、多普勒码偏/频偏修正方案
[0076] 在本发明的固定站与移动站通信的实施例中，由于移动站所处载体（例如车辆、 飞机等）的运动，以及在借助卫星通信时，卫星沿轨道的运动，都会导致多普勒码偏/频偏。
[0077] 为此，在图3所示的扩频信号捕获系统中包括一多普勒计算模块，用以计算多普 勒码偏/频偏。具体地，多普勒计算模块从卫星导航授时模块接收位置、速度、时间等信息， 计算多普勒码偏/频偏△ f，并将计算所得的多普勒码偏/频偏△ f输出给相应的码钟NCO/ 载波NCO。
[0078] 多普勒码偏/频偏Λ f的计算公式为：
[0080] 其中：
[0081] fT :发射信号标称频率；
[0082] f ::收发两端相对速度矢量，
[0083] 发送端速度；
[0084] V,:接收端速度；
[0085] 沿从接收端指向发送端的直线方向的单位矢量
[0086] 发送端位置矢量；
[0087] ur:接收端位置矢量；
[0088] H ?收发之间的距离；
[0089] G :相对速度矢量沿到接收端的连线的径向分量；
[0090] c :电磁波传播速度。
[0091] 需要说明的是，根据应用场合不同，发送端和接收端的速度矢量E、；；的获得方 式不同：
[0092] 对于不经过卫星的通信链路，速度矢量可通过卫星导航系统（例如，GPS/北斗）获 得；
[0093] 对于经由卫星的通信链路，其中，卫星的速度矢量;可根据卫星星历（例如，卫星 所处的轨位、坐标、速度等参数）对卫星位置;;近似求导计算获得：
[0095] 还需要说明的是，当fT是载波信号的标称频率时，上述公式计算的是多普勒频偏； 当fT是扩频码信号的标称频率时，上述公式计算的就是多普勒码偏。
[0096] 利用上述公式获得的多普勒码偏和频偏，被分别输入到码钟NCO和载波NCO模块 进行多普勒偏差修正。
[0097] 以多普勒频偏的修正为例，如果是发送端，计算所得的多普勒频偏被输入到载波 NC0,载波NCO的修正参见图6。图6是发送端载波多普勒频偏的修正示意图。
[0098] 如果是接收端，计算所得的多普勒频偏被输入到载波NC0,载波NCO的修正参见图 7。图7是接收端载波多普勒频偏的修正示意图。
[0099] 2、钟差修正方案
[0100] 对于收发两端的钟差造成的码偏和频偏，利用卫星导航授时模块输出的IPPS即 使在长时间的情况下也具有较好稳定性的特点，测定两个IPPS之间时钟输出的脉冲个数， 据此推算出钟差，继而在码钟和载波生成时予以预偏纠正，即可消除钟差造成的码钟偏差 和载波频偏。
[0101] 具体地，参见图8所示的钟差修正示意图。如图8所示，钟差测量模块包括脉冲计 数器和加权平均滤波模块。
[0102] 脉冲计数器接收系统时钟并从卫星导航授时模块接收1PPS，并对两个IPPS之间 的系统时钟的脉冲个数进行计数，以测定系统时钟频率的漂移。
[0103] 加权平均滤波模块接收脉冲计数器测定的系统时钟的频率漂移，并对频率漂移这 个结果进行滤波平均，输出钟差。加权平均滤波模块的作用是提高脉冲计数的精度。
[0104] 例如,系统时钟fsys的标称值为IOMHz，经脉冲计数器和加权平均滤波模块的处理 之后，得到钟差+10Hz，于是，实际测定的系统时钟fsys为ΙΟΜΗζ+Ι0Hz。
[0105] 经加权平均滤波模块处理的钟差被输入到码钟NCO和载波NC0,用以在生成码钟 和载波频率时进行预偏纠正，从而消除钟差造成的码钟偏差和载波频偏。
[0106] 对于上述示例而言，载波NCO合成时系统时钟fsys取为10. 00001MHz。
[0107] 载波NCO输出频率的计算公式为：
[0109] 其中，fsys为系统时钟；FTW为频率控制字；N为相位累加器长度。
[0110] 以上钟差消除方案，同样地适用于收发两端--固定站和移动站。
[0111] 在同步了收发两端码相位并消除了码钟偏差和载波频偏的基础上，即实现了对扩 频信号的捕获。从以上记载的实施例可以看到，本发明提供的基于卫星导航系统授时功能 的方案大大缩短甚至省去了码相位搜索环节，大大节省了计算量，同时还可以省去极其占 用硬件资源的匹配滤波器，实现了扩频信号的快速捕获，提高了通信效率，对于通信时间较 短的突发性通信尤其有利。
[0112] 需要说明的是，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个 其他实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代 替其他实施方式的特征。
