本發(fā)明屬于擴(kuò)頻信號(hào)接收處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直接序列擴(kuò)頻信號(hào)快速捕獲方法。

背景技術(shù)：

直接序列擴(kuò)頻(簡(jiǎn)稱“直擴(kuò)”)技術(shù)具有良好的保密性、靈活的信道分配能力以及較強(qiáng)的抗多徑、多址干擾能力，在個(gè)人通信網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信以及軍事戰(zhàn)術(shù)通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于基帶信號(hào)帶寬，能量分布于更寬的頻帶，且功率譜密度很低，以至于通常淹沒(méi)在噪聲中。正是由于這些特點(diǎn)使得直接序列擴(kuò)頻信號(hào)難于檢測(cè)，一般檢測(cè)與估計(jì)直擴(kuò)信號(hào)參數(shù)的方法都難以滿足高動(dòng)態(tài)、低信噪比環(huán)境下的快速捕獲需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種直接序列擴(kuò)頻信號(hào)快速捕獲方法，該方法能夠在更低的信噪比容限和高動(dòng)態(tài)搜索范圍的前提下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的快速捕獲和參數(shù)估計(jì)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的的技術(shù)方案是：

一種直接序列擴(kuò)頻信號(hào)快速捕獲方法，其包括以下步驟：

(1)結(jié)合本地偽碼信號(hào)，對(duì)外部輸入的直接序列擴(kuò)頻離散復(fù)信號(hào)采用并行碼相位搜索算法進(jìn)行處理，得到偽碼相位和多普勒頻移粗捕結(jié)果；

(2)根據(jù)偽碼相位和多普勒頻移粗捕結(jié)果，采用分段相關(guān)和傅里葉變換的方法實(shí)現(xiàn)載波多普勒細(xì)捕。

可選地，步驟(1)具體包括以下子步驟：

(11)對(duì)直接序列擴(kuò)頻離散復(fù)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)零處理，獲得補(bǔ)零信號(hào)；

(12)對(duì)補(bǔ)零信號(hào)和本地偽碼信號(hào)分別進(jìn)行傅里葉變換；

(13)對(duì)補(bǔ)零信號(hào)的傅里葉變換結(jié)果進(jìn)行循環(huán)移位處理，得到補(bǔ)零信號(hào)的頻移處理結(jié)果；

(14)對(duì)本地偽碼信號(hào)的傅里葉變換結(jié)果和頻移處理結(jié)果進(jìn)行共軛相乘，并對(duì)相乘結(jié)果進(jìn)行反傅里葉變換處理，得到信號(hào)相關(guān)值；

(15)對(duì)信號(hào)相關(guān)值依次進(jìn)行取模、非相干累積、最大值選取和粗捕門限判決處理，獲得偽碼相位以及多普勒頻移粗捕結(jié)果。

可選地，步驟(2)具體包括以下子步驟：

(21)根據(jù)多普勒頻移粗捕結(jié)果，對(duì)直接序列擴(kuò)頻離散復(fù)信號(hào)進(jìn)行頻移處理，得到頻移信號(hào)；

(22)根據(jù)偽碼相位捕獲結(jié)果調(diào)整本地偽碼信號(hào)的相位，使本地偽碼信號(hào)與直接序列擴(kuò)頻離散復(fù)信號(hào)對(duì)齊；

(23)將頻移信號(hào)與對(duì)齊后的本地偽碼信號(hào)進(jìn)行分段相關(guān)處理，得到分段相關(guān)值；

(24)對(duì)分段相關(guān)值進(jìn)行補(bǔ)零處理，得到補(bǔ)零分段相關(guān)值；

(25)對(duì)補(bǔ)零分段相關(guān)值進(jìn)行傅里葉變換，并對(duì)傅里葉變換結(jié)果進(jìn)行取模處理，得到傅里葉變換的模值；

