[发明专利]一种卫星通信中跳频通信的快速捕获方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及在多普勒频移下卫星通信中跳频通信的快速捕获方法。

背景技术

将跳频通信体制引入到卫星通信中，可以充分发挥跳频技术的抗干扰特点，提升卫星通信的抗干扰能力。对中低速跳频卫星通信系统形成直接威胁的主要有跟踪式干扰和转发式干扰，能够有效对抗这种干扰措施的就是提高跳速和扩展跳频带宽。同时，由于低轨卫星与地面有相对运动，在他们之间通信必然导致多普勒频移。因此，提高跳频速率、扩大跳频系统带宽以及对一定范围内的多普勒频移信号进行捕获是低轨卫星跳频通信系统的研究重点。然而要实现高跳速、超带宽的跳频通信系统以及一定范围内的多普勒频移捕获带来了一系列的技术难题，如快速同步、跳频组网、多普勒补偿等。

目前国内在卫星和地面站之间的跳频通信研究方面，主要是参考时钟法、独立信道法、自同步法、同步头法和基于时间信息(Time of Day,TOD)的跳频同步方法，其中基于时间信息的跳频同步方法是基于参考时钟法、同步头法、自同步法提出的一种综合的同步方法。该方法是将携带有卫星的TOD的同步头置于跳频信号的最前面，收端从同步头中捕获到同步信息后，调整本地跳频序列发生器，从而使收发双方实现同步。虽然该方法同步时间快，但是该方法并没有考虑到卫星与地面之间的大多普勒频移，从而导致发送信号因为多普勒频移后接收端无法捕获到同步头，造成捕获概率降低。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了卫星通信中跳频通信的快速捕获方法，具有如下步骤：

步骤1：低轨卫星读取本地系统时钟信息，读取时间信息，并将其表示为TOD高段即TODH和TOD低段即TODL，其中TODH以分钟为计数单位，TODL以跳频间隔为计数单位；低轨卫星根据TODH按照相应算法从频率表中获取某一频率值以及此频率开始后的一组频率值，并将此组频率作为载波频率，将同步头搭载到此组载波上，低轨卫星向接收端发送同步头，该组频率作为同步频率；

同步头由同步序列构成，同步序列包括由相关码构成的用于与接收端的相关码进行相关运算的前导序列、时间信息TODL、CRC校验和尾保护；

步骤2：处于地面的接收端读取本地系统时钟信息，按照与发送端相同的方法得到TOD高段TODH’和TOD低段TODL’；接收端根据TODH’按照相应算法从频率表中获取某一频率值以及此频率开始后的一组频率值，并将此频率作为接收端的第一本地载波频率，该组频率作为等待频率；

步骤3：接收端将接收到的具有前导序列的信号与上述步骤2中的获取的第一个频率值进行混频处理，将混频处理后的信号进行滤波处理，滤波后剩下固定中频信号和含有一定范围的多普勒频移分量信号，将该信号进行FFT变换和共轭处理；

步骤4：接收端读取本地相关码以及本地的固定中频和某一多普勒频移补偿值，将上述固定中频与多普勒频移补偿值相加后的频率作为第二本地载波频率，将本地相关码与第二本地载波相乘，对相乘后的信号进行FFT变换，将变换后的信号与上述共轭处理后的信号进行混频处理，再将混频后的信号进行IFFT变换，对变换后的信号求模计算出最大值；

步骤5：将该最大值与规定的门限值比较：

如果最大值小于门限值，则接收捕获跳频频率失败，接收端转为下一等待频率继续检测；

如果最大值大于门限值，证明捕获到同步信息，则接收端跳频捕获初次成功，接收端进行跟跳验证；

步骤6：跟跳验证成功后，接收端通过获取低轨卫星发送的同步信息，获取相关码信息检测到帧同步序列，接收端对同步信息进行接收，根据接收到的TODL调整本地系统时钟信息的低段TODL值，使接收端与发送端实现了时间的完全同步。

步骤5中：如果最大值小于门限值，则捕获失败；

如果一个多普勒频率补偿周期没有结束，则返回到步骤4中，将上述多普勒频移补偿值增加设定的频率补偿值，再将该频率加上上述固定中频后的频率作为补偿载波频率，将补偿载波与本地相关码相乘按照步骤4的方法计算出最大值继续与门限值比较；

如果一个多普勒补偿周期已经结束，则接收端读取一组频率中的下一个频率，将该频率与接收到的信号进行混频处理，即返回到步骤3；

步骤5中：当初次捕获成功后，所述跟跳验证方法如下：接收端读取该组频率中的下一跳频频率，其跳频频率周期与发送端跳频频率周期一致，接收端对收到的信号按照步骤3和步骤4的方法求出最大值，如果最大值大于门限值，则跟跳成功进入步骤6；

如果最大值小于门限值则初次捕获失败，返回到步骤3中读取获取频率表中的下一个频率重新进行同步信息搜索。