CN109474307A - 非相参扩频信号快速捕获方法 - Google Patents

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马松
袁田
刘田
余湋
李婷
张毅
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Abstract

本发明公开的一种非相参扩频信号快速捕获方法，以实现对扩频码相位及多普勒的快速精确捕获。本发明通过下述技术方案予以实现：在扩频接收***中，伪码产生器产生本地扩频码序列，送入并行处理单元进行多路并行处理，根据主控单元送来的分槽控制信息进行频率分槽，对载波多普勒进行补偿，再先后进行匹配滤波、相干积分、补零FFT和非相干积分，接着对多个支路信号进行多维度峰值搜索，得到相位捕获结果及载波频率粗估计结果，并将获得的相位捕获结果及载波频率粗估计结果送入主控单元，主控单元将选择控制信息送入支路选择单元，选择接收信号与本地扩频码序列相位对齐的一路信号，输出到精测频单元，估计出接收信号的载波频率。

Description

非相参扩频信号快速捕获方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信领域的捕获技术，尤其涉及一种扩频接收机中，对非相参的扩频信号的伪码相位及载波频率进行捕获的方法。
背景技术
扩频通信体制具有许多其他通信体制无法比拟的优势，但获得这些优势是有前提的，那就是必须在收端能够实现正常的解扩及解调。解扩有相关解扩和非相关解扩两种方式，通信***中通常都采用相关解扩。要实现相关解扩和解调首先必须实现对接收信号扩频码相位及码多普勒的精确估计。码多普勒频移r由两个部分组成：一部分是发射端与接收端之间的相对运动引起的码多普勒频移r1，另一部分是由于发射端扩频码时钟采用晶振准确度引入的码多普勒频移r2，在一定范围内随机变化。相对应的，载波多普勒频移f也由两个部分组成，一部分是由于发射端与接收端之间的相对运动引起的载波多普勒频移f1，另一部分是由于发射端上变频采用晶振准确度引入的载波多普勒频移f2，在一定范围内随机变化。r1与f1满足以下关系：
其中，R为扩频码速率，F为载波射频频率，即r1与f1为相参关系。由于r2与f2都是在一定范围内随机变化，且不相关，可知，码多普勒频移r与载波多普勒频移f不满足相参关系。
传统的扩频信号捕获方法仅考虑码多普勒与载波多普勒相参的情况，应用于码多普勒与载波多普勒非相参的扩频***中时，非相参会导致接收信号与本地扩频码之间产生码片漂移，难以获得积分增益，造成漏捕或者错捕。
发明内容
本发明的目的是针对传统的扩频信号捕获方法存在的不足之处，提供一种针对码多普勒与载波多普勒非相参的扩频***，能够实现对扩频码相位及多普勒快速精确捕获的非相参扩频信号快速捕获方法。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种非相参扩频信号快速捕获方法，具有如下技术特征：在扩频接收***中，以下变频器1、重采样单元2、数据存储单元3、并行处理单元14、伪码产生器10、支路选择单元11、精测频单元12及主控单元13构建非相参扩频信号捕获电路，首先，伪码产生器10产生本地扩频码序列，送入并行处理单元14，并行处理单元14从数据存储单元3中取出数据，进行多路并行处理，根据主控单元13送来的分槽控制信息进行频率分槽，对载波多普勒进行补偿，再先后进行匹配滤波、相干积分、补零快速傅氏变换FFT和非相干积分，接着对多个支路信号进行多维度峰值搜索，得到相位捕获结果及载波频率粗估计结果，并将获得的相位捕获结果及载波频率粗估计结果送入主控单元13，主控单元13根据所述相位捕获结果，产生相位控制信息和选择控制信息，将相位控制信息送入伪码产生器10，对伪码产生器10产生的本地扩频码序列的相位进行调整，再将选择控制信息送入支路选择单元11，支路选择单元11从多路并行的匹配滤波输出信号中选择接收信号与本地扩频码序列相位对齐的那一路信号，输出到精测频单元12，精测频单元12在载波频率粗估计结果的基础上对信号进行精测频，估计出接收信号的载波频率，并把获得的载波频率精确估计结果反馈给主控单元13，主控单元13输出捕获结果。
本发明相比于现有技术具有以下有益效果：
本发明采用主控单元在获得接收信号的相位信息后，反馈给支路选择单元，支路选择单元选择相位对齐的信号，即解扩后信号，送给精测频单元进行测频，可以在实现相位捕获的情况下，以极低的实现复杂度实现信号载波多普勒的精确捕获。
本发明在对匹配滤波模块之前增加频率分槽模块，在对接收信号进行相关之前先对频率多普勒进行预补偿，使信号相关的时间内，残余的码多普勒造成的码片漂移小于半个码片，减弱非相参对信号相关后的积分增益损失。