(26)選取模值中的最大值，并對(duì)該最大值進(jìn)行細(xì)捕門限判決，根據(jù)通過(guò)細(xì)捕門限判決的最大值確定該最大值所對(duì)應(yīng)的多普勒細(xì)捕頻率。

由此可見(jiàn)，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明將直擴(kuò)信號(hào)的捕獲分為“粗捕”和“細(xì)捕”兩個(gè)階段，其中，第一階段基于并行碼相位搜索算法實(shí)現(xiàn)對(duì)偽碼相位的捕獲以及多普勒頻移粗捕結(jié)果；第二階段基于分段相關(guān)和傅立葉變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)載波頻率的多普勒細(xì)捕。這種兩階段捕獲方法能夠在更低的信噪比容限和高動(dòng)態(tài)搜索范圍的前提下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的快速捕獲和參數(shù)估計(jì)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)是一種重要改進(jìn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是直接序列擴(kuò)頻信號(hào)快捕技術(shù)實(shí)現(xiàn)典型框圖。

圖中：1-時(shí)域并行與多普勒粗捕模塊，2-多普勒細(xì)捕模塊，101-補(bǔ)零單元，102-偽碼生成器，103-fft單元，104-復(fù)共軛變換，105-循環(huán)移位單元，106-ifft單元，107-取模處理單元，108-非相干累加單元，109-最大值選取單元，110-粗捕門限判決單元，111-乘法器，201-多普勒頻移單元，202-延遲單元，203-細(xì)捕門限判決單元。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。

圖1所示是直接序列擴(kuò)頻信號(hào)快捕技術(shù)實(shí)現(xiàn)典型框圖，其包括時(shí)域并行與多普勒粗捕模塊1以及多普勒細(xì)捕模塊2。其中，時(shí)域并行與多普勒粗捕模塊1利用并行碼相位搜索算法完成碼相位和多普勒頻移粗捕(即第一階段捕獲處理)。時(shí)域并行與多普勒粗捕模塊1包括補(bǔ)零單元101、偽碼生成器102、fft單元103、復(fù)共軛變換104、循環(huán)移位單元105、ifft單元106、取模處理單元107、非相干累加單元108、最大值選取單元109、粗捕門限判決單元110和乘法器111。在時(shí)域并行與多普勒粗捕模塊1處理結(jié)果的基礎(chǔ)上，多普勒細(xì)捕模塊2能給出更高的多普勒頻移估計(jì)精度(即第二階段捕獲處理)。多普勒細(xì)捕模塊2包括多普勒頻移單元201、延遲單元202和細(xì)捕門限判決單元203?；诜侄蜗嚓P(guān)器和fft(fastfouriertransformation，快速傅立葉變換)技術(shù)，多普勒細(xì)捕模塊2完成對(duì)載波多普勒頻移的高精度估計(jì)。

下面結(jié)合圖1提供一些具體的實(shí)施例：

一種直接序列擴(kuò)頻信號(hào)快速捕獲方法，其包括以下步驟：

(1)結(jié)合本地偽碼信號(hào)slc(n)，對(duì)外部輸入的直接序列擴(kuò)頻離散復(fù)信號(hào)s(n)采用并行碼相位搜索算法進(jìn)行處理，得到偽碼相位δτ和多普勒頻移粗捕結(jié)果

其中，本地偽碼信號(hào)slc(n)由偽碼生成器102以固定速率fc生成，直接序列擴(kuò)頻離散復(fù)信號(hào)s(n)的采樣頻率為fds，s(n)的序列長(zhǎng)度為npcs/2，npcs是粗捕階段的fft點(diǎn)數(shù)；

(2)根據(jù)偽碼相位δτ和多普勒頻移粗捕結(jié)果采用分段相關(guān)和傅里葉變換的方法實(shí)現(xiàn)載波多普勒細(xì)捕。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，傅立葉變換有多種具體的實(shí)現(xiàn)方式，目前廣泛使用的是快速傅立葉變換，本實(shí)施例中所謂的傅立葉變換均是采用快速傅立葉變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

