一种扩频数字接收机信号闪断快速捕获方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及到扩频数字接收机的设计领域，特指一种扩频数字接收机信号闪断快速捕获方法。
【背景技术】
[0002]当前，在卫星测控体制中广泛使用扩频技术。在空间使用的扩频接收机，不仅可以实现具备较高的灵敏度和抗干扰性能的通信系统，还可以完成高精度的测量定轨等功能。由于电离层抖动、以及飞行器姿态翻转等因素会引起接收机信号的突然短暂中断(闪断)。扩频接收机在锁定后，遇到这种信号闪断的情况，可能导致接收机失锁，而在信号本身动态较大的情况下失锁更容易发生。
[0003]信号闪断时，其正常信号的中断时间可能达到几毫秒或几十毫秒，此时接收机跟踪环路相关器输出结果必然是错误的值，基于错误相关结果的鉴频、鉴相误差会误导环路，导致环路偏离。中断时间越长，偏离越大，另外如果信号多普勒较大，跟踪环路与信号的偏离就更大，在信号恢复正常后，接收机很难继续保持对信号的跟踪从而失锁，甚至由于载波频率或码相位、码速率已经偏离正确值而使接收机进入假锁工作状态。
[0004]接收机因失锁重捕而增加了热启动状态下的通信建立时间，在弱信号高灵敏度条件下，接收机捕获重捕时间往往较长，达到10秒以上，在空间或军事应用中可能错过重要的通信窗口，无法满足空间通信的任务需求。所以，有必要针对这种应用背景进行接收机环路的快速恢复机制的设计，使接收机满足此类应用需求。目前，业内没有针对性的解决信号闪断条件下，接收机快速恢复锁定或保持持续锁定的问题。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种易实现、可靠性好、适用范围广的扩频数字接收机信号闪断快速捕获方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种扩频数字接收机信号闪断快速捕获方法，其步骤为:
[0008]S1:接收机锁定状态下启动对跟踪环路工作状态的实时检测机制；
[0009]S2:若检测到环路正在往偏离信号的方向运行，则使偏离计数器自加，进入步骤
S3;否则，若信号闪断标志置位，进入步骤S5 ;信号闪断标志未置位，则备份跟踪环路输出量，回到步骤S1 ;
[0010]S3:若偏离计数器值超过预设门限A，则认为环路失锁，接收机将失锁，结束；否贝1J，若偏离计数器值超过预设门限B，其中B〈A，则判断为信号中断，进入步骤S4 ;否则，回到步骤S1 ；
[0011]S4:置位信号闪断标志，继续运行跟踪，但停止环路自身的刷新修正过程，回到步骤S1 ；
[0012]S5:环路工作态势趋向于接近信号，即收敛，判断信号闪断进程结束，信号已恢复正常，再次进入了接收机；清除信号闪断标志，清零偏离计数器；
[0013]S6:载入环路未偏离时备份的环路输出量，重启跟踪过程；
[0014]S7:省去接收机捕获过程，直接进入跟踪阶段，完成对中断后信号的快速捕获。
[0015]作为本发明的进一步改进:所述步骤S1和S2中，实时检测机制的方法为:接收机解扩后信号能量的实时积分计算值，与持续对该值进行低通滤波后的结果进行对比，若实时计算值大于低通滤波后结果，则认为环路正在接近信号。
[0016]作为本发明的进一步改进:所述步骤S1和S2中，实时检测机制的方法为:基于超前滞后码环的接收机，其解扩后当前路P路实时积分能量值，与超前E路或滞后L路实时积分能量值进行对比，若P路能量值大于E路及L路，则认为环路正在接近信号。
[0017]作为本发明的进一步改进:所述步骤S2中，当检测到环路没有偏离信号时，备份此时环路输出量，包括信号实时载波频率、扩频码速率。
[0018]作为本发明的进一步改进:所述步骤S3中，预设了最大持续可偏离门限A，环路持续偏离次数超过A后，认为跟踪将无法恢复对信号的锁定，接收机失锁；预设了最小偏离门限B，认为在信号未中断情况下，环路最大可能出现的持续偏离次数，偏离次数小于B，认为信号未中断。
[0019]作为本发明的进一步改进:所述门限A，B根据接收机性能要求和跟踪环路技术参数来设置，或者根据接收机跟踪环路实际测试结果来预设。
[0020]作为本发明的进一步改进:所述步骤S4中，在判断信号中断后，停止环路利用其输出量来自我修正，认为此时的输出量是错误的。
[0021]作为本发明的进一步改进:所述步骤S5、S6、S7中，当检测到环路工作态势趋向于接近信号时，载入环路未偏离时备份的环路输出量，重新启动跟踪过程，载波环将以具有大动态牵入能力的锁频环模式运行，码环也以相应的滤波带宽运行，保证信号从跟踪直接牵入，收紧环路带宽完成对信号的稳定跟踪。
