本發(fā)明屬于無線電跟蹤測量領(lǐng)域，特別涉及一種擴頻角跟蹤信號的捕獲方法，適用于衛(wèi)星接收站、車載定向跟蹤天線、無人機跟蹤遙測等單通道單脈沖體制擴頻角跟蹤信號自跟蹤系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

擴頻信號的特點是發(fā)送信息所占的帶寬遠大于信息本身的帶寬，在發(fā)射端用擴頻碼對發(fā)射信息進行二次調(diào)制，擴展了信號的頻譜，在接收端用相同的擴頻碼進行解擴以恢復(fù)所傳信息。擴頻信號可以在低信噪比環(huán)境下工作，信號淹沒在噪聲中，因此具有很高的隱蔽性、抗多徑和抗截獲的能力，在衛(wèi)星通信和飛行器測控系統(tǒng)中將得到廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的擴頻信號的捕獲方法主要是串行捕獲，其主要是通過不斷地調(diào)整本地碼的碼相位和本地載波頻率來實現(xiàn)信號的捕獲，即在設(shè)定的范圍內(nèi)任意選定一個載波頻率，在這個頻率下將本地擴頻碼序列和輸入的信號相乘并進行一個擴頻碼周期或者更長時間的累加，如果得到的結(jié)果比預(yù)先設(shè)定的門限值大，則判斷信號捕獲成功，如果得到的結(jié)果比預(yù)先設(shè)定的門限值小，則移動1/2或1碼片，改變碼相位重復(fù)上述過程。當(dāng)所有可能的碼相位都搜索完畢仍然沒有捕獲到信號，則改變載波頻率重復(fù)上述過程。如果所有碼相位和載波頻率全部搜索完畢仍然沒有捕獲到信號，則本周期捕獲信號失敗，由于該方法需要搜索全部的擴頻碼相位和整個多普勒頻移范圍，而且每次都要計算輸入信號與本地擴頻碼的相關(guān)值，所以搜索時間太長。

針對傳統(tǒng)擴頻信號的捕獲方法的不足，趙呈哲和何源潔在論文無人飛行器擴頻角跟蹤技術(shù)研究與應(yīng)用(無線電工程，2013,43(1)：39-41)中提出來在偽碼的搜索捕獲階段，采用8路偽碼相位并行搜索的方式，為了在低信噪比下能夠準確地完成解擴，還進行了多倍擴頻碼周期的非相干累加，該方法是通過增加硬件相關(guān)器的方式來提升性能，相比傳統(tǒng)的串行搜索，其所需解擴時間僅減少為原來的1/8，而且相關(guān)模塊的硬件資源消耗卻增加了8倍。

上述兩種捕獲方法由于對接收到的擴頻信號在進行時域處理時，均要進行相關(guān)運算，而在時域內(nèi)的相關(guān)運算需要大量的邏輯運算才能完成，造成捕獲的時延較大，不能完成角跟蹤信號的實時處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單通道單脈沖體制的擴頻角跟蹤信號捕獲方法，以提高捕獲速度，減小捕獲時延，滿足實時性角跟蹤的要求。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種單通道單脈沖系統(tǒng)的擴頻角跟蹤信號捕獲方法，所述單通道單脈沖系統(tǒng)包括單通道合成部分、擴頻角跟蹤信號捕獲部分和信號解算部分，其中：

單通道合成部分，用于在射頻將從饋源天線得到的和信號、方位差信號和俯仰差信號合成為一路帶有多普勒頻偏的擴頻信號并輸出；

擴頻角跟蹤信號捕獲部分，用于對中頻單通道單脈沖信號進行搜索，采用并行碼相位捕獲方法對信號進行捕獲；

信號解算部分，用于對捕獲的信號進行解擴，并根據(jù)解擴后的信號得到方位誤差電壓和俯仰誤差電壓，輸出至伺服系統(tǒng)控制天線轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)跟蹤天線的閉環(huán)控制；

