低轨卫星扩频通信体制信号捕获跟踪系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113238261A(43)申请公布日2021.08.10(21)申请号202110596447.X(22)申请日2021.05.31(71)申请人西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所)地址610036四川省成都市金牛区茶店子东街48号(72)发明人朱国富梅勇兵李大芳向前(74)专利代理机构成飞(集团)公司专利中心51121代理人郭纯武(51)Int.Cl.G01S19/29(2010.01)G01S19/30(2010.01)权利要求书4页说明书9页附图3页(54)发明名称低轨卫星扩频通信体制信号捕获跟踪系统(57)摘要本发明公开的一种低轨卫星扩频通信体制信号捕获跟踪系统，具有抗干扰、捕获速度快、跟踪效率高。本发明通过下述技术方案实现：接收机通过混频滤波模块混频滤波和ADC模块模数AD变换后，得到一个数字低中频信号；经正交下变频模块数字下变频及低通滤波模块低通滤波，得到数字基带信号，并分两路分别送入相关捕获模块和跟踪模块，相关捕获模块采用基于FFT的并行捕获算法对数字基带信号进行相关处理，获得码相位和多普勒频偏粗略估计值，捕获扩频信号的载频和码起点；跟踪模块对数字基带信号进行精确估计；相关捕获模块和跟踪模块不断通过载波NCO和码NCO校正频率和相位，实现同步和长地址码快速捕获，最后通过信息解析模块解析得到卫星信号的通信信息。CN113238261ACN113238261A权利要求书1/4页1.一种低轨卫星扩频通信体制信号捕获跟踪系统，包括，连接了接收天线的放大模块，顺次串联的混频滤波模块、ADC模块、正交下变频模块和低通滤波模块，以及相关捕获模块、跟踪模块和信息解析模块，其特征在于：接收机通过天线收到的来自卫星的复信号，经放大模块对接收射频复信号放大，通过混频滤波模块混频滤波和ADC模块模数AD变换后，得到一个数字低中频信号；经正交下变频模块数字下变频及低通滤波模块低通滤波，得到数字基带信号，并分两路分别送入相关捕获模块和跟踪模块；相关捕获模块利用码域和频域的二维检测方法，对直接序列扩频信号进行相关处理，采用基于快速傅里叶变换(FFT)的并行捕获算法对PN码捕获，通过相关鉴别运算获得码相位τ(t)和多普勒频偏fD(t)粗略估计值，捕获扩频信号的载频和码起点；跟踪模块在捕获正确基础上通过借助载波跟踪环路和码跟踪环路，对数字基带信号的码相位τ(t)和多普勒频偏fD(t)、载波相位φ(t)进行精确估计；相关捕获模块和跟踪模块将捕获和跟踪的数字基带信号的码相位τ(t)和多普勒频偏fD(t)、载波相位φ(t)，不断通过载波数字控制振荡器NCO和码数字控制振荡器NCO校正本地码NCO的相位及本地载波数字控制振荡器NCO的频率和相位，实现本地信号与被接收信号的精确同步和长地址码快速捕获，最后通过信息解析模块对捕获信号进行信息解析，解析得到卫星信号的通信信息，输出稳定跟踪的被接收信号。2.如权利要求1所述的低轨卫星扩频通信体制信号捕获跟踪系统，其特征在于，天线接收到来自卫星信号的射频信号为扩频信号，扩频信号包含了扩频调制和射频调制的宽带信号，表示为包含了信息码d(t)，PN码相位、载波相位φ(t)和多普勒频偏四个未知信号参数的复信号形式：式中，P为信号发射功率，τ(t)为信号传播延迟，fIF是载波中心频率，fD(t)表示多普勒效应引起的多普勒频移，φ(t)为载波未知相位，n(t)为接收噪声。3.如权利要求1或2所述的低轨卫星扩频通信体制信号捕获跟踪系统，其特征在于，接收机对来自卫星信号的复信号r(t)的解扩解调，对码相位τ(t)的捕获称为码捕获，对fD(t)的捕获称为载波捕获，对码相位τ(t)和多普勒频偏fD(t)进行粗略估计，称之为PN码捕获；对参数{T(t)，fD(t)，φ(t)}进行精确估计，这个过程称之为跟踪，其中对τ(t)的估计称为码跟踪，对{fD(t)，φ(t)}的估计称为载波跟踪，对参数{τ(t)，fD(t)，φ(t)}进行估计后，根据估计值产生本地相干信号，实现对接收信号的相干解调，从而估计出信息码d(t)。4.如权利要求1所述的低轨卫星扩频通信体制信号捕获跟踪系统，其特征在于，相关捕获模块采用码域和频域的二维检测方法捕获PN码，在指定频率范围[fstart，fend]内，按照一定步进值fstep变化，通过本地载波发生器输出载波频率；首先在一个频点上对码相位进行搜索，得到所有码相位的相关值，然后将本地载波频率变换到另外一个频点，重复上述过程，直到完成整个频率范围的遍历，根据相关峰值确定码相位τ(t)和多普勒频偏fD(t)，在一个PN码周期内搜索所有的码相位单元，循环移动本地PN码序列与接收数据进行相关运算，将滑动相关的过程等价于循环卷