CN107888230B - 应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法 - Google Patents
应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供多相相干积分捕获方法,包括:对输入信号进行混频处理,形成正交的第一I路信号和第一Q路信号并进行重采样,获得第二I路信号和第二Q路信号并进行FET相干积分;获取本地码发生器对应的本地码I路信号和Q路信号的共轭信号;将所述共轭信号与所述第二I路信号和第二Q路信号的FET相干积分的结果进行IFET相干积分处理,获得第三I路信号和第三Q路信号;进行开方运算,输出信号依照相位分配到三条支路;对每条支路进行非相干积累并对结果进行路径选择和峰值检测,获得最优判决结果。本发明基于非相干累积的三路结果,可以采用自适应的判决方法,有效克服了判决门限对不同强弱信号的影响,提高了捕获性能。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域,尤其涉及对载波频率和伪码相位进行二维搜索的对载波频率和伪码相位进行二维搜索的过程,可分为线性捕获算法和并行捕获方法。
背景技术
直接扩频技术是一种直接用伪随机码与数据符号对载波进行调制的通信方式,基于伪随机码自身的特性,调制后能让数据符号隐藏在噪声中,且具有较好的低检测概率和抗截获性能,抗多径能力强,在卫星测控、导航、移动通信领域得到了广泛应用。
直接扩频技术的性质决定了该体制必须解调出淹没在噪声中的信号,而捕获灵敏度是限制整个***提高性能的最大技术瓶颈之一,同时这也是直接扩频体制深入研究的方向之一。
应用于直扩的捕获算法是一个对载波频率和伪码相位进行二维搜索的过程,可分为线性捕获算法和并行捕获算法。线性捕获算法利用少数几个数字相关器在时域内对多普勒频移和码相位进行二维搜索,捕获时间长,但是算法复杂度较低。并行捕获算法有频域并行FFT捕获算法和伪码相位并行FFT算法,频域并行FFT捕获算法利用FFT并行搜索频域空间,伪码相位并行FFT算法利用时域卷积等于频域相乘的原理计算伪码相关值,实现码相位的并行搜索,其算法复杂度较高,搜索速度较快。
现有技术中,弱信号环境时通常采用相干积分与非相干累积相结合的方法来提高信号灵敏度,如半比特积分、全比特积分等方法,但非相干累积存在非相关损耗,其大小与信噪比有关,信噪比越低,非相关损耗越大。因此,必须尽可能提高相干积分时间,以减小非相干累积次数,这在数据速率比较高的情况下,一个数据符号内不能完整包含多个码周期时尤其困难。
因此需要提供一种应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法,能够具有较高的捕获灵敏度。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法,能够具有较高的捕获灵敏度。
为了解决上述问题,本发明提供一种应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法,包括:
对输入的数字中频信号和来自载波发生器的信号进行混频处理,形成正交的第一I路信号和第一Q路信号;
对所述第一I路信号和第一Q路信号进行重采样,获得第二I路信号和第二Q路信号,所述第二I路信号和第二Q路信号的速率以一个相干积分时间为间隔点,以1ms为循环点,在一个间隔内重采2048个点,一个循环点内相干积分3次;
对所述第二I路信号和第二Q路信号以2个数据比特长度为循环进行FET相干积分,第二I路信号作为FET相干积分的实部输入和第二Q路信号作为FET相干积分的虚部输入;
获取本地码发生器对应的本地码I路信号和Q路信号的共轭信号;
将所述共轭信号与所述第二I路信号和第二Q路信号的FET相干积分的结果进行IFET相干积分处理,获得第三I路信号和第三Q路信号;
对多相相干积分的输出信号进行开方运算,输出信号依照相位分配到三条支路,每条支路分配一个积分时间的数据,每条支路比前一支路延迟一个码周期;
对每条支路进行非相干积累;
对非相干积累的结果进行路径选择和峰值检测,获得最优判决结果。
可选地,所述峰值检测为:选取三条支路的非相干积累后的输出值中最大峰值的支路作为主支路,认为该支路未受到数据翻转的影响,其他两条支路的峰值结果作为自适应判决门限的调整量。
可选地,还包括:将其他两条支路的峰值结果经过逻辑控制进入载波发生器。
可选地,还包括:获取本地码发生器对应的本地码I路信号和Q路信号的共轭信号包括:对本地码发生器产生的伪随机码进行采样处理和相干积分处理,所述采样处理的频率为一个码周期内进行2048个点的采样,所述采样处理后的结果进行FET相干积分处理,所述FET相干积分处理的实部输入为所述采样处理后的结果,所述FET相干积分处理的虚部输入为0;
对所述FET相干积分后的数据进行共轭处理。
