本發(fā)明屬于擴頻信號接收處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直接序列擴頻信號快速捕獲方法。

背景技術(shù)：

直接序列擴頻(簡稱“直擴”)技術(shù)具有良好的保密性、靈活的信道分配能力以及較強的抗多徑、多址干擾能力，在個人通信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、移動通信、衛(wèi)星通信以及軍事戰(zhàn)術(shù)通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于直接序列擴頻信號的帶寬遠(yuǎn)大于基帶信號帶寬，能量分布于更寬的頻帶，且功率譜密度很低，以至于通常淹沒在噪聲中。正是由于這些特點使得直接序列擴頻信號難于檢測，一般檢測與估計直擴信號參數(shù)的方法都難以滿足高動態(tài)、低信噪比環(huán)境下的快速捕獲需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種直接序列擴頻信號快速捕獲方法，該方法能夠在更低的信噪比容限和高動態(tài)搜索范圍的前提下實現(xiàn)信號的快速捕獲和參數(shù)估計。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的的技術(shù)方案是：

一種直接序列擴頻信號快速捕獲方法，其包括以下步驟：

(1)結(jié)合本地偽碼信號，對外部輸入的直接序列擴頻離散復(fù)信號采用并行碼相位搜索算法進行處理，得到偽碼相位和多普勒頻移粗捕結(jié)果；

(2)根據(jù)偽碼相位和多普勒頻移粗捕結(jié)果，采用分段相關(guān)和傅里葉變換的方法實現(xiàn)載波多普勒細(xì)捕。

可選地，步驟(1)具體包括以下子步驟：

(11)對直接序列擴頻離散復(fù)信號進行補零處理，獲得補零信號；

(12)對補零信號和本地偽碼信號分別進行傅里葉變換；

(13)對補零信號的傅里葉變換結(jié)果進行循環(huán)移位處理，得到補零信號的頻移處理結(jié)果；

(14)對本地偽碼信號的傅里葉變換結(jié)果和頻移處理結(jié)果進行共軛相乘，并對相乘結(jié)果進行反傅里葉變換處理，得到信號相關(guān)值；

(15)對信號相關(guān)值依次進行取模、非相干累積、最大值選取和粗捕門限判決處理，獲得偽碼相位以及多普勒頻移粗捕結(jié)果。

可選地，步驟(2)具體包括以下子步驟：

(21)根據(jù)多普勒頻移粗捕結(jié)果，對直接序列擴頻離散復(fù)信號進行頻移處理，得到頻移信號；

(22)根據(jù)偽碼相位捕獲結(jié)果調(diào)整本地偽碼信號的相位，使本地偽碼信號與直接序列擴頻離散復(fù)信號對齊；

(23)將頻移信號與對齊后的本地偽碼信號進行分段相關(guān)處理，得到分段相關(guān)值；

(24)對分段相關(guān)值進行補零處理，得到補零分段相關(guān)值；

(25)對補零分段相關(guān)值進行傅里葉變換，并對傅里葉變換結(jié)果進行取模處理，得到傅里葉變換的模值；

(26)選取模值中的最大值，并對該最大值進行細(xì)捕門限判決，根據(jù)通過細(xì)捕門限判決的最大值確定該最大值所對應(yīng)的多普勒細(xì)捕頻率。

由此可見，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明將直擴信號的捕獲分為“粗捕”和“細(xì)捕”兩個階段，其中，第一階段基于并行碼相位搜索算法實現(xiàn)對偽碼相位的捕獲以及多普勒頻移粗捕結(jié)果；第二階段基于分段相關(guān)和傅立葉變換技術(shù)實現(xiàn)對載波頻率的多普勒細(xì)捕。這種兩階段捕獲方法能夠在更低的信噪比容限和高動態(tài)搜索范圍的前提下實現(xiàn)信號的快速捕獲和參數(shù)估計，對現(xiàn)有技術(shù)是一種重要改進。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是直接序列擴頻信號快捕技術(shù)實現(xiàn)典型框圖。

圖中：1-時域并行與多普勒粗捕模塊，2-多普勒細(xì)捕模塊，101-補零單元，102-偽碼生成器，103-fft單元，104-復(fù)共軛變換，105-循環(huán)移位單元，106-ifft單元，107-取模處理單元，108-非相干累加單元，109-最大值選取單元，110-粗捕門限判決單元，111-乘法器，201-多普勒頻移單元，202-延遲單元，203-細(xì)捕門限判決單元。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細(xì)說明。

