一種抗電文翻轉的直擴信號載波偽碼二維捕獲方法
2023-12-08 22:30:51
專利名稱：一種抗電文翻轉的直擴信號載波偽碼二維捕獲方法
技術領域：
本發明涉及一種抗電文翻轉的直擴信號載波偽碼二維捕獲方法，屬於通信技術領域。
背景技術：
在實際擴頻通信系統工程中，直擴方式是目前使用的最多、也是最典型的一種，典型的例子有美國的GPS、俄羅斯的GL0NASS、歐洲的Galileo以及中國的Compass。信號的快速捕獲技術是接收機基帶信號處理的關鍵技術之一。衛星上測控接收機產生本地偽碼序列，然後必須移動這個本地碼的相位，直到與接收擴頻信號的偽碼發生相關為止。同時，接收機也必須在載波頻率域檢測地面發射信號(上行信號)的載波頻率，方 法是產生本地複製載波頻率加都卜勒，利用相關性檢測本地複製的載波與上行載波的相似性，實現載波同步。因此，接收機對信號的捕獲過程是一個二維的(偽碼和載頻、或稱為時間和頻率)信號複製過程。空間測控通信系統中，空間測控接收機接收解調地面發送的上行帶遙控信息的直擴信號。S頻段上行遙控信息為低速率調製應用，一般要求為2kbpiTl6kbpS。同時，接收機要完成載波都卜勒和偽碼相位的二維快速捕獲。針對空間測控接收機在對上行直擴信號進行二維快速捕獲過程中，調製數據翻轉影響的問題。調製數據符號的跳變會對都卜勒估計和偽碼相位估計產生影響即信號的頻譜洩露、頻點產生偏移導致在利用都卜勒濾波器組分析信號頻譜時檢測不到正確的都卜勒頻率。
發明內容
本發明的目的是提供一種抗電文翻轉的直擴信號載波偽碼二維捕獲方法，該方法在對直擴信號的捕獲過程中，能夠抗電文的翻轉。實現本發明的技術方案如下步驟一、對所需捕獲的中頻直擴信號進行數字正交下變頻處理，得到正弦、餘弦兩路信號，然後將得到的正弦、餘弦兩路信號分別與所述中頻直擴信號相乘，得到同相、正交兩路基帶信號；步驟二、對同相、正交兩路基帶信號分別進行I次，2次，3次，……，(N-I)次延時處理，得到2N路並行的基帶信號；其中每次延時的樣點數K = (fs/fc) X (L/N)，4代表採樣率，fc表示偽碼速率，L表示偽碼周期；步驟三、令偽碼數控振蕩器產生3. 069MHz的偽碼時鐘，偽碼發生器在偽碼時鐘的驅動下生成複製碼，所生成的複製碼的速率為3. 069Mcps ；步驟四、利用2N個並行相關器對2N路基帶信號與複製碼分別進行相關累積運算，其中設置每次累積運算的周期為2ms，即在2ms的時間範圍內，將信號上的樣點數分成512份，對每一份上的樣點數進行累積，進而得到2N路累積運算結果；對具有同一延時的同相、正交基帶信號的累積運算結果進行合併成一路，得到N路經合併後的累加結果；步驟五、對N路合併後的累加結果分別採用公式(I)和(2)進行倍角處理，得到N路信號組，其中每一信號組包括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)為同相基帶信號的累加結果，rQ(η)為正交基帶信號的累加結果，X為乘法運算，η為取遍I至512中的所有整數；步驟六、針對N路信號組中的每一路，對I (η)後端補零至1024個累加結果，對Q (η)後端補零至1024個累加結果；然後將I (η)作為傅立葉FFT變換的實部，將Q (η)作為 FFT變換的虛部，分別對N路信號進行快速傅立葉變換，得到FFT變換後的實部、虛部及指數部分，然後計算出FFT變換後的實部和虛部的平方和，共得到1024ΧΝ個平方和；步驟七、通過比較1024ΧΝ個平方和，選擇其中的最大值與預設門限進行比較，當比較結果為超過預設門限時，則認為捕獲成功，獲取最大的平方和所對應的延遲量，利用該延遲量產生一個粗同步的複製碼用於精確偽碼跟蹤，且1024ΧΝ個平方和最大值對應的FFT位置代表了載波都卜勒捕獲結果；當獲取比較結果為小於門限時，則判定捕獲不成功，則下一個相干積分周期來到，控制偽碼發生器滑動O. 5個碼片生成複製碼，返回步驟三。有益效果本發明利用在頻域FFT捕獲算法中，在FFT之前採用倍角公式對同相、正交兩路信號進行處理，消除數據調製造成FFT進行都卜勒頻譜分析時檢測不到正確的都卜勒頻率的問題。
