CN111239776B - 卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法 - Google Patents

卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111239776B
CN111239776B CN202010103921.6A CN202010103921A CN111239776B CN 111239776 B CN111239776 B CN 111239776B CN 202010103921 A CN202010103921 A CN 202010103921A CN 111239776 B CN111239776 B CN 111239776B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carrier
code
frequency
tracking
acquisition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010103921.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111239776A (zh
Inventor
张传胜
龚高茂
何峰
赵海军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Maxwell Electronic Technology Co Ltd
Original Assignee
Hunan Maxwell Electronic Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Maxwell Electronic Technology Co Ltd filed Critical Hunan Maxwell Electronic Technology Co Ltd
Priority to CN202010103921.6A priority Critical patent/CN111239776B/zh
Publication of CN111239776A publication Critical patent/CN111239776A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111239776B publication Critical patent/CN111239776B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/29—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system carrier including Doppler, related
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/30—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system code related

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法，包括在接收端的天线接收到信号，将信号进行下变频后，进入基带部分，然后执行如下步骤：S1，捕获，在该步骤中包括粗捕获S11和精捕获S12步骤；S2，载波、码及数据的跟踪等；本发明兼容性强，同一套捕获跟踪***适用于多种通信体制，能在并存多种通信机制间无缝切换，通信实时性更好；且尺寸、重量、体积更小，适于小型化、轻量化的星载应用，捕获时间短、跟踪效率高，频率跟踪误差小等特点。

Description

卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法
技术领域
本发明涉及卫星接收技术领域，更为具体地，涉及一种卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法。
背景技术
在卫星通信***中，载波捕获及跟踪是与卫星建立通信关键环节，只有完成了载波捕获及跟踪，才能进行对卫星信号进行解调、译码等后续处理过程。在星间及星地通信中，随着空间卫星的高速相对运动以及对地运动，使得接收端的信号捕获及跟踪变得更加复杂和困难。随着卫星通信技术的发展，卫星通信趋向于采取多种通信制式，现有技术在接收设备并存多种通信制式时，针对各种不同通信制式，需在接收端独立配置一套信号捕获与跟踪***，导致接收端逻辑资源消耗大，接收设备体积庞大，功耗高，不适于尺寸、功率严格受限的星载接收端及地面接收设备使用，现有技术存在如下问题：
1、兼容性差，同一套捕获跟踪***仅适用于一种通信体制；