圖1所示是直接序列擴頻信號快捕技術(shù)實現(xiàn)典型框圖，其包括時域并行與多普勒粗捕模塊1以及多普勒細(xì)捕模塊2。其中，時域并行與多普勒粗捕模塊1利用并行碼相位搜索算法完成碼相位和多普勒頻移粗捕(即第一階段捕獲處理)。時域并行與多普勒粗捕模塊1包括補零單元101、偽碼生成器102、fft單元103、復(fù)共軛變換104、循環(huán)移位單元105、ifft單元106、取模處理單元107、非相干累加單元108、最大值選取單元109、粗捕門限判決單元110和乘法器111。在時域并行與多普勒粗捕模塊1處理結(jié)果的基礎(chǔ)上，多普勒細(xì)捕模塊2能給出更高的多普勒頻移估計精度(即第二階段捕獲處理)。多普勒細(xì)捕模塊2包括多普勒頻移單元201、延遲單元202和細(xì)捕門限判決單元203?；诜侄蜗嚓P(guān)器和fft(fastfouriertransformation，快速傅立葉變換)技術(shù)，多普勒細(xì)捕模塊2完成對載波多普勒頻移的高精度估計。

下面結(jié)合圖1提供一些具體的實施例：

一種直接序列擴頻信號快速捕獲方法，其包括以下步驟：

(1)結(jié)合本地偽碼信號slc(n)，對外部輸入的直接序列擴頻離散復(fù)信號s(n)采用并行碼相位搜索算法進行處理，得到偽碼相位δτ和多普勒頻移粗捕結(jié)果

其中，本地偽碼信號slc(n)由偽碼生成器102以固定速率fc生成，直接序列擴頻離散復(fù)信號s(n)的采樣頻率為fds，s(n)的序列長度為npcs/2，npcs是粗捕階段的fft點數(shù)；

(2)根據(jù)偽碼相位δτ和多普勒頻移粗捕結(jié)果采用分段相關(guān)和傅里葉變換的方法實現(xiàn)載波多普勒細(xì)捕。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，傅立葉變換有多種具體的實現(xiàn)方式，目前廣泛使用的是快速傅立葉變換，本實施例中所謂的傅立葉變換均是采用快速傅立葉變換技術(shù)實現(xiàn)的。

本實施例將直擴信號的捕獲分為“粗捕”和“細(xì)捕”兩個階段，其中，

第一階段基于并行碼相位搜索算法實現(xiàn)對偽碼相位的捕獲以及多普勒頻移粗捕結(jié)果；第二階段基于分段相關(guān)和傅立葉變換技術(shù)實現(xiàn)對載波頻率的多普勒細(xì)捕。這種兩階段捕獲方法能夠在更低的信噪比容限和高動態(tài)搜索范圍的前提下實現(xiàn)信號的快速捕獲和參數(shù)估計，對現(xiàn)有技術(shù)是一種重要改進。

作為一個新的實施例，上述實施例中的步驟(1)具體可以包括以下子步驟：

(11)利用補零處理單元101對直接序列擴頻離散復(fù)信號s(n)進行補零處理，獲得補零信號

szero-pad(n)＝[s(0),s(1),...s(npcs/2-1),0,...,0](1)

其中，補零的數(shù)目為npcs/2個；

(12)對補零信號szero-pad(n)和本地偽碼信號slc(n)分別進行npcs點fft變換，得到

(13)對補零信號的傅里葉變換結(jié)果szero-pad(k)進行循環(huán)移位處理，得到補零信號的頻移處理結(jié)果可表示為

其中，cir(szero-pad(k),l)表示對進行l(wèi)點的循環(huán)移位，若l＞0代表循環(huán)右移l點，若l＜0代表循環(huán)左移l點，l是多普勒粗捕的次數(shù)；

(14)對本地偽碼信號的傅里葉變換結(jié)果slc(k)和頻移處理結(jié)果進行共軛相乘，并對相乘結(jié)果進行ifft(inversefastfouriertransform，反傅里葉變換)處理，得到信號相關(guān)值cl(n)；此處所謂“共軛相乘”是指，將補零信號的頻移處理結(jié)果與本地偽碼傅里葉變換slc(k)的復(fù)共軛進行相乘，或者是將補零信號的頻移處理結(jié)果的復(fù)共軛與本地偽碼的傅里葉變換進行相乘；假設(shè)采用前者相乘方式，則cl(n)可表示為