本发明采用相干积分和补零快速傅氏变换FFT两个模块代替传统方法的相干积分模块，利用快速傅氏变换FFT实现多路并行频率开槽下的相干积分，进一步对非相参的多普勒进行补偿，消除多普勒频移对相干积分的影响。
附图说明
图1是本发明非相参扩频信号快速捕获方法原理示意图。
图2是图1中的重采样单元的原理示意图。
图3是图1中的精测频单元的原理示意图。
图中：1下变频器、2重采样单元、3数据存储单元、4频率分槽模块、5匹配滤波模块、6相干积分模块、7补零快速傅氏变换FFT模块、8非相干积分模块、9最大值模块、10伪码产生器、11支路选择单元、12精测频单元、13主控单元、14并行处理单元。
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
具体实施方式
参阅图1。根据本发明，以下变频器1、重采样单元2、数据存储单元3、并行处理单元14、伪码产生器10、支路选择单元11、精测频单元12及主控单元13构建非相参扩频信号捕获电路，首先，伪码产生器10产生本地扩频码序列，送入并行处理单元14，并行处理单元14从数据存储单元3中取出数据，进行多路并行处理，根据主控单元13送来的分槽控制信息进行频率分槽，对载波多普勒进行补偿，再先后进行匹配滤波、相干积分、补零快速傅氏变换FFT和非相干积分，接着对多个支路信号进行多维度峰值搜索，得到相位捕获结果及载波频率粗估计结果，并将获得的相位捕获结果及载波频率粗估计结果送入主控单元13，主控单元13根据所述相位捕获结果，产生相位控制信息和选择控制信息，将相位控制信息送入伪码产生器10，对伪码产生器10产生的本地扩频码序列的相位进行调整，再将选择控制信息送入支路选择单元11，支路选择单元11从多路并行的匹配滤波输出信号中选择接收信号与本地扩频码序列相位对齐的那一路信号，输出到精测频单元12，精测频单元12在载波频率粗估计结果的基础上对信号进行精测频，估计出接收信号的载波频率，并把获得的载波频率精确估计结果反馈给主控单元13，主控单元13输出捕获结果。其中，并行处理单元14包括多路顺序串联的频率分槽模块4、匹配滤波模块5、相干积分模块6、补零快速傅氏变换FFT模块7、非相干积分模块8和最大值模块9。主控单元13首先将分槽控制信息送入各支路频率分槽模块4，频率分槽模块4根据主控单元13送来的分槽控制信息进行频率分槽，对载波多普勒进行补偿，然后将补偿后的信号送入匹配滤波模块5，各支路匹配滤波模块5将输入信号与伪码产生器10产生的本地扩频码做滑动相关，接着把滑动相关的结果先后送入各支路相干积分模块6、补零快速傅氏变换FFT模块7和非相干积分模块8，对信号进行能量累积后送入最大值模块9，对多支路非相干积分模块8输出的信号进行捕获峰值搜索，获取所有支路信号的多维度最大值，从而得到接收信号的相位捕获结果及载波频率粗估计结果，并送入主控单元13。
主控单元13根据相位捕获结果，产生相位控制信息和选择控制信息，将相位控制信息送入伪码产生器10，对伪码产生器10产生的本地扩频码序列的相位进行调整，将选择控制信息送入支路选择单元11，支路选择单元11从多路并行的匹配滤波输出信号中选择接收信号与本地扩频码序列相位对齐的那一路信号，输出到精测频单元12，精测频单元12在载波频率粗估计结果上对信号进行精测频，估计出接收信号的载波频率，并把获得的载波频率精确估计结果反馈给主控单元13，主控单元13输出捕获结果。
下变频器1将接收到的数字中频信号下变频处理后送入重采样单元2，重采样单元2按照扩频码率的整数倍对下变频后的信号进行重采样，将重采样后的数据送入数据存储单元3进行存储；并行处理单元14从数据存储单元3中取出数据，进行相位捕获；并行处理单元14首先对接收信号进行频率分槽，对频率多普勒进行预补偿，使信号相关的时间内，残余的码多普勒造成的码片漂移小于半个码片；然后对预补偿后的信号与本地扩频码序列进行匹配滤波；接着进行相干积分，对噪声进行平滑；再然后，采用补零快速傅氏变换FFT，对非相参的多普勒进行补偿，消除多普勒频移对相干积分的影响；接着，进行非相干积分，对信号能量进一步累积；最后对多个支路信号进行多维度最大值搜索，从而得到信号的相位捕获结果及载波频率粗估计结果。
参阅图2。在重采样中，重采样单元以下变频后的信号作为输入，首先利用累加器对输入进行累加，然后在使能信号有效时对累加结果进行采样得到输出信号，同时对累加器清零，接着循环这个过程，完成对输入信号的任意比降采样操作。重采样单元把下变频后的信号的采样速率降低为扩频码率R的N倍，根据***对捕获精度的要求以及硬件可用资源等因素，N一般取2或者4。