圖I為本發明捕獲方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。該發明的具體實施為一臺測控單元，採用FPGA和A/D轉換器等硬體實現。FPGA晶片選用美國Xi I inx公司產品XC2V3000，它的主頻最高可達300MHz，可編程邏輯可達300萬門。A/D變換晶片選用美國模擬公司產品AD10200，它的最高採樣頻率為105MHz，數據解析度為12位。輸入的模擬中頻信號經A/D晶片的帶通採樣後轉換為中頻直擴信號，在FPGA內完成信號的捕獲。在FPGA中包括數字正交下變頻模塊、並行相關器組、偽碼發生器、FFT變換模塊、模值計算模塊、捕獲處理模塊等。採用的方案基於頻域FFT並行-時域多路並行搜索捕獲算法，處理的流程如圖I所示，以下對發明實施進行闡述。本實施例中所述FPGA採用38MHz的工作時鐘，同時38MHz也作為A/D的轉換時鐘使用。模擬中頻信號經過模數轉換，輸出每秒38M的樣點值的中頻直擴信號，通過12位接口作為FPGA的輸入。如圖I所示，具體的捕獲過程如下步驟一、對所需捕獲的中頻直擴信號進行數字正交下變頻處理，得到正弦、餘弦兩路信號，然後將得到的正弦、餘弦兩路信號分別與所述中頻直擴信號相乘，得到同相、正交兩路基帶信號。步驟二、通過RAM資源以先入先出的方式延時輸入信號，採用經過(N-I)組RAM進行延遲處理，將同相、正交兩路基帶信號變成2N路並行信號；對於同相和正交基帶信號，第N路相對於第N-I路相當於在時間上相差了 L/N個碼片。這樣N路並行可以實現同時搜索N個間隔為L/N碼片的偽碼相位。具體的過程為對同相、正交兩路基帶信號分別進行I次，2次，3次，……，(N-I)次延時處理，其中每次延時的樣點數K = (fs/fc) X (L/N)，fs代表採樣率，f。表示偽碼速率，L表示偽碼周期，N表示並行的路數，進而得到2N路並行的基帶信號。本實施中較佳的令L等於1023，較佳的令N等於8，以下步驟皆令N等於8進行說明。由於對每一路信號都分別進行了 7種延時，加上沒有延時的一路共得到8路信號，因此考慮每一路又包括同相和正交，共得到16路信號，在所得到的2N路信號中，若只存在I次延時，則延時量為K，若存在2次延時，則延時量為2K，並因此類推，得到了 16路信號。 產生時間上依次相差L/N個碼相位的8路信號，然後與本地複製偽碼相關，本地複製碼滑動到某個相位時，相當於並行檢測了 N個相位。步驟三、令偽碼數控振蕩器產生3. 069MHz的偽碼時鐘，偽碼發生器在偽碼時鐘的驅動下生成複製碼，所生成的複製碼的速率為3. 069Mcps。步驟四、利用16個並行相關器對16路同相、正交基帶信號與複製碼分別進行相關累積運算，其中設置每次累積運算的周期為2ms，即在2ms的時間範圍內，將信號上的樣點數分成512份，對每一份樣點數進行累積，進而獲得16路積分運算結果。針對具有同一延時的同相、正交基帶數據，將同相、正交兩路基帶數據與複製碼的相關累積結果進行合併成一路，得到8路經合併後的累加結果。步驟五、對8路合併後的累加結果分別採用公式(I)和(2)進行倍角處理，消除數據調製的影響，得到N路信號組，其中每一信號組包括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)為同相基帶信號的累加結果，rQ(η)為正交基帶信號的累加結果，X為乘法運算，η為取遍I至512中的所有整數。將運算得到的、消除數據調製的影響的同相累加結果I (η)和正交累加結果Q(n)保存在FPGA的內部雙口 RAM中。由於每個2ms時間產生的結果為8路512個值，按桌球操作保存在FPGA的內部RAM中，因此需要16個存儲深度為512的塊RAM。步驟六、依次從FPGA內部的雙口 RAM中讀出數據，針對N路信號組中的每一路，對I(n)後端補零至1024個累加結果，對Q (η)後端補零至1024個累加結果；然後將I (η)作為傅立葉FFT變換的實部，將Q (η)作為FFT變換的虛部，8路信號分別完成快速傅立葉變換計算，FFT運算使用Xilinx公司的IP核實現，此IP核可輸出FFT運算得到的實部、虛部及指數部分，計算出FFT變換後的實部和虛部的平方和送至峰值檢測，其中計算出的平方和共有 1024X8=8192 個。步驟七、通過比較8192個平方和，選擇其中的最大值與預設門限進行比較，當比較結果為超過預設門限時，則認為捕獲成功，獲取最大的平方和所對應的延遲量，利用該延遲量產生一個粗同步的複製碼用於精確偽碼跟蹤，而且最大值對應的FFT位置代表了捕獲的都卜勒值；當比較結果為小於門限，則判定捕獲不成功，到下一個相干積分周期來到，碼NCO控制複製碼碼片滑動，進入下一組碼相位搜索單元。