第十四顆和第十五顆北斗導航衛(wèi)星發(fā)射升空并送入太空，成功覆蓋中國及其周邊 地區(qū)，使中國成為世界上第S個擁有衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的國家。
[0004] 北斗二代衛(wèi)星可實現(xiàn)全球的定位與導航。"北斗第二代導航衛(wèi)星網(wǎng)"由5顆靜止 軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種服務(wù)方式。開放服務(wù) 是在服務(wù)區(qū)免費提供定位、測速和授時服務(wù)，授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測 速、授時和通信服務(wù)W及系統(tǒng)完好性信息。我國計劃從2009年開始每年發(fā)射6顆北斗定位 衛(wèi)星，初步形成4顆靜止衛(wèi)星，12顆中軌星，9顆高軌星的北斗2代導航衛(wèi)星，在中國取代 GPS系統(tǒng)。
[0005] 高動態(tài)接收機的高運動速度及加速度對導航電文的正確解譯帶來了很大的難題。 在該方面，首當其沖的關(guān)鍵技術(shù)之一即為如何快速、可靠地捕獲到載波多普勒頻偏，因為該 設(shè)及到后面能否跟蹤到導航信號。目前，針對該問題，已經(jīng)提出了若干種新的算法，例如，新 的線性濾波算法，W及一種可W將捜索范圍限定到一個逐漸縮小的范圍之內(nèi)的迭代半分捜 索算法來估計多普勒頻偏。然而，接收機運動加速度引起的載波多普勒加速度變化使得相 鄰碼元信號發(fā)生頻率偏移，因此，長時間信號累積會產(chǎn)生能量擴散現(xiàn)象，嚴重影響多普勒的 檢測性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于解決高動態(tài)接收機長時間信號累積導致的能量擴散問題，提出 一種基于迭代捜索范圍校正的多普勒捕獲方法，來校正多普勒捜索范圍，使得捕獲概率進 一步提升的同時，得到捕獲概率的上界值，改善多普勒捕獲性能。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)核屯、是；通過單次校正算法來獲得校正后的多普勒頻偏估計值，即 利用前兩個周期內(nèi)的估計結(jié)果來校正第=個累積周期內(nèi)估計結(jié)果的捜索范圍，并分析了捜 索范圍大小對捕獲概率的影響；通過迭代校正算法將捜索范圍限定到一個逐漸縮小的頻率 范圍，即用一種多個單次校正級聯(lián)的方式來逐步縮小多普勒捜索范圍，提高多普勒捜索概 率，從而進一步提高多普勒捕獲性能并得到捕獲概率的上界值。其實現(xiàn)步驟包括如下：
[000引1)獲取初始捜索范圍內(nèi)每個累積周期的多普勒估計結(jié)果：
[0009] la)對高動態(tài)接收機天線接收到的信號經(jīng)載波解調(diào)、中頻下變頻及濾波抽取之后， 得到的含有多普勒頻偏信息的一個復指數(shù)擴頻碼元信號X ;
[0010] lb)對每個復指數(shù)擴頻碼元信號進行FFT變換，得到化。pt個碼元信號并劃分到連 續(xù)的n個累積周期內(nèi)進行非相干累積，n個累積周期對應(yīng)的初始捜索范圍為咕(1)，R。似… R〇(n)，n> 3。
[0011] Ic)根據(jù)累積結(jié)果進行n次多普勒估計，在對應(yīng)的捜索范圍內(nèi)得到每個累積周期 內(nèi)的估計結(jié)果AdU口)…
[0012] 2)利用初始捜索范圍內(nèi)每個累積周期的估計結(jié)果對相應(yīng)累積周期進行單次捜索 范圍校正，得到相應(yīng)的估計結(jié)果：
[0013] 2a)用步驟（1)中得到的第一個累積周期和第二個累積周期內(nèi)的估計結(jié)果AW， A(2)校正第=個累積周期的多普勒捜索范圍Ri(3)，并在此捜索范圍內(nèi)進行多普勒估計，得 到第S個累積周期的估計結(jié)果引;
[0014] 2b)用第二個累積周期和累積周期第S個的估計結(jié)果<U2)，/U3)校正第四個累積 周期的多普勒捜索范圍Ri(4)，并在此捜索范圍內(nèi)進行多普勒估計，得到第四個累積的估計 結(jié)果g(4)，W此類推直至校正第n個累積周期的多普勒捜索范圍Ri(n)，得到第n個累積周 期估計結(jié)果則《);
[001引第一次迭代后得到的估計結(jié)果為W)，別4)…?非0 ;
[0016] 3)利用前一次迭代后的估計結(jié)果，進行迭代捜索范圍校正，直至第k次迭代，得到 第k次迭代后的估計結(jié)果
[0017] 3a)按照步驟（2)依次進行第二次迭代，第S次迭代，直至第k次迭代，k=n-2， 由第k-1次迭代的估計結(jié)果如-：!)和ti(?-巧對第n個累積周期的捜索范圍進行校正得 到校正后的捜索范圍Rk(n);
[0018] 3b)在校正后的捜索范圍Rk(n)內(nèi)進行多普勒估計，得到第n個累積周期的估計結(jié) 果 4(")。
[0019] 本發(fā)明具有如下顯著效果：
[0020] 1)本發(fā)明利用前面累積周期的多普勒估計結(jié)果來校正后面估計結(jié)果的捜索范圍， 從而在很大程度上將捜索范圍限定到一個更為精確的頻率范圍，使得捕獲概率為捜索范圍 大小D的單調(diào)遞減函數(shù)，提高了多普勒捕獲概率。
[0021] 2)本發(fā)明將單次捜索范圍校正算法和迭代捜索范圍校正算法應(yīng)用于多普勒頻偏 捕獲，通過迭代校正算法逐步縮小了多普勒捜索范圍，從而進一步提高了多普勒捕獲性能 并得到捕獲概率的上界值。
[0022] 仿真結(jié)果表明；本發(fā)明中單次捜索范圍校正算法較現(xiàn)有的算法的性能有較大提 高，其多普勒捕獲概率在整個信噪比區(qū)間上都高于傳統(tǒng)OC算法的多普勒捕獲概率；迭代捜 索范圍校正算法在單次捜索范圍校正算法的基礎(chǔ)上，進一步提高