2、当同一接收端并存多种通信机制时，接收端通信制式间切换复杂，严重影响通信的实时性和质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法，兼容性强，同一套捕获跟踪***适用于多种通信体制，能实现并存多种通信机制间无缝切换，通信实时性更好；且尺寸、重量、体积更小，适于小型化、轻量化的星载应用，捕获时间短、跟踪效率高，频率跟踪误差小。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法，在接收端的天线接收到信号，将信号进行下变频后，进入基带部分，执行如下步骤：
S1，捕获，在该步骤中包括粗捕获S11和精捕获S12步骤；
S2，载波、码及数据的跟踪。
进一步的，在粗捕获S11中，包括扩频码粗捕获和载波粗捕获两部分：
扩频码粗捕获：
采用时域并行频率的方法，结合相干非相干运算，共同完成扩频码相位的粗捕获，
扩频码粗捕获执行如下步骤：
a)本地计数器模块产生四个中断，扩频码周期中断、FFT中断、码移位中断、细搜中断，分别用于捕获转跟踪码相位对齐，完成一次FFT运算，完成一次非相干运算，细搜累加去高频提高频率分辨率；
b)码NCO(数控振荡器，下同)和码发生器产生不同初始相位的扩频码；
c)信号处理模块将中频数字信号经过解扩后进行频率FFT运算及非相干运算，通过检测器检测相关结果即信号的强度来判断码相位是否正确，如码相位正确，则发出捕获成功标志；
在完成扩频码粗捕获后，即可进行载波粗捕获：
采用FFT算法的相干捕获，傅里叶变换公式为：
Figure BDA0002387838960000021
其中，x(t)为时域信号，e为自然常数，j为复数的虚部表示方式，t为时间变量，ω为角频率
在IQ调制中：
Figure BDA0002387838960000027
其中，ωlo为本地载波角频率；
则：
Figure BDA0002387838960000022
Figure BDA0002387838960000023
由上式可知，捕获频率会受到符号调制的影响，因此需要去除符号调制对载波频率的影响，
左右平方：
Figure BDA0002387838960000024
其中：(I+jQ)2展开为I2-Q2+2IQj；
对于BPSK、则此项中Q为0，对于QPSK，上式中I2的积分值等于Q2的积分值，两项互相抵消，则上式变为：
BPSK:
Figure BDA0002387838960000025
QPSK：
Figure BDA0002387838960000026
对于BPSK来说，I2的积分值已是常数，对于QPSK来说，需要再对上式取平方以消除2IQj的影响，因此为了统计计算过程，对于BPSK与QPSK来说，均再次平方得到如下：
BPSK:
Figure BDA0002387838960000031
QPSK：
Figure BDA0002387838960000032
对于上式中除ex项以外，其余项的积分值为固定值，可设为A，则：
Figure BDA0002387838960000033
为了消除QPSK中负号的影响，对上式的积分结果再取模值，
可知当(ωlo＝ω)时，有最大值，因此能够实现载波捕获。
对于16APSK信号，可表示为：
Figure BDA0002387838960000034
Ri＝R1或R2,
Figure BDA0002387838960000035
其中，R1≈0.4336,R2≈1.1272；
带载波偏移的信号可表示为：
Figure BDA0002387838960000036
捕获算法程序如下：
1)首先检测时域信号幅度|x(t)|＝Ri；
2)如果|x(t)|＜1，则做如下操作
Figure BDA0002387838960000037
否则
Figure BDA0002387838960000038
这里有
Figure BDA0002387838960000039
3)转换到频域有：
Figure BDA00023878389600000310
可知当(12ωlo＝ω)时，有最大值，因此能够实现载波捕获，通过改变不同的指数ej*m中的m值，实现对多种通信体制的载波捕获，多种通信体制包括BPSK/QPSK/8PSK/16APSK中的任一种。
进一步的，细捕获用于计算精确载波多普勒值，使锁相环能够入锁，并执行：
a)码NCO和码发生器根据粗捕获得到的码相位产生扩频码；
b)载波NCO和载波发生器根据粗捕获得到的载波产生当前载波值；
c)频差计算模块先经过混频和解扩，然后进行累加运算取绝对值后进行FFT运算；
d)载波NCO和载波发生器使用捕获得到的粗载波频率向下偏移设定频率，进行混频，然后与中频信号混频；
e)通过设置多级并行码NCO、码发生器，以及载波NCO、载波发生器，所述多级包括2级。
进一步的，载波、码及数据的跟踪用于实现对已捕获信号进行持续稳定地跟踪，防止失锁。
进一步的，包括对载波、伪码及数据的跟踪，与此相对应，跟踪环路由载波跟踪环、码跟踪环和数据环组成，载波跟踪环采用Costas环，使用二相反正切鉴相器和二阶环路滤波器；码跟踪环采用延迟锁定环，使用归一化的超前减滞后功率鉴别器和二阶环路滤波器；数据跟踪环采用数据转换跟踪环。
本发明的有益效果是：
本发明兼容性强，同一套捕获跟踪***适用于多种通信体制，能实现在多种通信机制间无缝切换，通信实时性更好；且尺寸、重量、体积更小，适于小型化、轻量化的星载应用，捕获时间短、跟踪效率高，频率跟踪误差小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的粗捕获基带框图；
