適用于重復(fù)使用軌道飛行器的極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快捕方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及適用于重復(fù)使用軌道飛行器的極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快捕方法，首先計(jì)算擴(kuò)頻信號(hào)快捕參數(shù)，接著生成基于掩碼的多路偽碼，最后通過輪流進(jìn)行FFT分析實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻信號(hào)的快速捕獲，具體為：將載波頻率進(jìn)行分段，在每一個(gè)頻率段內(nèi)分別進(jìn)行信號(hào)捕獲；利用掩碼方式產(chǎn)生多路并行偽碼，將每路偽碼與輸入信號(hào)進(jìn)行部分相關(guān)運(yùn)算，多路并行相關(guān)運(yùn)算結(jié)果輪流作FFT變換以節(jié)省資源；當(dāng)遍歷完全部頻段后，便可得到載波多普勒及偽碼相位的精確值；本發(fā)明有效解決了重復(fù)使用軌道飛行器擴(kuò)頻信號(hào)快捕問題，實(shí)現(xiàn)了附加極大的多普勒頻偏及動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)頻信號(hào)快速捕獲，且占用最低的FPGA資源。
【專利說明】適用于重復(fù)使用軌道飛行器的極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快捕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)控通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種適用于重復(fù)使用軌道飛行器的極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快捕方法。
【背景技術(shù)】
[0002]測(cè)控終端是重復(fù)使用軌道飛行器測(cè)控通信系統(tǒng)的核心設(shè)備，與地面站協(xié)同工作，完成飛行器測(cè)控任務(wù)。
[0003]重復(fù)使用軌道飛行器高超聲速再入飛行時(shí)會(huì)發(fā)生較長(zhǎng)時(shí)間黑障現(xiàn)象，為提高無線信號(hào)黑障區(qū)的通信能力，使用了 Ka頻段作為擴(kuò)頻信號(hào)載頻。由于飛行器同地面站之間的高動(dòng)態(tài)使接收信號(hào)附加了大多普勒頻移，對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)捕獲造成不良影響。同傳統(tǒng)S頻段測(cè)控體制相比，Ka頻段的多普勒頻移及變化率將更加明顯，最大多普勒變化范圍將達(dá)到±820kHz，變化率達(dá)到±20.6kHz/s，遠(yuǎn)超S頻段±100kHz，±2kHz/s的多普勒動(dòng)態(tài)范圍。飛行器再入過程軌道高度低，地面站覆蓋范圍小，對(duì)測(cè)控實(shí)時(shí)性要求很高，要求2s內(nèi)完成擴(kuò)頻信號(hào)的快速捕獲。同時(shí)由于黑障影響，接收端信號(hào)能量低于_122dBm，且飛行器上信號(hào)處理器件資源、速度等級(jí)受限，因此如何以最小的資源占用實(shí)現(xiàn)極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快速捕獲成為Ka頻段測(cè)控技術(shù)的關(guān)鍵。
[0004]目前飛行器上設(shè)備擴(kuò)頻信號(hào)快速捕獲主要采取以下技術(shù)手段:
[0005]時(shí)頻并行捕獲技術(shù)
[0006]擴(kuò)頻信號(hào)的捕獲是一個(gè)時(shí)域和頻域的二維搜索過程如圖1所示，只有在正確的偽碼相位(時(shí)域)和多普勒頻率(頻域)上，才能獲得最大的相關(guān)值。二維并行搜索利用多個(gè)偽碼產(chǎn)生器生成多路相位差固定的偽碼，利用多個(gè)偽碼相關(guān)通道進(jìn)行碼相位的并行搜索，從而通過時(shí)域并行搜索達(dá)到減少捕獲時(shí)間的目的?；蛟陬l率上使用多個(gè)數(shù)字載波振蕩器(NC0)，產(chǎn)生多路頻差恒定的本地載波，在每一個(gè)頻段上并行搜索偽碼相位，通過頻率并行搜索達(dá)到減少捕獲時(shí)間的目的。也可將時(shí)域、頻域并行結(jié)合，獲得更快的捕獲時(shí)間，但資源占用將顯著增加。
[0007]部分相關(guān)與FFT結(jié)合的捕獲技術(shù)
[0008]部分相關(guān)與FFT結(jié)合的捕獲技術(shù)原理如圖2所示。輸入信號(hào)經(jīng)下變頻后與本地偽碼進(jìn)行部分相關(guān)運(yùn)算，對(duì)部分相關(guān)結(jié)果進(jìn)行FFT分析。本地偽碼相位可以不斷滑動(dòng)，當(dāng)與輸入信號(hào)相位一致時(shí)，F(xiàn)FT結(jié)果將在多普勒頻率處出現(xiàn)一根明顯的譜線，從而將時(shí)域、頻域的二維搜索過程轉(zhuǎn)化為時(shí)域的一維搜索，達(dá)到減少時(shí)間的目的。
[0009]匹配濾波器設(shè)計(jì)技術(shù)
