[发明专利]多普勒域和延迟域二维捕获方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多普勒域和延迟域二维捕获方法，尤其适用于高动态、低信噪比环境下直接序列扩频系统导频信号的检测及搜索其多普勒频偏、码偏和伪码相位，属于直接序列扩频通信技术领域。

背景技术

直接序列扩频通信系统基带数字信号处理主要用到捕获和跟踪两个模块。捕获模块主要实现对接收信号载波频率和伪码相位的粗略估计，为跟踪模块的载波环和码环提供频率和码相位的初始值。

假设直接序列扩频通信的扩频码为c(l)，l＝0,1,2,…，L-1，L为扩频码长度。c(l)取值为0或1，采用无线电技术的惯例，c(l)＝0表示逻辑正，c(l)＝1表示逻辑负，并采用根升余弦脉冲成形，脉冲成形滤波器冲击函数为h(t)，则成形后的扩频码形状为

其中T_c为码片周期。

为了便于捕获，直接序列扩频通信的发射端往往在通信开始时发射一段导频信号，即只包含“1”信息码的扩频信号，使基带信号具有周期性。其基带信号形式如下所示：

其中T_s为码元周期，T_s＝LT_c；M为导频信号长度。由上式可知，S_b,s(t)是x(t)以T_s为周期重复M次的有限周期信号。

经过调制后，射频所发出的信号为，

S_send(t)＝cos(2πf_RFt)S_b,s(t)

上式中f_RF为射频频率，并且为了表达简洁方便，认为在发射时载波初相位和码初相位都为0。

经过无线传输过程的多普勒效应和信道延迟，到达接收端的直接序列扩频信号是：

S_rec(t)＝cos(2πf_RFδt+τ₀)S_b,s(δt+τ₀)

其中δ是由于多普勒效应所产生的时间系数，

v是通信的收发双方相对径向速度，相向运动时v为正，向背运动时v为负。c是无线电传播速度，一般认为是光速，且有v＜＜c。τ₀是码相位延迟。

接收机对射频信号进行I/Q两路正交下变频，得到正交基带信号

I(t)＝cos(2πf_RF(δ-1)t+τ₀)S_b,s(δt+τ₀)

Q(t)＝sin(2πf_RF(δ-1)t+τ₀)S_b,s(δt+τ₀)

且有

称r(t)为复基带信号，它包含两部分，载波残余和基带伪码S_b,s(δt+τ₀)。载波残余表现为复正弦波，其频率为称为载波多普勒偏移频率，简称频偏；基带伪码与发送端的基带信号相比具有两方面变化:首先其具有码相位延迟τ₀；其次伪码的形状也相对时间t发生了δ倍的展缩，从码片层面上看，伪码的码片速率从变成其差值 称为伪码多普勒偏移速率，简称为码偏。

由于常规的捕获过程包括对接收信号的载波频率和伪码相位这两个相对独立的参数进行二维搜索。

一种常用的捕获算法是基于快速傅里叶变换的捕获算法(邢方剑,程兰,谢刚等.一种基于快速傅里叶变换和圆周移位的捕获算法[J].科学技术与工程,2014,14(6):196-198,202.DOI:10.3969/j.issn.1671-1815.2014.06.044.)，该算法利用了FFT的调制特性和圆周相关性质，其原理如下：

r(t)经过频率为f_s的采样，过采样率f_s/R_c为正整数，则每个码元周期得到的采样数为N＝(f_s/R_c)*L,则整段导频信号的正交基带采样序列为

以其连续N个采样点为一组，共分为M组，得到

n＝0,1,2,…N-1,m＝0,1,2,…,M-1

分别进行FFT变换，得到R_m(k)＝FFT[r_m(n)]，k＝0,1,2,…N-1,m＝0,1,2,…,M-1。