使用2ms的相干積分周期，用計數器循環計數，當達到Zms+ti時刻，偽碼發生器的寄存器賦為初相值，同時計數器的值清零。根據h可以計算出每次複製碼滑動的碼片數，每2ms進行一次滑動。已知積分周期為2ms，h選擇為I、個工作時鐘周期。使用2ms的相干積分周期，FFT的頻率解析度為l/2ms=500Hz，2ms樣點積分為512個累加值，對應的載波捕獲範圍為500HzX512/2=128kHz，即_64kHz +63kHz。採用1024點FFT,每一個FFT樣點值對應的捕獲的頻率解析度為128kHz/1024=125Hz。本發明可克服電文翻轉對載波都卜勒捕獲的影響，具有快速的載波捕獲速度和高可靠性。且與時域並行多路偽碼搜索方法結合可實現載波和偽碼二維快速捕獲。綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的 保護範圍之內。
權利要求
1.一種抗電文翻轉的直擴信號載波偽碼ニ維捕獲方法，其特徵在幹， 步驟一、對所需捕獲的、中頻直擴信號進行數字正交下變頻處理，得到正弦、餘弦兩路信號，然後將得到的正弦、餘弦兩路信號分別與所述中頻直擴信號相乘，得到同相、正交兩路基帶信號； 步驟ニ、對同相、正交兩路基帶信號分別進行I次，2次，3次，……，(N-I)次延時處理，得到2N路並行的基帶信號；其中每次延時的樣點數K = (fs/fc) X (L/N)，fs代表採樣率，fc表示偽碼速率，L表示偽碼周期； 步驟三、令偽碼數控振蕩器產生3. 069MHz的偽碼時鐘，偽碼發生器在偽碼時鐘的驅動下生成複製碼，所生成的複製碼的速率為3. 069Mcps ； 步驟四、利用2N個並行相關器對2N路基帶信號與複製碼分別進行相關累積運算，其中設置每次累積運算的周期為2ms，即在2ms的時間範圍內，將信號上的樣點數分成512份，對 每ー份上的樣點數進行累積，進而得到2N路累積運算結果；對具有同一延時的同相、正交基帶信號的累積運算結果進行合併成一路，得到N路經合併後的累加結果； 步驟五、對N路合併後的累加結果分別採用公式(I)和(2)進行倍角處理，得到N路信號組，其中每一信號組包括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)為同相基帶信號的累加結果，rQ(η)為正交基帶信號的累加結果，X為乘法運算，η為取遍I至512中的所有整數； 步驟六、針對N路信號組中的每一路，對I (η)後端補零至1024個累加結果，對Q (η)後端補零至1024個累加結果；然後將I (η)作為傅立葉FFT變換的實部，將Q (η)作為FFT變換的虛部，分別對N路信號進行快速傅立葉變換，得到FFT變換後的實部、虛部及指數部分，然後計算出FFT變換後的實部和虛部的平方和，共得到1024ΧΝ個平方和； 步驟七、通過比較1024ΧΝ個平方和，選擇其中的最大值與預設門限進行比較，當比較結果為超過預設門限時，則認為捕獲成功，獲取最大的平方和所對應的延遲量，利用該延遲量產生ー個粗同步的複製碼用於精確偽碼跟蹤；當獲取比較結果為小於門限時，則判定捕獲不成功，則下ー個相干積分周期來到，控制偽碼發生器滑動O. 5個碼片生成複製碼，返回步驟三。
全文摘要
本發明提供一種抗電文翻轉的直擴信號載波偽碼二維捕獲方法，該方法在對直擴信號的捕獲過程中，能夠抗電文的翻轉。具體步驟為獲取同相、正交兩路基帶信號；對同相、正交兩路基帶信號分別進行1次，2次，3次，……，(N-1)次延時處理，得到2N路並行的基帶信號；偽碼發生器在偽碼時鐘的驅動下生成複製碼，利用2N個並行相關器對2N路基帶信號與複製碼分別進行相關累積運算，然後對累積運算結果進行倍角處理和FFT變換後，求取FFT變換後的平方和，選擇平方和中的最大值與預設門限進行比較，來進行捕獲。
文檔編號G01S19/30GK102841359SQ20121033951
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者丁國棟, 楊志群, 孫俊傑, 鄭世剛 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一三研究所