于口限，将模式控制设为1，表明 在中等信噪比及W上检测到信号，输出频率估计值；否则进行低信噪比条件下的信号检测。
[0028] 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；
[0029] 信道化接收机把整个频带划分成若干个子信道，由于每个子信道的带宽远小于输 入信号的带宽，因此可W采用抽取的方法来降低信号的输出速率，降低对后续处理的压力。
[0030] 为解决D倍抽取多相滤波器组在频域上不连续的问题，可采用重叠一半多相滤波 器组。在运种滤波器组中，低通滤波器ho(n口 1)的截止频率为fs/D通带频率为fs/(2D)， 运样各滤波器之间重叠一半，避免了频域上的不连续，此时其抽取因子为M，则M=D/2。
[0031] 设滤波器的长度为L且L=MK，M和K均为整数，则进行M倍抽取时第k个信道 的输出为
(3)
[0033]显然，其第一个指数项与m无关，可W放在求和号之外，于是上式可写成如下形式 阳03引 为获得多相表示形式，令m=rM-P，0《r《K-1，0《P《D-1，则
[0036] (4)
[0039] 图2给出了信道化器的实现原理框图，重叠一半多相滤波信道化接收机有D个滤 波器组，若M倍抽取时每个滤波器的长度为K，则全部D个滤波器的总长度为DK，运一长度 是低通滤波器hO的2倍，所W要对滤波器补0。重叠一半信道化接收机可W实现全频段覆 盖，但运算量增加一倍，输出数据的速率也增加一倍，采用重叠一半信道化接收机时把混频 放在滤波抽取之后，其滤波是实数滤波，而不是普通正交下变频复数滤波，故滤波时运算量 可减少一半，便于高速实现。
[0040] 步骤四：对每一个并行的子带，采用基于FFT的频域补偿方法，完成深空测控信号 频率的快速捕获，并将频率估计输出送至锁相环。
[0041] 多相滤波信道化接收机并行输出各个子信道，各子信道的FFT可用一个IP核时分 复用实现，同时该FFT核可与多相滤波信道化接收机的IDFT共用（在IP核生成时选择动 态设置参数），各子信道FFT输出进行频域校正，各子信道频域校正输出选择最大值进行判 决后得到频率估计输出。频域校正的具体做法是将多普勒变化率按照一定的步进分档，求 出每一档变化率的频域表达式，并用该频域表达式与子信道的FFT输出进行循环卷积，求 出信噪比后与口限值相比，超过口限值则认为捕获到信号，否则认为没有捕获到信号。
[0042] 假设第k个子信道的信号表达式为：
W44] 其中Ak表示信号幅度；为载波频差，rramp为频率斜升，即单位时间内频率变 化量。则其经FFT变换后输出信号可表示为：
觸
[0046] 可见其表现在频域是一个未知的常数与线性信号之和。可W得到校正信号的表达 式为
微
[0048] 经频域卷积后得到的对消信号表达式为
[0050] 上式表明当校正参数与实际多普勒变化率接近的时候，可W获得最大的信噪比， 从而完成深空测控信号捕获。
【主权项】
1. 一种用于深空测控信号的快速捕获方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一：接收深空测控信号经过宽带抗混叠滤波器后，再通过A/D变换为数字信号； 步骤二：对深空测控信号进行数字下变频和降采样处理，对降采样的信号进行FFT变 换，并在频域进行信号检测，从而完成中等信噪比40dB/Hz以上情况的信号捕获；对于较低 信噪比的深空测控信号的捕获，则进入步骤三； 步骤三：采用多相滤波信道化接收机将深空测控信号进一步进行并行下变频和降采样 处理，将其划分为多个并行的子带； 步骤四：对每一个并行的子带，采用基于FFT的频域校正的方法，完成深空测控信号频 率的快速捕获，并将频率估计输出送至锁相环。2. 如权利要求1所述的一种用于深空测控信号的快速捕获方法，其特征在于：其采用 的是常用的BPSK-PM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。3. 如权利要求1所述的一种用于深空测控信号的快速捕获方法，其特征在于：所述多 相滤波信道化接收机射频前端下变频后输出的中频信号用以下公式表示：其中：A表示信号幅度；f。为主载波中心频率；Kpm表示调相指数;Ani表示调制在副载波 上的BPSK信号；匕为副载波频率，其取值远小于主载波中心频率；Gffset为主载波频偏；rMnip 为频率斜升，即单位时间内频率变化量；和卟分别为PM调制的初相位和副载波的初相 位。4. 如权利要求1所述的一种用于深空测控信号的快速捕获方法，其特征在于：所述 FFT输出的信噪比SNRO为： SNRO = SNRI-IO^loglO(B) (2) 其中，B为FFT的频率分辨率，SNRI为输入信噪比； 对于中等信噪比，假设降采样后的采样速率为fs，FFT点数为N，则FFT的频率分辨率为 B = fs/N，如果FFT输出的信噪比SNRO满足大于18dB以上，则可以获得99%的捕获概率； 此时设定一个信噪比门限值，将SNRO与其相比，如果大于门限，将模式控制设为1，表 明在中等信噪比及以上检测到信号，输出频率估计值；否则进行低信噪比条件下的信号检 测。5. 如权利要求1所述的一种用于深空测控信号的快速捕获方法，其特征在于：所述频 域校正的具体做法是将多普勒变化率按照一定的步进分档，求出每一档变化率的频域表达 式，并用该频域表达式与子信道的FFT输出进行循环卷积，求出信噪比后与门限值相比，超 过门限值则认为捕获到信号，否则认为没有捕获到信号。
【专利摘要】本发明提供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。本发明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。根据本发明能显著提高深空测控信号捕获性能，具有实用价值和应用前景。
【IPC分类】H04L27/00, H04L27/20
【公开号】CN105429918
【申请号】CN201510697049
【发明人】刘晗超, 陆文斌, 谢晔, 向前, 李惠媛
【申请人】上海航天测控通信研究所
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月23日