其特征在于，擴頻角跟蹤信號捕獲的步驟包括如下：

(1)將系統(tǒng)給定的中頻頻率作為本地載波頻率；

(2)將帶有多普勒頻偏的中頻單通道單脈沖信號分別與本地余弦載波和本地正弦載波混頻，得到兩路正交信號，分別用i和q表示，將這兩路正交信號進行合成，得到一路信號：x(n)＝i+j×q，再將該一路信號x(n)進行傅里葉變換，變換后的序列記為X(k)；

(3)對本地擴頻碼y(n)進行傅里葉變換，傅里葉變換的結(jié)果為Y(k)，對Y(k)取共軛，共軛后得到的序列記為

(4)將步驟(2)中的X(k)與步驟(3)中的相乘，得到乘積：對Z(k)進行傅里葉逆變換得到變換后的序列z(n)，z(n)的模值即為接收信號與本地擴頻碼的相關(guān)值；

(5)改變本地載波頻率，重復(fù)步驟(2)-(4)，直到遍歷多普勒頻偏范圍，得出所有不同頻率的本地載波所對應(yīng)的接收信號與本地擴頻碼的相關(guān)值；

(6)找出所有相關(guān)值中的最大值M，如果該最大值M大于系統(tǒng)給定的門限值T，則捕獲成功，執(zhí)行步驟(7)；如果該最大值M小于系統(tǒng)給定的門限值T,則本周期捕獲失敗，返回步驟(1)，重新進行捕獲；

(7)將最大值M所對應(yīng)的本地載波頻率作為接收信號載波的估計值，將最大值M所對應(yīng)的位置作為碼相位偏移的估計值。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：

1.本發(fā)明由于極大地保留了現(xiàn)有單通道單脈沖測控、跟蹤系統(tǒng)的設(shè)備，因而其單通道合成部分和現(xiàn)有的技術(shù)能完全兼容；

2.本發(fā)明由于在擴頻角跟蹤信號捕獲部分采用并行碼相位的方法進行信號的搜索捕獲，故只需要在頻率一個維度進行搜索，就可直接根據(jù)相關(guān)值取得最大值時的位置得到碼相位偏移量，與現(xiàn)有技術(shù)相比，極大地減少了信號捕獲的時間，滿足了系統(tǒng)對于實時性的要求；

3.本發(fā)明由于將核心部分擴頻角跟蹤信號捕獲部分中，將本地擴頻碼及其傅里葉變換的共軛的值存儲在本地存儲器中，不需要每次計算本地擴頻碼的傅里葉變換，只需要計算接收信號的傅里葉變換即可進行捕獲。

附圖說明

圖1為本發(fā)明使用的單通道單脈沖系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明進行擴頻角跟蹤信號捕獲的實現(xiàn)原理框圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。

參照圖1，現(xiàn)有的單通道單脈沖系統(tǒng)，其包括單通道合成部分、擴頻信號捕獲部分和信號解算部分。

所述單通道合成部分，包括0/π調(diào)制器、低頻調(diào)制方波發(fā)生器、π/2移相器、加法器、帶通濾波器和耦合器；通過0/π調(diào)制器，將方位差信號與低頻調(diào)制方波進行調(diào)制，并將俯仰差信號與經(jīng)過π/2移相器移相后的低頻調(diào)制方波進行調(diào)制，然后將通過調(diào)制后的俯仰差信號和方位差信號在時域進行相加，并對相加后的信號進行濾波，將濾波后的信號通過一個耦合器與和信號進行耦合，得到以和信號對應(yīng)的頻率為中心頻率的單通道角跟蹤信號。

所述擴頻角跟蹤信號捕獲部分，包括低噪聲放大器LNA、中頻下變頻器，中頻放大器、自動增益控制器AGC、中頻濾波器和捕獲模塊；信號捕獲部分將接收到的單通道角跟蹤信號經(jīng)過低噪聲放大器放大，并將放大后的信號進行中頻下變頻得到中頻信號，將該中頻信號經(jīng)過中頻放大器和AGC處理后進行濾波，并對濾波后的中頻角跟蹤信號進行捕獲。