参阅图3。在精测频中，主控单元13根据相位捕获结果产生选择控制信息，支路选择单元从并行的多路匹配滤波模块输出信号中选择接收信号与本地扩频码序列相位对齐的那一路信号作为输出，送入精测频模块；精测频单元首先根据载波频率粗估计结果进行频率预补偿，然后根据频率捕获精度需求和可用硬件资源，选择合适的信号处理频率，进行重采样；接着，进行快速傅氏变换FFT运算，并进行功率计算；最后，进行峰值搜索，并进行频率计算，从而得到频率捕获结果。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种非相参扩频信号快速捕获方法，具有如下技术特征：在扩频接收***中，以下变频器(1)、重采样单元(2)、数据存储单元(3)、并行处理单元(14)、伪码产生器(10)、支路选择单元(11)、精测频单元(12)及主控单元(13)构建非相参扩频信号捕获电路，首先，伪码产生器(10)产生本地扩频码序列，送入并行处理单元(14)，并行处理单元(14)从数据存储单元(3)中取出数据，进行多路并行处理，根据主控单元(13)送来的分槽控制信息进行频率分槽，对载波多普勒进行补偿，再先后进行匹配滤波、相干积分、补零快速傅氏变换FFT和非相干积分，接着对多个支路信号进行多维度峰值搜索，得到相位捕获结果及载波频率粗估计结果，并将获得的相位捕获结果及载波频率粗估计结果送入主控单元(13)，主控单元(13)根据所述相位捕获结果，产生相位控制信息和选择控制信息，将相位控制信息送入伪码产生器(10)，对伪码产生器(10)产生的本地扩频码序列的相位进行调整，再将选择控制信息送入支路选择单元(11)，支路选择单元(11)从多路并行的匹配滤波输出信号中选择接收信号与本地扩频码序列相位对齐的那一路信号，输出到精测频单元(12)，精测频单元(12)在载波频率粗估计结果的基础上对信号进行精测频，估计出接收信号的载波频率，并把获得的载波频率精确估计结果反馈给主控单元(13)，主控单元(13)输出捕获结果。
2.如权利要求1所述的非相参扩频信号快速捕获方法，其特征在于：并行处理单元(14)包括多路顺序串联的频率分槽模块4、匹配滤波模块(5)、相干积分模块(6)、补零快速傅氏变换FFT模块(7)、非相干积分模块(8)和最大值模块(9)。
3.如权利要求1所述的非相参扩频信号快速捕获方法，其特征在于：主控单元(13)首先将分槽控制信息送入各支路频率分槽模块(4)，频率分槽模块4根据主控单元(13)送来的分槽控制信息进行频率分槽，对载波多普勒进行补偿，然后将补偿后的信号送入匹配滤波模块(5)。
4.如权利要求3所述的非相参扩频信号快速捕获方法，其特征在于：各支路匹配滤波模块(5)将输入信号与伪码产生器10产生的本地扩频码做滑动相关，接着把滑动相关的结果先后送入各支路相干积分模块(6)、补零快速傅氏变换FFT模块(7)和非相干积分模块(8)，对信号进行能量累积后送入最大值模块(9)，对多支路非相干积分模块(8)输出的信号进行捕获峰值搜索，获取所有支路信号的多维度最大值，从而得到接收信号的相位捕获结果及载波频率粗估计结果，并送入主控单元(13)。
5.如权利要求5所述的非相参扩频信号快速捕获方法，其特征在于：主控单元(13)根据相位捕获结果，产生相位控制信息和选择控制信息，将相位控制信息送入伪码产生器(10)，对伪码产生器(10)产生的本地扩频码序列的相位进行调整，将选择控制信息送入支路选择单元(11)，支路选择单元(11)从多路并行的匹配滤波输出信号中选择接收信号与本地扩频码序列相位对齐的那一路信号，输出到精测频单元(12)，精测频单元(12)在载波频率粗估计结果上对信号进行精测频，估计出接收信号的载波频率，并把获得的载波频率精确估计结果反馈给主控单元(13)，主控单元(13)输出捕获结果。
6.如权利要求1所述的非相参扩频信号快速捕获方法，其特征在于：并行处理单元(14)首先对接收信号进行频率分槽，对频率多普勒进行预补偿，使信号相关的时间内，残余的码多普勒造成的码片漂移小于半个码片；然后对预补偿后的信号与本地扩频码序列进行匹配滤波；接着进行相干积分，对噪声进行平滑；再然后，采用补零快速傅氏变换FFT，对非相参的多普勒进行补偿，消除多普勒频移对相干积分的影响；再进行非相干积分，对信号能量进一步累积；最后对多个支路信号进行多维度最大值搜索，从而得到信号的相位捕获结果及载波频率粗估计结果。
7.如权利要求1所述的非相参扩频信号快速捕获方法，其特征在于：在精测频中，主控单元(13)根据相位捕获结果产生选择控制信息，支路选择单元从并行的多路匹配滤波模块输出信号中选择接收信号与本地扩频码序列相位对齐的那一路信号作为输出，送入精测频模块。
8.如权利要求6所述的非相参扩频信号快速捕获方法，其特征在于：精测频单元首先根据载波频率粗估计结果进行频率预补偿，然后根据频率捕获精度需求和可用硬件资源，选择合适的信号处理频率，进行重采样；接着，进行快速傅氏变换FFT运算，并进行功率计算；最后，进行峰值搜索，并进行频率计算，从而得到频率捕获结果。
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