本发明涉及航天器测控通信领域,具体涉及一种s频段短报文突发扩频通信地检设备捕获方法。
背景技术:
1、近年来随着我国航天技术不断发展,在轨航天器数量大幅度增加,如果继续采用传统的测控通信方式,地面站管理的航天器数量有限,无法应对大规模的航天器管理需求。新一代的航天测控通信系统以s频段短报文突发扩频通信的方式实现。开发s频段短报文突发扩频通信地检设备可以应用于新一代航天测控通信。
2、然而突发扩频通信信号具有持续时间短,随机性强的特点,航天器在地面有线或者无线测试过程中信号电平范围也可能比较大。如何能够快速将信号捕获,为后续的解调提供可靠的信息尤为重要。
技术实现思路
1、为了实现突发扩频信号的快速捕获,本发明基于传统的并行码相位捕获方法,结合实际信号特点,采用信号强度检测、参数动态调整以及信号二次检测的方式,保证信号捕获结果的可靠性,同时具备超过100db的电平接收范围和不大于128个符号周期的捕获时间。
2、为实现上述本发明的目的,本发明实施例提出一种s频段短报文突发扩频通信地检设备捕获方法,所述方法包括:
3、s1,配置扩频码信息,并对配置后的扩频码信息做快速傅里叶变换运算和共轭运算,将运算结果存储在fpga内部ram中;
4、s2,通过信号强度检测判断当前信号属于强信号还是弱信号;
5、s3,根据信号的强度配置捕获参数;
6、s4,通过第一次信号门限检测判断信号有无,若判断信号存在则继续下一步骤,若判断信号不存在则返回所述s2;
7、s5,通过第二次信号门限检测再次判断信号有无,若判断信号存在则继续下一步骤,若判断信号不存在则返回所述s2;
8、s6,根据所述s5中超过门限的最大值对应的频率和码相位,调整本地载波的频率和本地扩频码的码相位。
9、在本发明的优选实施例中,所述s1中:
10、由于快速傅里叶变换运算长度与扩频码的长度不同,需要将扩频码的长度从2n-1扩展到2n,方法为在一个扩频周期内的接收信号采样得到2n个点,本地扩频码的2n-1个点补0得到2n个点,其中,时域补0看做是时域加矩形窗,对应频域sinc插值。
11、在本发明的优选实施例中,所述s2中:
12、通过自动增益控制器判断信号的强弱,当信号强度由强转弱时,自动增益控制器的增益值增大,直到信号强度小于噪声强度后,自动增益控制器的增益值不再发生明显变化,信号强度与噪声强度相等时的电平为:
13、10*log10(n0*b0*a)=10*log10(n0*2*rs*a)
14、=10*log10(n0)+10*log10(2*rs)+10*log10(a)
15、其中,n0为噪声功率谱密度,b0为噪声带宽,rs为扩频码速率,a为低噪声放大器的放大倍数。
16、在本发明的优选实施例中,所述s3中:
17、需配置的参数包括判决门限、fft和ifft输入信号的截位值;
18、判决门限由动态门限和固定门限组成,动态门限设置为信号自身的噪声功率的固定倍数,固定门限由所述s2中检测的信号强弱确定;
19、根据信号的强弱,调整fft和ifft输入信号的截位值,当信号为强信号时,fft和ifft的输出不发生明显变化,当信号为弱信号时,ifft的输出值随着信号减弱而减小,则调整fft和ifft输入信号的截位值来使ifft的输出值在有更多有效位数的同时保持不溢出的状态。
20、在本发明的优选实施例中所述s4中:
21、所述信号门限检测为,将所有多普勒频率范围和码相位遍历搜索后,如果过程中有超过门限的情况则判定信号存在,否则判定信号不存在。
22、在本发明的优选实施例中所述s4的信号门限检测具体包括:
23、s41,积分累加:积分时间为(2n-1)/(2n*rs),并行两路做积分累加,第二路相对第一路延迟半个码片周期;