[0010]匹配濾波器技術(shù)原理如圖3所示。時(shí)域上將本地偽碼序列作為濾波器抽頭系數(shù)，構(gòu)建成一個(gè)倒置型FIR濾波器。輸入信號(hào)進(jìn)入濾波器后進(jìn)行濾波運(yùn)算，每移入一個(gè)碼片便可得到一個(gè)濾波結(jié)果，一個(gè)偽碼周期后便可得到全部的匹配濾波值，濾波器最大輸出對(duì)應(yīng)的碼相位位置及為正確偽碼相位位置。頻域上將多普勒頻率進(jìn)行分段，在每一個(gè)頻段上進(jìn)行匹配濾波運(yùn)算，匹配濾波值最大的頻段即為多普勒頻率所在區(qū)間，從而快速完成捕獲。[0011]重復(fù)使用軌道飛行器多普勒范圍將高達(dá)±820kHz，變化率達(dá)到±20.6kHz/s，是傳統(tǒng)飛行器的動(dòng)態(tài)范圍8倍以上，上述方法將無法適用于本飛行器的擴(kuò)頻信號(hào)快捕。時(shí)頻并行捕獲技術(shù)效率較低，只適用于偽碼較短且動(dòng)態(tài)范圍較小的情況，隨著多普勒范圍明顯變寬，需要的偽碼、頻率搜索通道將顯著增加，資源占用急劇上升。對(duì)于部分相關(guān)和FFT相結(jié)合的捕獲技術(shù)，由于多普勒頻率范圍高達(dá)±820kHz 對(duì)FFT的多普勒頻率衰落補(bǔ)償性能提出較高要求，若滿足全頻帶內(nèi)的頻率補(bǔ)償性能，則需要減少部分先關(guān)長(zhǎng)度，將導(dǎo)致捕獲靈敏度降低，若保證捕獲靈敏度，則無法實(shí)現(xiàn)±820kHz的全頻率搜索。對(duì)于匹配濾波捕獲方法，雖然捕獲速度很快，但是濾波器資源占用率極高，即使采用濾波器折疊的設(shè)計(jì)方式，常用的飛行器上元器件(XQ2V3000)資源也較難承受，且由于多普勒頻率范圍極寬，所需頻率搜索通道也將顯著增加，匹配濾波帶來的時(shí)間優(yōu)勢(shì)并不明顯。
[0012]因此需要使用一種適用于重復(fù)使用軌道飛行器的極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快捕方法，既可滿足捕獲時(shí)間要求，又可占用最低的FPGA資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供適用于重復(fù)使用軌道飛行器的極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快捕方法，該方法有效解決了重復(fù)使用軌道飛行器擴(kuò)頻信號(hào)快捕問題，實(shí)現(xiàn)了附加極大的多普勒頻偏及動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)頻信號(hào)快速捕獲，且占用最低的FPGA資源。
[0014]本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0015]適用于重復(fù)使用軌道飛行器的極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快捕方法，包括如下步驟:
[0016]步驟(一)、計(jì)算擴(kuò)頻信號(hào)快捕參數(shù)，具體過程如下:
[0017](1)、根據(jù)需要的捕獲時(shí)間T，通過如下公式確定多普勒頻率分段數(shù)M與偽碼并行相關(guān)路數(shù)K之間的關(guān)系:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.適用于重復(fù)使用軌道飛行器的極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快捕方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟(一)、計(jì)算擴(kuò)頻信號(hào)快捕參數(shù)，具體過程如下: (1)、根據(jù)需要的捕獲時(shí)間T，通過如下公式確定多普勒頻率分段數(shù)M與偽碼并行相關(guān)路數(shù)K之間的關(guān)系:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于重復(fù)使用軌道飛行器的極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快捕方法，其特征在于:所述步驟(一)的(5)進(jìn)行多普勒FFT分析時(shí)，分析點(diǎn)數(shù)N的取值為:N=P，或者根據(jù)如下捕獲分辨率公式確定N的取值:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于重復(fù)使用軌道飛行器的極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快捕方法，其特征在于:所述步驟(二)的(7)中掩碼多項(xiàng)式m(x)與碼相位延遲數(shù)C 一一對(duì)應(yīng)，通過如下公式得到:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于重復(fù)使用軌道飛行器的極高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)快捕方法，其特征在于:所述步驟(三)的(9)中，為降低資源占用率，對(duì)每組的P個(gè)部分相關(guān)結(jié)果進(jìn)行分析點(diǎn)數(shù)為N的FFT分析時(shí)采用共用內(nèi)核，輪流計(jì)算方式，控制K路數(shù)據(jù)輪流進(jìn)行譜分析，防止發(fā)生時(shí)序沖突。
【文檔編號(hào)】H04B1/708GK103595441SQ201310528582
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】張德智, 曾貴明, 陳朝霞, 張宏江, 胡倩, 劉建妥, 曾星星, 劉岱, 朱永貴, 彭小波, 高祥武 申請(qǐng)人:中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院