图2为本发明的精捕获框图；
图3为本发明中二阶数字滤波器方框图；
图4为本发明的步骤流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本说明书中公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在对实施例进行描述之前，需要对一些必要的术语进行解释。例如：
若本申请中出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，若提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。
在本申请中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。
当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。
如图1～4所示，一种卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法，在接收端的天线接收到信号，将信号进行下变频后，进入基带部分，执行如下步骤：
S1，捕获，在该步骤中包括粗捕获S11和精捕获S12步骤；
S2，载波、码及数据的跟踪。
进一步的，在粗捕获S11中，包括扩频码粗捕获和载波粗捕获两部分：
扩频码粗捕获：
采用时域并行频率的方法，结合相干非相干运算，共同完成扩频码相位的粗捕，
扩频码粗捕获执行如下步骤：
d)本地计数器模块产生四个中断，扩频码周期中断、FFT中断、码移位中断、细搜中断，分别用于捕获转跟踪码相位对齐，完成一次FFT运算，完成一次非相干运算，细搜累加去高频提高频率分辨率；
e)码NCO和码发生器产生不同初始相位的扩频码；
f)信号处理模块将中频数字信号经过解扩后进行频率FFT运算及非相干运算，通过检测器检测相关结果即信号的强度来判断码相位是否正确，如码相位正确，则发出捕获成功标志；
在完成扩频码粗捕获后，进入载波粗捕获：
采用FFT算法的相干捕获，傅里叶变换公式为：
Figure BDA0002387838960000061
其中，x(t)为时域信号，e为自然常数，j为复数的虚部表示方式，t为时间变量，ω为角频率。
在IQ调制中：
Figure BDA0002387838960000067
则：
Figure BDA0002387838960000062
Figure BDA0002387838960000063
由上式可知，捕获频率会受到符号调制的影响，因此需要去除符号调制对载波频率的影响，
左右平方：
Figure BDA0002387838960000064
其中：(I+jQ)2展开为I2-Q2+2IQj；
对于BPSK、则此项中Q为0，对于QPSK，上式中I2的积分值等于Q2的积分值，两项互相抵消，则上式变为：
BPSK:
Figure BDA0002387838960000065
QPSK：
Figure BDA0002387838960000066
对于BPSK来说，I2的积分值已是常数，对于QPSK来说，需要再对上式取平方以消除2IQj的影响，因此为了统计计算过程，对于BPSK与QPSK来说，均再次平方得到如下：
BPSK:
Figure BDA0002387838960000071
QPSK：
Figure BDA0002387838960000072
对于上式中除ex项以外，其余项的积分值为固定值，可设为A，则：
Figure BDA0002387838960000073
为了消除QPSK中负号的影响，对上式的积分结果再取模值，
可知当(ωlo＝ω)时，有最大值，因此能够实现载波捕获，
对于16APSK信号，可表示为：
Figure BDA0002387838960000074
Ri＝R1或R2,
Figure BDA0002387838960000075
其中，R1≈0.4336,R2≈1.1272；
带载波偏移的信号可表示为：
Figure BDA0002387838960000076
捕获算法程序如下：
1)首先检测时域信号幅度|x(t)|＝Ri；
2)如果|x(t)|＜1，则做如下操作
Figure BDA0002387838960000077
否则
Figure BDA0002387838960000078
这里有
Figure BDA0002387838960000079
3)转换到频域有：
Figure BDA00023878389600000710
可知当(12ωlo＝ω)时，有最大值，因此能够实现载波捕获，通过改变不同的指数ej*m中的m值，实现对多种通信体制的载波捕获，多种通信体制包括BPSK/QPSK/8PSK/16APSK中的任一种。
进一步的，细捕获用于计算精确载波多普勒值，使锁相环能够入锁，并执行：
a)码NCO(即数控振荡器)和码发生器根据粗捕获得到的码相位产生扩频码；
b)载波NCO和载波发生器根据粗捕获得到的载波产生当前载波值；
c)频差计算模块先经过混频和解扩，然后进行累加运算取绝对值后进行FFT运算；