其中，(slc(k))^*代表slc(k)的復(fù)共軛；

(15)將cl(n)依次通過取模處理單元107、非相干累積單元108、最大值選取單元109和粗捕門限判決單元110，若判決成功，便可獲得偽碼相位捕獲結(jié)果δτ以及多普勒粗捕結(jié)果

本實施例通過fft/ifft技術(shù)實現(xiàn)時域并行搜索，減小了偽碼相位搜索時間；此外，對頻譜進行循環(huán)移位實現(xiàn)頻譜搬移，再進行一次共軛相乘與一次ifft操作，便可實現(xiàn)下一個多普勒頻移搜索，有效降低了多普勒搜索的運算量，減少了處理時間。

作為一個新的實施例，在上述實施例的基礎(chǔ)上，步驟(2)具體可以包括以下子步驟：

(21)根據(jù)多普勒頻移粗捕結(jié)果使用多普勒頻移單元201對直接序列擴頻離散復(fù)信號s(n)進行頻移處理，得到的頻移信號為

(22)根據(jù)偽碼相位捕獲結(jié)果δτ調(diào)整本地偽碼信號的相位，使本地偽碼信號與直接序列擴頻離散復(fù)信號對齊，對齊后的本地偽碼信號為

(23)將頻移信號與對齊后的本地偽碼信號進行分段相關(guān)處理，得到分段相關(guān)值；顯而易見，該分段相關(guān)值是一個數(shù)組；

令相干積分長度為np，分段個數(shù)為nq，則與進行分段相關(guān)的結(jié)果可記為r(n)，n＝0,2,...,nq-1；

(24)對分段相關(guān)值r(n)進行補零處理，得到補零分段相關(guān)值rzero-pad(n)；rzero-pad(n)可表示為

rzero-pad(n)＝[r(0),r(1),...r(nq),0,...,0](6)

其中，rzero-pad(n)中的補零個數(shù)為npfs-nq，npfs是細(xì)捕階段的傅里葉變換點數(shù)；

(25)對補零分段相關(guān)值rzero-pad(n)進行傅里葉變換，并對傅里葉變換結(jié)果進行取模處理，得到傅里葉變換的模值|rzero-pad(k)|；|rzero-pad(k)|可表示為

|rzero-pad(k)|＝|fft(rzero-pad(n))|,k＝0,1,2,...,npfs-1(7)

其中，|rzero-pad(k)|代表對rzero-pad(k)進行取模操作；

(26)選取傅里葉變換模值|rzero-pad(k)|中的最大值rmax，

并將該最大值與判決門限進行對比，如果最大值超過門限，則信號快捕成功；反之，信號快捕失??；快捕成功時，根據(jù)最大值位置即可確定對應(yīng)的多普勒細(xì)捕頻率

該實施例通過分段相關(guān)、補零以及fft變換等技術(shù)，極大地提高了多普勒細(xì)捕的分辨率。

下面分析一下多普勒粗捕模塊1、多普勒細(xì)捕模塊2的偽碼和多普勒估計精度。對于多普勒粗捕模塊1，偽碼估計誤差δτ和多普勒估計誤差的精度為

其中，fc是偽碼速率(即本地偽碼的生成速率)。對于多普勒細(xì)捕模塊2，多普勒細(xì)捕估計誤差的精度為

直擴信號快捕處理的多普勒搜索搜索范圍由fds、npcs和l共同決定，即

假設(shè)fds＝2fc＝20.46mhz、npcs＝4096、np＝512、npfs＝512、l＝41，則|δτ|≤0.25碼片、

顯然，只要選擇合理的工作參數(shù)，本發(fā)明可實現(xiàn)高動態(tài)、低信噪比環(huán)境下的直擴信號快速捕獲和參數(shù)估計。

所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：以上任何實施例的討論僅為示例性的，并非旨在暗示本公開的范圍(包括權(quán)利要求)被限于這些例子；在本發(fā)明的思路下，以上實施例或者不同實施例中的技術(shù)特征之間也可以進行組合，步驟可以以任意順序?qū)崿F(xiàn)，并存在如上所述的本發(fā)明的不同方面的許多其它變化，為了簡明它們沒有在細(xì)節(jié)中提供。

本發(fā)明的實施例旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求的寬泛范圍之內(nèi)的所有這樣的替換、修改和變型。因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何省略、修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。