可选地,若所述最优判决结果为判决通过则宣布捕获成功,送入扩频跟踪模块;判决不通过,调整逻辑控制模块发送的多普勒频偏值进行重新捕获。
可选地,将所述共轭信号与所述第二I路信号和第二Q路信号的FET相干积分的结果进行IFET相干积分处理之前还包括:将所述共轭信号与所述第二I路信号和第二Q路信号的FET相干积分的结果进行复数相乘,对复数相乘的结果进行IFET相干处理。
可选地,所述重采样利用三角形抽取算法进行。
可选地,所述多相相干积分捕获方法应于码速率为3.069MHz、码周期为1023、数据速率为2kHz的信号进行处理。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
针对一种码速率为3.069MHz,码周期为1023,数据速率为2kHz的直扩体制提出一种多相相干积分捕获算法。考虑到一个数据符号长1/2ms,而一次相干积分时间为1/3ms,一般情况下,会导致非相干累加损耗及其严重,但是在用多相相干积分算法处理后,总能保证至少一条非相干累积支路信号完整。同时,基于非相干累积的三路结果,可以采用自适应的判决方法,有效克服了判决门限对不同强弱信号的影响,提高了捕获性能。该算法利用码周期长度与数据速率的对应关系消除数据翻转对相干积分与非相干累积的影响,有效的提高了相干积分时间,进而提高信号的接收灵敏度。
附图说明
图1是积分时间(码周期)与数据速率对应关系示意图。
图2是本发明一个实施例的应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法流程示意图。
图3是对应于图2的多相相干积分补捕获方法的实现结构原理示意图。
具体实施方式
请参考图1,图1为积分时间(码周期)与数据速率对应关系示意图。码速率为3.069MHz、码周期为1023、数据速率为2kHz。从而可计算出1个数据比特长度与1.5个码周期长度相等,如图2所示,即在2个数据符号内一定含有三个码周期。同时可看出数据符号起点在码周期的任何位置,都能保证至少一个码周期完整地落入某一个数据比特内,即此码周期内没有数据跳变,而且这种现象以两个数据比特为单位呈周期性重复。
因此,本发明提供一种应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法,请参考图2,图2是本发明一个实施例的应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法流程示意图,所述方法包括:
步骤S1,对输入的数字中频信号和来自载波发生器的信号进行混频处理,形成正交的第一I路信号和第一Q路信号;
步骤S2,对所述第一I路信号和第一Q路信号进行重采样,获得第二I路信号和第二Q路信号,所述第二I路信号和第二Q路信号的速率以一个相干积分时间为间隔点,以1ms为循环点,在一个间隔内重采2048个点,一个循环点内相干积分3次;
步骤S3,对所述第二I路信号和第二Q路信号以2个数据比特长度为循环进行FET相干积分,第二I路信号作为FET相干积分的实部输入和第二Q路信号作为FET相干积分的虚部输入;
步骤S4,获取本地码发生器对应的本地码I路信号和Q路信号的共轭信号;
步骤S5,将所述共轭信号与所述第二I路信号和第二Q路信号的FET相干积分的结果进行IFET相干积分处理,获得第三I路信号和第三Q路信号;
步骤S6,对多相相干积分的输出信号进行开方运算,输出信号依照相位分配到三条支路,每条支路分配一个积分时间的数据,每条支路比前一支路延迟一个码周期;
步骤S7,对每条支路进行非相干积累;
步骤S8,对非相干积累的结果进行路径选择和峰值检测,获得最优判决结果。
请参考图2并结合图3,图3是对应于图2的多相相干积分补捕获方法的实现结构原理示意图。
本发明的所述多相相干积分捕获方法应于码速率为3.069MHz、码周期为1023、数据速率为2kHz的信号进行处理。输入的数字中频信号和来自载波发生器的信号经过混频处理后获得正交的第一I路信号和第一Q路信号。由于第一I路信号和第一Q路信号的采样速率太高,不适合进行FET相干积分,因此需要对所述第一I路信号和第一Q路信号进行重采样,获得第二I路信号和第二Q路信号,所述第二I路信号和第二Q路信号的速率以一个相干积分时间为间隔点,以1ms为循环点,在一个间隔内重采2048个点,一个循环点内相干积分3次。所述重采样利用三角形抽取算法进行。
对所述第二I路信号和第二Q路信号以2个数据比特长度为循环进行FET相干积分,第二I路信号作为FET相干积分的实部输入和第二Q路信号作为FET相干积分的虚部输入;
获取本地码发生器对应的本地码I路信号和Q路信号的共轭信号,包括:对本地码发生器产生的伪随机码进行采样处理和相干积分处理,所述采样处理的频率为一个码周期内进行2048个点的采样,所述采样处理后的结果进行FET相干积分处理,所述FET相干积分处理的实部输入为所述采样处理后的结果,所述FET相干积分处理的虚部输入为0。