d)载波NCO和载波发生器使用捕获得到的粗载波频率向下偏移设定频率，进行混频，然后与中频信号混频；
e)通过设置多级并行码NCO、码发生器，以及载波NCO、载波发生器，所述多级包括级。
进一步的，载波、码及数据的跟踪用于实现对已捕获信号进行持续稳定地跟踪，防止失锁。
进一步的，包括对载波、伪码及数据的跟踪，与此相对应，跟踪环路由载波跟踪环、码跟踪环和数据环组成，载波跟踪环采用Costas环，使用二相反正切鉴相器和二阶环路滤波器；码跟踪环采用延迟锁定环，使用归一化的超前减滞后功率鉴别器和二阶环路滤波器；数据跟踪环采用数据转换跟踪环。
本发明的工作过程如下：
1、捕获
捕获分粗捕获和精捕获两个环节组成：
(1)粗捕获：
粗捕获包括扩频码粗捕获和载波粗捕获两部分：
扩频码粗捕获：
采用时域并行频率的方法，结合相干非相干运算，共同完成扩频码相位的粗捕。粗捕获基带部分框图如图1：
扩频码粗捕获工作过程如下：
a)本地计数器模块产生四个中断，扩频码周期中断、FFT中断、码移位中断、细搜中断，分别用于捕获转跟踪码相位对齐，完成一次FFT运算，完成一次非相干运算，细搜累加去高频提高频率分辨率。
b)码NCO和码发生器产生各种不同初始相位的扩频码。
c)信号处理模块将中频数字信号经过解扩后进行频率FFT运算及非相干运算，通过检测器检测相关结果即信号的强度来判断码相位是否正确，如码相位正确，则发出捕获成功标志。
载波粗捕获：采用FFT算法的相干捕获。
傅里叶变换公式为：
Figure BDA0002387838960000081
在IQ调制中：
Figure BDA00023878389600000911
则：
Figure BDA0002387838960000091
Figure BDA0002387838960000092
由上式可知，捕获频率会受到符号调制的影响，因此需要去除符号调制对载波频率的影响。
左右平方：
Figure BDA0002387838960000093
其中：(I+jQ)2展开为I2-Q2+j2IQj；
对于BPSK、则此项中Q为0，对于QPSK，上式中I2的积分值等于Q2的积分值，两项可以互相抵消，则上式变为BPSK:
Figure BDA0002387838960000094
QPSK：
Figure BDA0002387838960000095
对于BPSK来说，I2的积分值已是常数，对于QPSK来说，需要再对上式取平方以消除j2IQj的影响，因此为了统计计算过程，对于BPSK与QPSK来说，均再次平方得到如下：
BPSK:
Figure BDA0002387838960000096
QPSK：
Figure BDA0002387838960000097
对于上式中除ex项以外，其余项的积分值为固定值，可设为A，则：
Figure BDA0002387838960000098
为了消除QPSK中负号的影响，对上式的积分结果再取模值。
可知当(ωlo＝ω)时，有最大值，因此可以实现载波捕获。
对于16APSK信号，可表示为：
Figure BDA0002387838960000099
Ri＝R1或R2,
Figure BDA00023878389600000910
其中R1≈0.4336,R2≈1.1272；
带载波偏移的信号可表示为：
Figure BDA0002387838960000101
捕获算法程序如下：
1)首先检测时域信号幅度|x(t)|＝Ri；
2)如果|x(t)|＜1，则做如下操作
Figure BDA0002387838960000102
否则
Figure BDA0002387838960000103
这里必有
Figure BDA0002387838960000104
3)转换到频域有：
Figure BDA0002387838960000105
可知当(12ωlo＝ω)时，有最大值，因此可实现载波捕获；
本方案的关键，就是通过改变不同的指数ej*m中的m值，即可实现对多种通信体制(如BPSK/QPSK/8PSK/16APSK等)的载波捕获；
(2)细捕获：
细捕获的目的是计算精确的载波多普勒值(误差约为200Hz)，使锁相环能够入锁；
a)码NCO和码发生器根据粗捕获得到的码相位产生扩频码。
b)载波NCO和载波发生器根据粗捕获得到的载波产生当前载波值；
c)频差计算模块先经过混频和解扩，然后进行累加运算取绝对值后进行FFT运算，计算出的频差分辨率约为200Hz，在所设计的锁相环的牵引范围内。
d)捕获的频率分辨率为6kHz，载波NCO和载波发生器使用捕获得到的粗载波频率向下偏移40kHz进行混频，与中频信号混频后信号频率范围为0～400kHz。
e)通过设置多级并行码NCO、码发生器，以及载波NCO、载波发生器可提升捕获效率，缩短载波和码捕获时间，将捕获时间缩短为单级的1/N,如设为2级，捕获时间可缩短为一半。
2、载波、码及数据的跟踪
跟踪的目的是为了实现对已捕获信号进行持续稳定的跟踪，防止失锁。本发明中包括对载波、伪码及数据的跟踪，与此相对应，跟踪环路由载波跟踪环、码跟踪环和数据环组成。
载波跟踪环采用Costas环，使用二相反正切鉴相器和二阶环路滤波器；码跟踪环采用延迟锁定环，使用归一化的超前减滞后功率鉴别器和二阶环路滤波器；数据跟踪环采用数据转换跟踪环；