本實(shí)施例將直擴(kuò)信號(hào)的捕獲分為“粗捕”和“細(xì)捕”兩個(gè)階段，其中，

第一階段基于并行碼相位搜索算法實(shí)現(xiàn)對(duì)偽碼相位的捕獲以及多普勒頻移粗捕結(jié)果；第二階段基于分段相關(guān)和傅立葉變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)載波頻率的多普勒細(xì)捕。這種兩階段捕獲方法能夠在更低的信噪比容限和高動(dòng)態(tài)搜索范圍的前提下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的快速捕獲和參數(shù)估計(jì)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)是一種重要改進(jìn)。

作為一個(gè)新的實(shí)施例，上述實(shí)施例中的步驟(1)具體可以包括以下子步驟：

(11)利用補(bǔ)零處理單元101對(duì)直接序列擴(kuò)頻離散復(fù)信號(hào)s(n)進(jìn)行補(bǔ)零處理，獲得補(bǔ)零信號(hào)

szero-pad(n)＝[s(0),s(1),...s(npcs/2-1),0,...,0](1)

其中，補(bǔ)零的數(shù)目為npcs/2個(gè)；

(12)對(duì)補(bǔ)零信號(hào)szero-pad(n)和本地偽碼信號(hào)slc(n)分別進(jìn)行npcs點(diǎn)fft變換，得到

(13)對(duì)補(bǔ)零信號(hào)的傅里葉變換結(jié)果szero-pad(k)進(jìn)行循環(huán)移位處理，得到補(bǔ)零信號(hào)的頻移處理結(jié)果可表示為

其中，cir(szero-pad(k),l)表示對(duì)進(jìn)行l(wèi)點(diǎn)的循環(huán)移位，若l＞0代表循環(huán)右移l點(diǎn)，若l＜0代表循環(huán)左移l點(diǎn)，l是多普勒粗捕的次數(shù)；

(14)對(duì)本地偽碼信號(hào)的傅里葉變換結(jié)果slc(k)和頻移處理結(jié)果進(jìn)行共軛相乘，并對(duì)相乘結(jié)果進(jìn)行ifft(inversefastfouriertransform，反傅里葉變換)處理，得到信號(hào)相關(guān)值cl(n)；此處所謂“共軛相乘”是指，將補(bǔ)零信號(hào)的頻移處理結(jié)果與本地偽碼傅里葉變換slc(k)的復(fù)共軛進(jìn)行相乘，或者是將補(bǔ)零信號(hào)的頻移處理結(jié)果的復(fù)共軛與本地偽碼的傅里葉變換進(jìn)行相乘；假設(shè)采用前者相乘方式，則cl(n)可表示為

其中，(slc(k))^*代表slc(k)的復(fù)共軛；

(15)將cl(n)依次通過(guò)取模處理單元107、非相干累積單元108、最大值選取單元109和粗捕門限判決單元110，若判決成功，便可獲得偽碼相位捕獲結(jié)果δτ以及多普勒粗捕結(jié)果

本實(shí)施例通過(guò)fft/ifft技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)域并行搜索，減小了偽碼相位搜索時(shí)間；此外，對(duì)頻譜進(jìn)行循環(huán)移位實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，再進(jìn)行一次共軛相乘與一次ifft操作，便可實(shí)現(xiàn)下一個(gè)多普勒頻移搜索，有效降低了多普勒搜索的運(yùn)算量，減少了處理時(shí)間。

作為一個(gè)新的實(shí)施例，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(2)具體可以包括以下子步驟：

(21)根據(jù)多普勒頻移粗捕結(jié)果使用多普勒頻移單元201對(duì)直接序列擴(kuò)頻離散復(fù)信號(hào)s(n)進(jìn)行頻移處理，得到的頻移信號(hào)為