[0022]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0023]1、本发明的扩频数字接收机信号闪断快速捕获方法，在复杂或恶劣应用环境下，无线信号可能短暂中断，接收机如何在信号短暂中断后，可以不需要信号的重新捕获而快速恢复接收机正常锁定状态，从而节省通信建立时间。
[0024]2、在军用或宇航等复杂或恶劣环境下，通信信号可能出现闪断现象。在信号发生闪断时，本发明使得接收机能够快速完成对信号的重捕和锁定，从而大为缩短了通信重建时间，增强接收机的鲁棒性而提高产品在复杂恶劣场景下的应用能力。
[0025]3、本发明的扩频数字接收机信号闪断快速捕获方法，可以在信号中断50ms内实现接收机环路的快速锁定，相对常规的大于2s钟的单通道锁定时间，降低了由于信号闪断或者短时异常干扰情况下的通信中断概率。
[0026]4、本发明的扩频数字接收机信号闪断快速捕获方法，实现简单、可以广泛适用于各类基于载波环、码环的扩频接收机。
【附图说明】
[0027]图1是本发明的流程示意图。
[0028]图2是本发明具体实例中在某型号星载高灵敏度接收机上的应用示意图。
【具体实施方式】
[0029]以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0030]如图1所示，本发明的扩频数字接收机信号闪断快速捕获方法，其步骤为:
[0031]S1:接收机锁定状态下启动对跟踪环路工作状态的实时检测机制；
[0032]S2:若检测到环路正在往偏离信号的方向运行(环路发散)，则使偏离计数器自加，进入步骤S3。否则，若信号闪断标志置位，进入步骤S5 ;信号闪断标志未置位，则备份跟踪环路(载波环，码环)输出量(载波频率值，码速率值)，回到步骤S1 ;
[0033]S3:若偏离计数器值超过预设门限A，则认为环路失锁，接收机将失锁，结束。否贝1J，若偏离计数器值超过预设门限B(B〈A)，则判断为信号中断(闪断)，进入步骤S4。否则，回到步骤S1 ;
[0034]S4:置位信号闪断标志，继续运行跟踪，但停止环路自身的刷新修正过程(认为此时环路输出量是错误的)，回到步骤S1;
[0035]S5:环路工作态势趋向于接近信号(收敛)，可以判断信号闪断进程结束，信号已恢复正常，再次进入了接收机。清除信号闪断标志，清零偏离计数器；
[0036]S6:载入环路未偏离时备份的环路输出量(载波频率值，码速率值)，重启跟踪过程;
[0037]S7:省去接收机捕获过程，直接进入跟踪阶段，从而完成对中断后信号的快速捕获(跟踪快速锁定)。
[0038]在上述步骤S1和S2中，使用了环路工作状态的实时检测机制，该检测机制能够辨别环路正在偏离信号，或是环路正在正常跟踪信号。
[0039]环路收敛后，由于背景噪声的影响，接收机环路输出参量会在信号真实值附近波动，当环路输出参量接近于信号真实值时，基于该参量进行积分解扩和解调，得到的积分能量会大于环路输出参量偏离信号真实值时的能量。在有用信号已经中断的情况下，环路输出参量必然开始持续的偏离信号真实值，此时这种偏离将在接收机跟踪解调过程中某些实时能量上反映出来。
[0040]在具体应用实例中，检测机制的具体方法可以根据接收机具体使用跟踪环路的不同而异，包括但不限于以下方法:
[0041]1:接收机解扩后信号能量的实时积分计算值，与持续对该值进行低通滤波后的结果进行对比，若实时计算值大于低通滤波后结果，则认为环路正在接近信号。
[0042]I1:基于超前滞后码环(Early Punctual Late Delay-Lock-Loop 以下简称EPL-DLL)的接收机，其解扩后当前路P路实时积分能量值，与超前E路或滞后L路实时积分能量值进行对比，若P路能量值大于E路及L路，则认为环路正在接近信号。
[0043]在上述步骤S2中，当检测到环路没有偏离信号时，应备份此时环路输出量，包括信号实时载波频率、扩频码速率。
[0044]在上述步骤S3中，预设了最大持续可偏离门限A，环路持续偏离次数超过A后，认为跟踪将无法恢复对信号的锁定，接收机失锁；预设了最小偏离门限B，认为在信号未中断情况下，环路最大可能出现的持续偏离次数，偏离次数小于B，认为信号未中断。其中，门限A，B可根据接收机性能要求和跟踪环路技术参数来设置，也可根据接收机跟踪环路实际测试结果来预设。
[0045]在上述