一种长码扩频信号的快速捕获方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于扩频通信领域，特别设及卫星导航系统中频采样长码扩频信号的一种 快速捕获方法。
【背景技术】
[0002] 直接序列扩频系统是目前使用最广泛的抗干扰通信系统，将待发送的信息用伪随 机序列扩展到很宽的频带上，系统射频带宽比原始信号带宽要宽很多；接收端采用与发送 端相同的伪随机序列对接收信号进行相关处理，恢复出原始信息。由于直接序列扩频系统 具有非常好的抗干扰能力，在很多军用和民用领域，如全球定位系统(GPS)、CDMA/WCDMA移 动通信系统、跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)等，都得到了非常广泛的应用。
[0003] 在直接序列扩频系统接收端，对扩频码信号的捕获是信号解调的前提。首先判断 接收信号与本地扩频码相位差大小，若不满足捕获要求，则调整时钟再进行捜索，直到收发 相位差小于一个码元时，停止捜索进入跟踪状态。对捕获到的信号进行跟踪，并进一步减小 收发相位差到要求的误差范围内，W满足信号解调的需要。与此同时，不断对同步信号进行 检测，一旦发现同步信号丢失，马上进入初始捕获阶段。典型的扩频码捕获结构如图1所示。
[0004] 在直接序列扩频系统中，长度较短的扩频序列(如GPS系统中长度为1023位的民用 C/A码)信号易被侦收、分析、干扰和欺骗，在许多扩频系统中，为了提高抗干扰/防欺骗能 力，一般采用长周期扩频序列，比如GPS系统的P码长度超过2 42位，码周期大约为7天，相比于 C/A码，长周期扩频码具有抗干扰能力强、防欺骗和定位精度高的优点。
[000引常用的扩频信号捕获方法，包括滑动相关法、同步头法、发射参考信号法、匹配滤 波器法等，对周期较短的扩频序列是有效的，但是对于长码扩频信号，如GPS系统P码，运些 方法由于捕获速度慢而制约了接收机的性能。
[0006] 由于长码扩频信号在抗干扰、抗欺骗方面的优点，其应用领域越来越广泛，对于长 码扩频信号的捕获，常见的信号捕获方法包括：
[0007] XFAST 算法
[000引XFAST算法原理如图2所示，采集中频输入信号序列长度为L，本地参考码长度为L XM，将本地码分成M个子序列，对每个长度为L的子序列进行算术合并（重叠），叠加的码序 列和输入信号长度都是L，使用FFT技术完成频域捕获捜索。
[0009] 但是各区段叠加的码片之间存在一定的互相关性，叠加操作将产生背景噪声，降 低信噪比;此外接收信号的数据调制使XFAST算法受到信号极性翻转的影响，进一步降低了 信噪比。
[0010] 基于并行相关器的方法
[0011] 基于并行相关器的捕获原理如图3所示，利用FF門尋二维捜索转换为一维捜索，提 高了捕获速度。
[0012] 但是在接收机不确定时间误差的情况下，并行相关器的并行度决定了捕获时间， 增大并行相关器的规模会成倍的增加功耗和硬件资源开销;与XFAST算法类似，调制数据极 性翻转会导致相干积累增益降低，降低系统的信噪比。
[0013] 基于FFT的并行相关捕获算法
[0014] 基于FFT的并行相关捕获算法原理如图4所示，利用FFT代替大规模并行相关器，降 低计算量从而提高了速度。
[001引但对于周期较长的扩频信号来说，FFT的点数是难W接受的；时间上的不确定性对 应码段不是周期序列，该方法不适用;此外未考虑接收信号存在频偏的情况，较大的频偏会 导致相关峰过小从而增加口限检测的漏报概率。
[0016] 综上，现有长码扩频信号捕获方法存在信噪比降低、运算量大、硬件复杂度高、捕 获时间长、漏报概率高等问题。
【发明内容】
[0017] 本发明所要解决的技术问题是:针对上述存在的问题，提供一种降低捜索算法复 杂度、提高捕获速度的长码扩频信号的快速捕获方法及装置。
[0018] 本发明提供的长码扩频信号的快速捕获方法，包括：
[0019] 步骤1:将信号接收机接收到的长码扩频信号下变频到中频，得到中频信号s(t)， 对中频信号采样后得到中频采样信号s(n);
[0020] 步骤2:对中频采样信号s(n)进行载频分析得到中频采样信号s(n)的载频/c.
[0021 ] 步骤3:用载频调制扩频序列p(n)得到中频长码扩频调制序列piF(n);
[0022] 步骤4:将中频采样信号s(n)分为M个数据分块：s(n) = ki(n)，s2(n)，-|，si (n)，.''，SM(n)];
[0023] 步骤5:将长码扩频调制序列piF(n)与数据分块31(11)，1 = 1、2、...、1，进行相关运 算;确定相关峰值最大的数据分块，令该数据分块为S^n);
[0024] 步骤6:确定长码扩频调制序列piF(n)与数据分块S^n)的相关峰值Y化)和相位偏 移1。
[0025] 进一步，步骤3中长码扩频调制序列AV (") = M")cxp(./2；r尤"M'')其中AT为采样 时间间隔。
[0026] 步骤5进一步包括：
[0027] 步骤51:分别对长码扩频调制序列piF(n)、各个数据分块31(11)，1 = 1、2、-，、1，进行 快速傅里叶变换:P(f)=FFT(pIF(n));Si(f)=FFT(si(n))，i = l、2、…、M;
[0028] 步骤52:确定相关峰值最大的数据分块，令其为3^11):
[0029] max(IDFT(P(f) ? Si(f)H))，i = l、2、...、M。
[0030] 所述步骤6进一步包括:相关峰值Y化）=max{IFFT(P(f) ? Sj(f)H)}，相位偏移I为 使得相关值IFFT(P(f) ? Sj(f)H)取Y化)时的偏移量。
[0031] 进一步，步骤4中，至少第1~M-I个数据分块的长度为L或L的整数倍;L = LpXfs/ fr，式中Lp为本地长码扩频序列p(n)的长度，fs为采样频率，fr为所述长码扩频信号的码率。
[0032] 本发明中长码扩频信号的快速捕获装置，包括：
[0033] 中频采样单元，用于将信号接收机接收到的长码扩频信号下变频到中频，得到中 频信号s(t)，对中频信号采样后得到中频采样信号s(n);
[0034] 载频分析单元，用于对中频采样信号s(n)进行载频分析得到中频采样信号s(n)的 载频义.
[0035] 长码扩频序列调制单元，将扩频序列p(n)使用载频调制得到中频长码扩频调制 序列piF(n);
[0036] 中频采样信号分块单元，用于将中频采样信号s(n)分为M个数据分块:s(n) = [SI (n)，S2(n)，...，si(n)，…，SM(n)];
[0037] 相关峰数据块捜索单元，用于将长码扩频调制序列piF(n)与数据分块si(n)，i = l、 2、…、M，进行相关运算;确定相关峰值最大的数据分块，令该数据分块为S^n);
[0038] 单块数据捕获单元，用于确定长码扩频调制序列piF(n)与数据分块S^n)的相关峰 值Y(k)和相位偏移1。
[0039] 进一步，长码扩频序列调制单元利用公式,",，W = "Ar)计算长码 扩频调制序列，其中AT为采样时间间隔。
[0040] 进一步，相关峰数据块捜索单元包括：
[0041] 快速傅里叶变换子单元，用于分别对长码扩频调制序列piF(n)、各个数据分块Si (n)，i = l、2、…、M，进行快速傅里叶变换:P(f) =FFT(PifU) );Si(f) =FFT(SiU) )，i = l、
[0042] 相关运算子单元，用于确定相关峰值最大的数据分块，令其为3^1〇:
[004引 max(IDFT(P(f) ? Si(f)H))，i = l、2、...、M。
[0044]进一步，所述单块数据捕获单元进一步用于：用于利用公式Y(k)=max{IFFT(P (f) ? S如)H)}计算数据分块3加)的相关峰值，相位偏移1为使得相关值IFFT(P(f) ? Sj(f )")取如1〇时的偏移量。
[004引进一步，至少第1~M-I个数据分块的长度为L或L的整数倍;L = Lp Xfs^r，式中Lp 为本地长码扩频序列p(n)的长度，fs为采样频率，片为所述长码扩频信号的码率。
[0046] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0047] 本发明将接收到的长码扩频信号进行分块，然后利用接收机本地的长码扩频序列 分别与各个数据分块分别进行相关运算，然后在捜索到的单块数据中完成精确捕获，并通 过频域捜索方法降低算法复杂度，实现长码扩频信号的快速捕获，降低了捕获算法的复杂 度，有效缩短了捕获时间。
【附图说明】
[0048] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0049] 图1为典型的扩频信号捕获框图；
[0050] 图2为XFAST捕获算法原理框图；
[0051 ]图3为基于并行相关器的捕获原理框图；
[0052] 图4为基于FFT并行捕获原理框图；
[0053] 图5为