(22)根據(jù)偽碼相位捕獲結(jié)果δτ調(diào)整本地偽碼信號(hào)的相位，使本地偽碼信號(hào)與直接序列擴(kuò)頻離散復(fù)信號(hào)對(duì)齊，對(duì)齊后的本地偽碼信號(hào)為

(23)將頻移信號(hào)與對(duì)齊后的本地偽碼信號(hào)進(jìn)行分段相關(guān)處理，得到分段相關(guān)值；顯而易見(jiàn)，該分段相關(guān)值是一個(gè)數(shù)組；

令相干積分長(zhǎng)度為np，分段個(gè)數(shù)為nq，則與進(jìn)行分段相關(guān)的結(jié)果可記為r(n)，n＝0,2,...,nq-1；

(24)對(duì)分段相關(guān)值r(n)進(jìn)行補(bǔ)零處理，得到補(bǔ)零分段相關(guān)值rzero-pad(n)；rzero-pad(n)可表示為

rzero-pad(n)＝[r(0),r(1),...r(nq),0,...,0](6)

其中，rzero-pad(n)中的補(bǔ)零個(gè)數(shù)為npfs-nq，npfs是細(xì)捕階段的傅里葉變換點(diǎn)數(shù)；

(25)對(duì)補(bǔ)零分段相關(guān)值rzero-pad(n)進(jìn)行傅里葉變換，并對(duì)傅里葉變換結(jié)果進(jìn)行取模處理，得到傅里葉變換的模值|rzero-pad(k)|；|rzero-pad(k)|可表示為

|rzero-pad(k)|＝|fft(rzero-pad(n))|,k＝0,1,2,...,npfs-1(7)

其中，|rzero-pad(k)|代表對(duì)rzero-pad(k)進(jìn)行取模操作；

(26)選取傅里葉變換模值|rzero-pad(k)|中的最大值rmax，

并將該最大值與判決門限進(jìn)行對(duì)比，如果最大值超過(guò)門限，則信號(hào)快捕成功；反之，信號(hào)快捕失??；快捕成功時(shí)，根據(jù)最大值位置即可確定對(duì)應(yīng)的多普勒細(xì)捕頻率

該實(shí)施例通過(guò)分段相關(guān)、補(bǔ)零以及fft變換等技術(shù)，極大地提高了多普勒細(xì)捕的分辨率。

下面分析一下多普勒粗捕模塊1、多普勒細(xì)捕模塊2的偽碼和多普勒估計(jì)精度。對(duì)于多普勒粗捕模塊1，偽碼估計(jì)誤差δτ和多普勒估計(jì)誤差的精度為

其中，fc是偽碼速率(即本地偽碼的生成速率)。對(duì)于多普勒細(xì)捕模塊2，多普勒細(xì)捕估計(jì)誤差的精度為

直擴(kuò)信號(hào)快捕處理的多普勒搜索搜索范圍由fds、npcs和l共同決定，即

假設(shè)fds＝2fc＝20.46mhz、npcs＝4096、np＝512、npfs＝512、l＝41，則|δτ|≤0.25碼片、

顯然，只要選擇合理的工作參數(shù)，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)、低信噪比環(huán)境下的直擴(kuò)信號(hào)快速捕獲和參數(shù)估計(jì)。

所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：以上任何實(shí)施例的討論僅為示例性的，并非旨在暗示本公開(kāi)的范圍(包括權(quán)利要求)被限于這些例子；在本發(fā)明的思路下，以上實(shí)施例或者不同實(shí)施例中的技術(shù)特征之間也可以進(jìn)行組合，步驟可以以任意順序?qū)崿F(xiàn)，并存在如上所述的本發(fā)明的不同方面的許多其它變化，為了簡(jiǎn)明它們沒(méi)有在細(xì)節(jié)中提供。

本發(fā)明的實(shí)施例旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求的寬泛范圍之內(nèi)的所有這樣的替換、修改和變型。因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何省略、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)。