Figure BDA0002387838960000111
其中，
a)IP(n)和QP(n)为当前时刻I路和Q路即时支路的累加和，IP(n-1)和QP(n-1)为前一时刻I路和Q路即时支路的累加和，IPH(n)为数据转换锁定环的正交支路；
b)E和L为超前和滞后的幅度包络，
Figure BDA0002387838960000112
IE(n)和QE(n)为当前时刻I路和Q路超前支路的累加和，IL(n)和QL(n)为当前时刻I路和Q路滞后支路的累加和。
c)环路滤波器
以上三种环路均使用二阶环路滤波器，二阶数字滤波器方框图如图2所示，
对应输入与输出之间的表达式：
Figure BDA0002387838960000113
其中，X(n)为输入，Y(n)为输出，T为积分累加时间；ω0为环路滤波器的自然圆频率，
Figure BDA0002387838960000114
BL为环路等效噪声带宽，ξ为阻尼系数；α2＝2ξ。
环路参数：
锁相环环路带宽的确定跟鉴相器更新频率有关，一般在更新频率1/10以下环路就能稳定。鉴别器的鉴相频率跟数据速率保持一致，因此环路带宽随数据速率的变化而变化，数据速率变大，则等效噪声带宽按比例变大。
当数据速率Rb＝2kHz时，等效噪声带宽BL≤0.1Rb＝200Hz。
快捕带为
Figure BDA0002387838960000121
选择阻尼系数为ξ＝0.707，则
Figure BDA0002387838960000122
在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用和以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实现本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的算法，方法或***等，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。
对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。
本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法实现所描述的功能，但是这种实现不应超出本发明的范围。
所揭露的***、模块和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例，仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅是一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以说通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述分立部件说明的单元可以是或者也可以不收物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者可以不收物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例的方案的目的。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法，其特征在于，在接收端的天线接收到信号，将信号进行下变频后，进入基带部分，执行如下步骤：
S1，捕获，在该步骤中包括粗捕获S11和精捕获S12步骤；
S2，载波、码及数据的跟踪，
在粗捕获S11中，包括扩频码粗捕获和载波粗捕获两部分：
扩频码粗捕获：
采用时域并行频率的方法，结合相干非相干运算，共同完成扩频码相位的粗捕，
扩频码粗捕获执行如下步骤：
a)本地计数器模块产生四个中断，扩频码周期中断、FFT中断、码移位中断、细搜中断，分别用于捕获转跟踪码相位对齐，完成一次FFT运算，完成一次非相干运算，细搜累加去高频提高频率分辨率；
b)码NCO和码发生器产生不同初始相位的扩频码；
c)信号处理模块将中频数字信号经过解扩后进行频率FFT运算及非相干运算，通过检测器检测相关结果即信号的强度来判断码相位是否正确，如码相位正确，则发出捕获成功标志；
在完成扩频码粗捕获后，进入载波粗捕获：
采用FFT算法的相干捕获，傅里叶变换公式为：
Figure FDA0003537633450000011
其中，x(t)为时域信号，e为自然常数，j为复数的虚部表示方式，t为时间变量，ωlo为本地载波角频率；
在IQ调制中：
Figure FDA0003537633450000012
则：
Figure FDA0003537633450000013
Figure FDA0003537633450000014
由上式可知，捕获频率会受到符号调制的影响，因此需要去除符号调制对载波频率的影响，
左右平方：
Figure FDA0003537633450000015
其中：(I+jQ)2展开为I2-Q2+2IQj；
对于BPSK、则此项中Q为0，对于QPSK，上式中I2的积分值等于Q2的积分值，两项互相抵消，则上式变为：
BPSK:
Figure FDA0003537633450000021