24、s42,频率搜索:经过积分累加后信号采样率降为2n*rs/(2n-1),设时钟速率为fs,则有倍的时分复用,为增加频率搜索范围,循环m次,共进行次频率搜索,其中为向下取整运算;
25、s43,通过ip核进行流水线快速傅里叶变化和流水线快速傅里叶逆变换,选择合适的缩放比例,并将运算结果存入ram中
26、s44,同频同码相位累加:根据扩频码速率、数据符号速率、接收灵敏度要求和多普勒频率范围确定同频同码相位累加次数,每次累加前将上一次的累加结果从ram中读出,与本次运算结果相加,相加后的结果再写入ram中;
27、s45,最大值搜索和门限判决:在频率搜索循环m次过程中,每次循环都将ram中的同频同相累加结果依次取出,并计算能量包络,能量包络值等于实部与虚部的平方和,记录能量包络的单次最大值及对应的频率和码相位,同时进行噪声估计,在m次循环后得到最终的最大值,如果最大值超过门限,判定信号存在,如果最大值未超过门限,判定信号不存在。
28、在本发明的优选实施例中所述s42中,本地载波与接收载波之间的频差fe会引入|sinc(fe*t)|的损耗,其中t为相干积分时间,根据频率搜索次数和损耗,选择合适的频率间隔。
29、在本发明的优选实施例中所述s43中,存储并行两路快速傅里叶逆变换的运算结果占用的ram的地址为2*2n,次频率搜索总共需要的ram地址为频率搜索循环m次,复用ram,不额外增加ram地址。
30、在本发明的优选实施例中所述s6中:
31、将超过门限的最大值对应的频率反馈给下变频模块,利用频率控制字的方式改变本地载波的频率;
32、将超过门限的最大值对应的码相位反馈给码发生器,利用扩频码周期循环的特性,让本地扩频码加速产生,使码相位在固定时刻变为目标值;
33、调整后的本地载波和本地扩频码与接收信号的频差和码偏达到最小。
34、本发明相比于现有技术,具备有益的技术效果如下:
35、(1)本发明能够正常接收的电平范围较大,超过100db;
36、(2)本发明使用大量的流水线处理,节省了整个捕获流程的时间,在满足指标灵敏度要求的情况下能够将时间控制在128个符号周期以内;
37、(3)本发明目前已应用于xilinx fpga芯片zynq7020中,如图3所示,占用zynq7020约22%的逻辑资源,绝大多数xilinx fpga芯片的逻辑资源多于zynq7020,因此本发明适用于绝大多数的xilinx fpga。
1.一种s频段短报文突发扩频通信地检设备捕获方法,其特征在于,所述方法包括:
2.根据权利要求1所述的s频段短报文突发扩频通信地检设备捕获方法,其特征在于,所述s1中:
3.根据权利要求1所述的s频段短报文突发扩频通信地检设备捕获方法,其特征在于,所述s2中:
4.根据权利要求1所述的s频段短报文突发扩频通信地检设备捕获方法,其特征在于,所述s3中:
5.根据权利要求1所述的s频段短报文突发扩频通信地检设备捕获方法,其特征在于,所述s4中:
6.根据权利要求1所述的s频段短报文突发扩频通信地检设备捕获方法,其特征在于,所述s4的信号门限检测具体包括:
7.根据权利要求6所述的s频段短报文突发扩频通信地检设备捕获方法,其特征在于,所述s42中,本地载波与接收载波之间的频差fe会引入|sinc(fe*t)|的损耗,其中t为相干积分时间,根据频率搜索次数和损耗,选择合适的频率间隔。
8.根据权利要求6所述的s频段短报文突发扩频通信地检设备捕获方法,其特征在于,所述s43中,存储并行两路快速傅里叶逆变换的运算结果占用的ram的地址为2*2n,次频率搜索总共需要的ram地址为频率搜索循环m次,复用ram,不额外增加ram地址。
9.根据权利要求1所述的s频段短报文突发扩频通信地检设备捕获方法,其特征在于,所述s6中: