一种高检测率北斗三号卫星RDSS业务出站信号捕获方法

一种高检测率北斗三号卫星rdss业务出站信号捕获方法
技术领域
1.本发明涉及卫星通信技术，特别涉及北斗三号卫星rdss业务出站信号的捕获技术。


背景技术：

2.北斗三号geo卫星rdss业务出入站信号在完全保留北斗二号rdss出入站信号的基础上，为用户提供定位报告、双向定时、报文通信等功能服务。新体制rdss业务出站信号民用信号包括导频支路s2c_p与电文支路s2c_d，两路信号为uqpsk调制关系。
3.地面接收机与卫星之间存在相对运动造成卫星信号产生多普勒频移和码相位偏移，导致地面接收信号的载波频率和码相位与发射信号不一致。为了为用户提供服务，地面接收机需要实现对卫星出站信号(下称目标信号)的可靠捕获，即初步对载频偏差与码相位偏差做出估计，消除相对运动带来的影响。在卫星信号接收技术中，捕获的结果为后续的跟踪、解调打下基础，能够快速准确地完成捕获是接收机性能的一项重要指标。
4.初始捕获的信号由于虚警概率较高，噪声对捕获结果的影响较大，因此信号单次捕获成功概率低，无法满足系统对目的信号的捕获要求。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是，在信号强度较大时，提出一种使用多次检测的办法提高整体的捕获概率，降低虚警概率的北斗三号卫星rdss业务出站信号捕获方法。
6.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种高检测率北斗三号卫星rdss业务出站信号捕获方法，包括步骤：
7.分段相关积分步骤：将输入的k路序列长度l的基带信号并行地与产生的本地伪码进行相关，然后将相关后的数据每p码片数据进行累加，将得到的n段累加数据(p＝l/n)，进入快速傅里叶变换fft步骤；
8.fft步骤：对输入的k路n段累加数据分别并行地进行r点fft运算，并将每个fft运算结果中频谱幅值最大值以及最大值出现的位置作为选择结果，进入检测判决步骤；
9.检测判决步骤：将k个频谱幅值最大值分别与判决门限进行比较，如频谱幅值最大值大于等于预设的判决门限的情况个数已达到成功判定值，则认为捕获成功；如频谱幅值最大值大于等于预设的判决门限的情况个数未达到成功判定值，则调整产生的本地伪码，返回分段相关积分步骤重新进行搜索；当捕获成功，则通过n个选择结果中频谱幅值最大值出现的位置r计算得到北斗三号卫星rdss业务出站信号的多普勒频移r是fft模块的傅里叶变换点数，tc是本地伪码的码片宽度，将当前本地伪码的码相位作为捕获到的北斗三号卫星rdss业务出站信号的码相位。
10.本发明的有益效果是，有助于提升北斗三号rdss业务出站信号的捕获概率，并且具有实现结构简单、便于工程实现的特点。
附图说明
11.图1为系统示意图；
12.图2为分段相关积分模块示意图；
13.图3为fft模块示意图；
14.图4为检测判决模块示意图。
具体实施方式
15.实现本发明方法的系统如图1所示，包括k个分段相关积分模块、k个快速傅里叶变换fft模块和检测判决模块。
16.有k路序列长度为l的基带数据(基带信号1，
…
，基带信号k)，每一段基带信号分别输入至对应的分段相关积分模块。
17.分段相关积分模块：将输入的基带信号与本地伪码进行相关，然后将相关后的数据每p码片进行累加，将得到的n点累加数据分别输入至对应的fft模块，n＝l/p；
18.fft模块：对输入的n点数据进行r点fft运算，并将fft运算结果取模后输出至检测判决模块；
19.检测判决模块：负责判断是否完成捕获。若完成捕获，则输出捕获到的码相位和多普勒频移给后续的跟踪模块，否则重新调节本地扩频码相位，返回分段积分模块，重新进行搜索。
20.分段积分模块如图2所示，包括本地伪码产生分段相关积分模块：将序列长度为l的输入基带信号，与本地伪码进行相关，然后将相关后的数据每p码片数据进行累加，将得到的n点累加数据分别输入至对应的fft模块。
21.fft模块：对输入数据进行r点fft运算，并将fft运算结果取模后输出至检测判决模块；
22.检测判决模块：负责判断是否完成捕获。若完成捕获，则输出捕获到的码相位和多普勒频移给后续的跟踪模块，否则重新调节本地扩频码相位，返回分段积分模块，重新进行搜索。
23.分段积分模块用于计算基带信号与本地伪码信号的相关值，并依次分段进行累加，得到n段数据。考虑到民用信号的调制关系为uqpsk，两路信号的多普勒频移与码偏移是一致的，为方便推导，定义进入系统的卫星信号的基带信号s(n)为：
[0024][0025]
在上式中，n
′
表示时延，c(n)表示第n个本地伪码码片，n＝1，...，n，fd表示多普勒频移，tc表示基带信号的码元宽度，φ表示初始相位。如果本地伪码的长度为l，匹配相关器长度为p，将相关结果每p个数据相加，得到n(n＝l/p)段数据，那么第n个相关累加结果如下：
[0026][0027]
定义δi为本地扩频码与接收信号扩频码的码相位偏移，如果说本地伪码与接收信号的码片对齐，则有r(δi)＝1，r(δi)是相关结果的模，那么第n个相关累加结果表示为：
[0028][0029]
如果令ωd＝2πfdnptc，则上式可以改写为：
[0030][0031]
得到n点x(n)输出至fft模块做后续处理。
[0032]
fft模块的结构如图3所示，包括fft计算模块和最大信号选择器模块。fft模块在得到n点数据x(n)后，对各x(n)进行r点fft变换得到y(r)，r取大于n的2的幂数，有：
[0033][0034]
上式经过处理后可得：
[0035][0036]
根据y(r)的fft结果的频谱幅值g(fd，r)：
[0037][0038]
在上式中，n表示分段积分模块计算出的数据点数，l表示本地伪码码片个数，fd是多普勒频移，r表示fft运算点数。最大信号选择器将频谱幅值g(fd，r)的最大值和最大值出现位置r作为选择结果交给检测判决模块。
[0039]
检测判决模块如图4所示，存储模块、k个门限检测模块和判决模块。如果有k路信号输入，每路信号是1ms目标信号数据。用每路的选择结果中的频谱幅值g(fd，r)的最大值为vi赋值，各检测判决模块的判决门限为v
t
，检测成功判定值m，令变量q＝k，j＝0，检测判决模块的处理流程如下：
[0040]
1.各门限检测模块依次将存储在存储模块的相应的vi与判决门限v
t
比较，如果有
vi＞v
t
，则j加1，否则j保持不变，一次比较完毕后q减1；
[0041]
2.门限检测模块判断是否q＝0，如是，门限检测模块返回步骤1重新进行操处理下一批输入的选择结果，否则进入步骤3；
[0042]
3.若j＜m，判决模块判定信号未捕获到，重新初始化q，j，调节本地伪码；否则判定捕获成功，跳出检测，输出捕获到的多普勒频移以及码相位。选择n个选择结果中频谱幅值最大的g(fd，r)对应的r，多普勒频移的大小为：
[0043][0044]
其中r是最大幅值出现的位置，tc是伪码的码片宽度，p是分段相关累加积分模块的累加点数，r是fft模块的傅里叶变换点数。而捕获到的码相位就是本地伪码此时的码相位。