[0113] 以上所述的【具体实施方式】是用于帮助理解本发明的目的、技术方案和有益效果， 应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明的保护范围， 凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种扩频信号捕获系统，其特征在于，该系统包括： 卫星导航授时模块，输出载体位置、速度和时间信息，所述时间信息包括世界协调时、 秒脉冲； 触发逻辑模块，接收卫星导航授时模块输出的世界协调时、秒脉冲，并以世界协调时作 为时间基准，以秒脉冲作为输入信号，生成触发信号，以触发生成扩频码； 钟差测量模块，接收卫星导航授时模块输出的秒脉冲，计算钟差；和 多普勒计算模块，接收卫星导航授时模块输出的载体位置、速度和时间信息，计算载体 相对运动造成的多普勒偏差。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括： 码相位差计算模块，其根据卫星导航授时模块输出的载体位置、速度和时间信息，计算 链路传输时延AT，并将计算所得的链路传输时延AT输出给所述触发逻辑模块。3. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述移动站作为发射端时，在世界协调时 指示的时刻提前AT的时间触发生成扩频码；当所述移动站作为接收端时，在世界协调时 指示的时刻延迟AT的时间触发生成扩频码并开始与接收信号进行相关解调。4. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述钟差测量模块包括： 脉冲计数器，其接收系统时钟和所述卫星导航授时模块输出的秒脉冲，并对两个秒脉 冲之间的系统时钟的脉冲个数进行计数；和 加权平均滤波模块，其对所述脉冲计数器的输出结果进行滤波平均，输出钟差。5. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述钟差测量模块输出的钟差和所述多普 勒计算模块输出的偏差，分别输入至码钟数字控制振荡器和载波数字控制振荡器，用以在 生成码钟和载波时进行预偏纠正。6. -种扩频信号捕获方法，其特征在于，该方法包括： 接收来自卫星导航授时模块的载体位置、速度和时间信息，所述时间信息包括世界协 调时、秒脉冲； 以所述世界协调时作为时间基准，以所述秒脉冲作为输入信号，生成触发信号，以触发 生成扩频码； 利用所述秒脉冲，计算钟差； 利用所述载体位置、速度和时间信息，计算载体相对运动造成的多普勒偏差。7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括： 根据所述载体位置、速度信息和时间信息，计算链路传输时延△ T，所述链路传输时延 A T用于与所述世界协调时结合使用，生成触发信号，以触发生成扩频码。8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，在发射时，在世界协调时指示的时刻提前 AT的时间触发生成扩频码；在接收时，在世界协调时指示的时刻延迟AT的时间触发生成 扩频码并开始与接收信号进行相关解调。9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计算钟差包括： 对两个秒脉冲之间的系统时钟的脉冲个数进行计数； 对计数结果进行滤波平均，以输出钟差。10. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述钟差和所述载体相对运动造成的多普 勒偏差用于在生成码钟和载波时进行预偏纠正。
【专利摘要】本发明提供一种扩频信号捕获系统和方法，用于直接序列扩频通信，其包括：卫星导航授时模块，输出载体位置、速度和时间信息，时间信息包括世界协调时、秒脉冲；触发逻辑模块，接收卫星导航授时模块输出的世界协调时、秒脉冲，并以世界协调时作为时间基准，以秒脉冲作为输入信号，生成触发信号，以触发生成扩频码；钟差测量模块，接收卫星导航授时模块输出的秒脉冲，计算钟差；和多普勒计算模块，接收卫星导航授时模块输出的位置、速度、时间信息，计算载体相对运动造成的多普勒偏差。基于卫星导航系统的授时功能，本发明能够实现扩频信号的快速捕获，不需要占用大量的硬件资源，通信效率高，对于通信时间较短的突发性通信尤其有利。
【IPC分类】H04B1/7075, G04G3/00, G04R20/02
【公开号】CN105099498
【申请号】CN201410213585
【发明人】张 杰
【申请人】中国科学院国家天文台
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月20日