QPSK：
Figure FDA0003537633450000022
对于BPSK来说，I2的积分值已是常数，对于QPSK来说，需要再对上式取平方以消除2IQJ的影响，因此为了统计计算过程，对于BPSK与QPSK来说，均再次平方得到如下：
BPSK:
Figure FDA0003537633450000023
QPSK：
Figure FDA0003537633450000024
对于上式中除ex项以外，其余项的积分值为固定值，可设为A，则：
Figure FDA0003537633450000025
为了消除QPSK中负号的影响，对上式的积分结果再取模值，
可知当ωlo＝ω时，有最大值；因此能够实现载波捕获，
对于16apsk信号，可表示为：
Figure FDA0003537633450000026
其中，R1≈0.4336,R2≈1.1272；
带载波偏移的信号可表示为：
Figure FDA0003537633450000027
捕获算法程序如下：
1)首先检测时域信号幅度|x(t)|＝Ri；
2)如果|x(t)|＜1，则做如下操作
Figure FDA0003537633450000028
否则
Figure FDA0003537633450000029
这里有
Figure FDA00035376334500000210
3)转换到频域有：
Figure FDA00035376334500000211
可知当12ωlo＝ω时，有最大值；因此能够实现载波捕获，通过改变不同的指数ej*m中的m值，用于对多种通信体制的载波捕获，多种通信体制包括BPSK/QPSK/8PSK/16APSK中的任一种。
2.根据权利要求1所述的一种卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法，其特征在于，在精捕获S12步骤中，用于计算精确载波多普勒值，使锁相环能够入锁，并执行：
a)码NCO和码发生器根据粗捕获得到的码相位产生扩频码；
b)载波NCO和载波发生器根据粗捕获得到的载波产生当前载波值；
c)频差计算模块先经过混频和解扩，然后进行累加运算取绝对值后进行FFT运算；
d)载波NCO和载波发生器使用捕获得到的粗载波频率向下偏移设定频率，进行混频，然后与中频信号混频；
e)通过设置多级并行码NCO、码发生器，以及载波NCO、载波发生器，所述多级包括2级。
3.根据权利要求1所述的一种卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法，其特征在于，所述载波、码及数据的跟踪，用于实现对已捕获信号进行持续稳定地跟踪，防止失锁。
4.根据权利要求3所述的一种卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法，其特征在于，包括对载波、伪码及数据的跟踪，与此相对应，跟踪环路由载波跟踪环、码跟踪环和数据环组成，载波跟踪环采用Costas环，使用二相反正切鉴相器和二阶环路滤波器；码跟踪环采用延迟锁定环，使用归一化的超前减滞后功率鉴别器和二阶环路滤波器；数据跟踪环采用数据转换跟踪环。
CN202010103921.6A 2020-02-20 2020-02-20 卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法 Active CN111239776B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010103921.6A CN111239776B (zh) 2020-02-20 2020-02-20 卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010103921.6A CN111239776B (zh) 2020-02-20 2020-02-20 卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111239776A CN111239776A (zh) 2020-06-05
CN111239776B true CN111239776B (zh) 2022-05-10

Family

ID=70869562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010103921.6A Active CN111239776B (zh) 2020-02-20 2020-02-20 卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111239776B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4024798A4 (en) * 2020-08-17 2022-11-23 Hunan Maxwell Electronic Technology Co., Ltd. SATELLITE LASER WIDE BAND DEMODULATION METHOD AND APPARATUS