将所述共轭信号与所述第二I路信号和第二Q路信号的FET相干积分的结果进行复数相乘,对复数相乘的结果进行IFET相干处理,获得第三I路信号和第三Q路信号,对所述FET相干积分后的数据进行共轭处理。
对每条支路进行非相干积累,并对非相干积累的结果进行路径选择和峰值检测,获得最优判决结果。若所述最优判决结果为判决通过则宣布捕获成功,送入扩频跟踪模块;判决不通过,调整逻辑控制模块发送的多普勒频偏值进行重新捕获。所述峰值检测为:选取三条支路的非相干积累后的输出值中最大峰值的支路作为主支路,认为该支路未受到数据翻转的影响,其他两条支路的峰值结果作为自适应判决门限的调整量。将其他两条支路的峰值结果经过逻辑控制进入载波发生器。
综上,针对一种码速率为3.069MHz,码周期为1023,数据速率为2kHz的直扩体制提出一种多相相干积分捕获算法。考虑到一个数据符号长1/2ms,而一次相干积分时间为1/3ms,一般情况下,会导致非相干累加损耗及其严重,但是在用多相相干积分算法处理后,总能保证至少一条非相干累积支路信号完整。同时,基于非相干累积的三路结果,可以采用自适应的判决方法,有效克服了判决门限对不同强弱信号的影响,提高了捕获性能。该算法利用码周期长度与数据速率的对应关系消除数据翻转对相干积分与非相干累积的影响,有效的提高了相干积分时间,进而提高信号的接收灵敏度。
因此,上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法,其特征在于,所述多相相干积分捕获方法应于码速率为3.069MHz、码周期为1023、数据速率为2kHz的信号进行处理,包括:
对输入的数字中频信号和来自载波发生器的信号进行混频处理,形成正交的第一I路信号和第一Q路信号;
对所述第一I路信号和第一Q路信号进行重采样,获得第二I路信号和第二Q路信号,所述第二I路信号和第二Q路信号的速率以一个相干积分时间为间隔点,以1ms为循环点,在一个间隔内重采2048个点,一个循环点内相干积分3次;
对所述第二I路信号和第二Q路信号以2个数据比特长度为循环进行FFT相干积分,第二I路信号作为FFT相干积分的实部输入和第二Q路信号作为FFT相干积分的虚部输入;
获取本地码发生器对应的本地码I路信号和Q路信号的共轭信号;
将所述共轭信号与所述第二I路信号和第二Q路信号的FFT相干积分的结果进行IFFT相干积分处理,获得第三I路信号和第三Q路信号;
对多相相干积分的输出信号进行开方运算,输出信号依照相位分配到三条支路,每条支路分配一个积分时间的数据,每条支路比前一支路延迟一个码周期;
对每条支路进行非相干积累;
对非相干积累的结果进行路径选择和峰值检测,获得最优判决结果。
2.如权利要求1所述的应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法,其特征在于,所述峰值检测为:选取三条支路的非相干积累后的输出值中最大峰值的支路作为主支路,认为该支路未受到数据翻转的影响,其他两条支路的峰值结果作为自适应判决门限的调整量。
3.如权利要求2所述的应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法,其特征在于,还包括:将其他两条支路的峰值结果经过逻辑控制进入载波发生器。
4.如权利要求1所述的应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法,其特征在于,还包括:获取本地码发生器对应的本地码I路信号和Q路信号的共轭信号包括:对本地码发生器产生的伪随机码进行采样处理和相干积分处理,所述采样处理的频率为一个码周期内进行2048个点的采样,所述采样处理后的结果进行FFT相干积分处理,所述FFT相干积分处理的实部输入为所述采样处理后的结果,所述FFT相干积分处理的虚部输入为0;
对所述FFT相干积分后的数据进行共轭处理。
5.如权利要求1所述的应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法,其特征在于,若所述最优判决结果为判决通过则宣布捕获成功,送入扩频跟踪模块;判决不通过,调整逻辑控制模块发送的多普勒频偏值进行重新捕获。
6.如权利要求5所述的应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法,其特征在于,将所述共轭信号与所述第二I路信号和第二Q路信号的FFT相干积分的结果进行IFFT相干积分处理之前还包括:将所述共轭信号与所述第二I路信号和第二Q路信号的FFT相干积分的结果进行复数相乘,对复数相乘的结果进行IFFT相干处理。
7.如权利要求1所述的应用于弱信号环境的多相相干积分捕获方法,其特征在于,所述重采样利用三角形抽取算法进行。
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