所述信號解算部分，包括信號解擴、解調(diào)模塊、混頻器和濾波器；對于捕獲到信號進行解擴、解調(diào)，去除擴頻碼和調(diào)制數(shù)據(jù)對角誤差信號的影響，并將解調(diào)后的信號分成兩路分別與低頻方波進行混頻，得到方位角誤差電壓和俯仰角誤差電壓，輸出至伺服系統(tǒng)控制天線轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)跟蹤天線的閉環(huán)控制；

本發(fā)明是對上述系統(tǒng)中擴頻角跟蹤信號捕獲部分的捕獲方法的具體實現(xiàn)，以提高捕獲速度，減小捕獲時延，滿足實時性角跟蹤的要求。

參照圖2，本發(fā)明的擴頻角跟蹤信號捕獲方法，其實現(xiàn)步驟包括如下：

步驟1，將系統(tǒng)給定的中頻頻率作為本地載波頻率。

步驟2，將中頻單通道單脈沖信號分別與余弦載波和正弦載波進行混頻。

本地載波通過正弦表和余弦表生成兩路正交的正弦載波和余弦載波，將得到的正弦載波和余弦載波與帶有多普勒頻偏的中頻單通道單脈沖信號進行混頻，得到兩路正交信號，分別用i和q表示；

將這兩路混頻后的正交信號i和q合成為一路復(fù)信號：x(n)＝i+j×q，其中j為虛數(shù)單位；

對復(fù)信號x(n)做N點的傅里葉變換，得到變換后的序列為X(k)，其中N的數(shù)值為擴頻碼的長度。

步驟3，求單通道擴頻角跟蹤信號與本地擴頻碼的相關(guān)值。

3.1)設(shè)本地擴頻碼為y(n)，對y(n)做N點傅里葉變換得到傅里葉變換后的結(jié)果Y(k)，取Y(k)的共軛并將y(n)和存儲在本地存儲器中；

3.2)將步驟(2)中的X(k)與相乘，得到乘積：

3.3)對Z(k)進行傅里葉逆變換，得變換后的序列z(n)，表示如下：

式中，IFFT表示傅里葉逆變換，F(xiàn)FT(x(n))表示x(n)的傅里葉變換，F(xiàn)FT^*(y(n))表示y(n)的傅里葉變換的共軛。

3.4)再對z(n)取模，得到的模值|z(n)|即為單通道擴頻角跟蹤信號與本地擴頻碼的相關(guān)值。

步驟4，求所有相關(guān)值中的最大值。

4.1)以系統(tǒng)給定的中頻頻率為本地載波的基準頻率，以系統(tǒng)給定的步長將多普勒頻偏區(qū)間劃分為若干個等長的頻率單元；

4.2)將系統(tǒng)給定的中頻頻率作為初始頻率，以系統(tǒng)給定的步長為單位，先以小于初始頻率一個步長的頻率單元對應(yīng)的頻率作為本地載波頻率，重復(fù)步驟2-3；再以大于初始頻率一個步長的頻率單元對應(yīng)的頻率作為本地載波頻率，重復(fù)步驟2-3；如此左右交替地改變本地載波的頻率，對其兩邊的頻帶進行遍歷，每改變一次本地載波頻率，得到一個單通道角跟蹤信號與本地擴頻碼的相關(guān)值，記錄所有不同頻率的本地載波所對應(yīng)的相關(guān)值；

4.3)取所有相關(guān)值中的最大值，記為M；

步驟5，判斷捕獲是否成功。

將步驟4中的最大值M與系統(tǒng)給定的門限值T進行比較：若M<T,則本次捕獲失敗，返回步驟1，重新進行捕獲；若M>T，則捕獲成功，最大值M所對應(yīng)的本地載波頻率即為接收信號載波的估計值，最大值M所對應(yīng)的位置即為碼相位偏移的估計值。

以上描述僅是本發(fā)明的一個具體實例，不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，顯然對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結(jié)構(gòu)的情況下，進行形式和細節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。