一种用于深空测控信号的快速捕获方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于深空测控技术领域，具体地设及一种用于深空测控信号的快速捕获方 法。
【背景技术】 阳〇〇引深空探测指对太阳系内除太阳、地球外的各大行星及卫星、小行星、曽星的探测W及对太阳系W外的银河系乃至整个宇宙的探测，其主要目的是开发和利用空间资源，发展 空间技术，进行科学研究，探索太阳系和宇宙的起源，扩展人类的生存空间，为人类社会的 长期可持续发展服务。
[0003] 深空测控通信系统对在2xl06kmW外的空间探测器进行通信、测量和控制，其主 要功能是：跟踪、外测、遥测、指令控制和数传（TTC&DT)。在深空探测器的整个飞行过程中， 需要对其测控W保证其飞行轨道的准确，而在进入探测过程W后，需要传回探测信息。它是 深空探测的唯一信息线，至关重要，与其它测控系统相比其重要性更加突出。不同于现有的 中近空地基测控系统、天基测控系统、遥感地面接收站和卫星通信站，深空测控通信系统有 着自己的特点和特殊技术问题。由于通信的距离很远，所W与此相关的技术问题总是处于 测控通信技术发展的最前沿。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种用于深空测控信号的快速捕获方法，能够完成对大多普勒频移 条件下深空测控信号的快速捕获。为了实现发明目的，本发明提出的方法包括：
[0005] 1、首先对深空测控信号进行数字下变频和降采样处理，使得采样速率满足采样定 理，对降采样的信号进行FFT变换，并在频域进行信号检测。
[0006] 2、其次采用多相滤波信道化接收机将测控信号进一步进行并行下变频和降采样 处理，将不确定范围较大的测控信号划分为多个并行的子带。
[0007] 3、最后对每一个并行的子带，采用基于FFT的频域补偿方法，完成测控信号频率 的快速捕获，并将频率估计输出送至锁相环。
[0008] 具体地，根据本发明的一个方面，提供一种用于深空测控信号的快速捕获方法，包 括如下步骤：
[0009] 步骤一：接收信号经过宽带抗混叠滤波器后，经过A/D变换为数字采样信号；
[0010] 步骤二：对深空测控信号进行数字下变频和降采样处理，使得采样速率满足采样 定理，对降采样的信号进行FFT变换，并在频域进行信号检测。此步骤可完成中等信噪比 (40地/Hz)W上情况的信号捕获；
[0011] 步骤S:如果FFT变换输出没有检测到信号，表明信号不存在或信噪比较低，此时 采用多相滤波信道化接收机将测控信号进一步进行并行下变频和降采样处理，将不确定范 围较大的测控信号划分为多个并行的子带；
[0012] 步骤四：对每一个并行的子带，采用基于FFT的频域补偿方法，完成测控信号频率 的快速捕获，并将频率估计输出送至锁相环。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明提供的深空测控信号的快速捕获方法的原理示意图；
[0014] 图2示出本发明采用的多相滤波信道化接收机。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图给出本发明实施例的详细说明和【具体实施方式】：各实施例W本发明 所述技术方案为前提进行实施，给出详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于 W下实施例。
[0016] 图1是本发明提供的深空测控信号的快速捕获方法的原理示意图。接收信号经过 宽带抗混叠滤波器后，经过A/D变换为数字采样信号。首先对深空测控信号进行数字下变 频和降采样处理，使得采样速率满足采样定理，对降采样的信号进行FFT变换，并在频域进 行信号检测；其次采用多相滤波信道化接收机将测控信号进一步进行并行下变频和降采样 处理，将不确定范围较大的测控信号划分为多个并行的子带；最后对每一个并行的子带，采 用基于FFT的频域补偿方法，完成测控信号频率的快速捕获，并将频率估计输出送至锁相 环。具体地，根据本发明提供的所述方法的整个过程如下：
[0017] 步骤一：接收信号经过宽带抗混叠滤波器后，经过A/D变换为数字采样信号；
[0018] 步骤二：对深空测控信号进行数字下变频和降采样处理，使得采样速率满足采样 定理，对降采样的信号进行FFT变换，并在频域进行信号检测。此步骤可完成中等信噪比 (40地/Hz)W上情况的信号捕获。
[0019] BPSK-PM是常用的深空通信体制，BPSK-PM信号的副载波采用BPSK调制方式，主载 波采用PM调制方式。考虑到经深空信道传输时收发两端的本振频率差和多普勒效应等因 素，接收机射频前端下变频后输出的中频信号（省略信道加信噪声），可表示为：
阳02U其中：A表示信号幅度；fc为主载波中屯、频率；KPM表示调相指数；Am表示调制在 副载波上的BPSK信号；fm为副载波频率，其取值远小于主载波中屯、频率；foffset为主载 波频偏；rramp为频率斜化即单位时间内频率变化量；W和瞬分别为PM调制的初相位和 副载波的初相位。
[0022] PM调制是一种残留载波调制方式，信号频谱中存在较大的主载波分量，成功捕获、 跟踪主载波是深空应答机工作的基础。然而在信号捕获阶段，往往没有频率的先验信息或 者频差很大，因此，需要大范围的频率捜索，大范围快速频率捜索一般采用非参数化估计方 法。一个直接简单而有效的单点频率估计方法是标准周期图估计法，而基于周期图估计的 FFT算法可W实现高效的并行运算，使得快速捕获成为可能。
[0023] 在采用基于FFT算法进行频偏捕获分析时，扫频对FFT分析带来的影响在于在一 个FFT分析周期（包括FFT变换W及相应的多次视频平均过程）内，输入信号并非一个带 宽为无限小的单音信号，而是一个具有一定频率范围的窄带信号，信号带宽等于FFT分析 周期与扫频速率的乘积，当信号带宽大于FFT的分辨率带宽时，就会带来FFT分析的信噪比 恶化，影响FFT分析性能甚至无法分析出正确的频率位置。
[0024] 同时根据参数分析可知：假设FFT的频率分辨率为B，输入信噪比为SNRI，则FFT 输出的信噪比SNRO为： 阳0巧]SNRO=SNRI-10*logl0 度） 似
[0026] 据此，要提高FFT输出信噪比，在输入信噪比一定的情况下，就必须减小FFT的频 率分辨率B。减小频率分辨率的方法有两种：一是保持信号采样速率不变，增加FFT的点数； 另外是保持FFT点数不变，采用频域扫描的方法，降低输入FFT的信号采样速率。
[0027] 对于中等信噪比，假设降采样后的采样速率为片，FFT点数为N，则FFT的频率分辨 率为B=fVN，如果FFT输出的信噪比SNRO满足大于18地W上，则可W获得99%的捕获概 率。此时设定一个信噪比口限值，将SNRO与其相比，如果大