CN116233266B (zh) * 2022-12-30 2023-11-28 北斗应用发展研究院 支持民用5g手机的北斗短报文入站信号捕获方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101726746B (zh) * 2009-12-14 2012-11-14 北京航空航天大学 一种用于卫星测距的中频直序扩频接收机
CN103441777B (zh) * 2013-08-30 2015-09-09 上海航天测控通信研究所 一种星载扩频接收机及其提高载波捕获精度的方法
CN105277955A (zh) * 2014-12-26 2016-01-27 上海华测导航技术股份有限公司 一种用于gps卫星导航的基带信号处理方法
GB2580303B (en) * 2018-11-20 2022-10-26 Imagination Tech Ltd GNSS Receiver
CN109633711B (zh) * 2018-12-24 2020-12-11 长沙北斗产业安全技术研究院有限公司 一种超大动态、高灵敏度的扩频测控基带接收方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111239776A (zh) 2020-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113238261B (zh) 低轨卫星扩频通信体制信号捕获跟踪***
JP3880316B2 (ja) ドップラー訂正されたスペクトラム拡散整合フィルタ
EP1057282B1 (en) Automatic frequency control loop multipath combiner for a rake receiver
EP0445522B1 (en) Satellite transmission capturing method for gps receiver
CN111239776B (zh) 卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪方法
CN109150233A (zh) 一种直扩dpsk信号的调制解调方法
US7545854B1 (en) Doppler corrected spread spectrum matched filter
CN104104493B (zh) 面向深空通信的载波同步方法及装置
US20220416896A1 (en) Method and apparatus for satellite laser broadband demodulation
CA2075756C (en) Frequency converter circuit
CN111308518A (zh) 卫星接收机高效多制式自适应捕获与跟踪装置
CN110636022B (zh) 一种降低数据解调门限的信号接收方法及装置
US5848096A (en) Communication method and system using different spreading codes
US5815541A (en) Digital phase locked loop assembly
CN106656400A (zh) Pcma***时延抖动情况下的精确频差快速捕获方法
WO2000048346A2 (en) A non-coherent, non-data-aided pseudo-noise synchronization and carrier synchronization for qpsk or oqpsk modulated cdma system
CN112511182B (zh) 一种星载测控数传接收装置
RU2374776C2 (ru) Корреляционный приемник шумоподобных сигналов с минимальной частотной манипуляцией
CN107733824A (zh) 一种基于afc环路的载波同步方法
EP3642995B1 (en) Circuits and systems for wideband quadrature signal generation
CN105812023B (zh) 基于序列互相关特性的扩频调制和解扩解调方法及装置
US4894841A (en) Digital direct-sequence spread-spectrum modem
CN103036589A (zh) 一种基于snr的扩频通信联合载波同步方法
US4455680A (en) Method and apparatus for receiving and tracking phase modulated signals
RU183917U1 (ru) Устройство слежения за частотой сигнала опорной станции радионавигационной системы

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant