一种用于QV频段低轨卫星扩频通信的捕获算法及系统的制作方法

本发明涉及卫星通信，尤其是涉及一种用于qv频段低轨卫星扩频通信的捕获算法。

背景技术：

1、低轨卫星通信是连接未来6g时代，实现“空天地海一体化”的关键技术和研究热点，其捕获性能的优劣，直接对后续卫星信号跟踪和位/帧同步处理产生极大的影响，且对于qv频段的低轨卫星来说，qv频段在空中的传输面临着严重的雨衰问题，因此捕获难度更大。

2、同时，在现代卫星通信系统中，通常采用牺牲捕获时间或计算复杂度的方法来提高正确捕获的概率；然而，该种方法就无法适用于对处理延迟要求严格的卫星通信场景，因此，通信系统对卫星通信场景下的更低处理时延要求的信号捕获，也提出了更加严格的要求。

3、目前为了降低信号捕获的时延，一般有采用基于快速傅里叶变换（fast fouriertransform，fft）的时域并行捕获算法、基于部分匹配滤波-fft（partial matchingfilter-fft，pmf-fft）的频域并行捕获算法、基于双块补零-fft（double block zeropadding-fft，dbzp-fft）的时频并行捕获算法、基于keystone矫正的dbzp/pmf-fft的频域捕获算法，或是基于分数阶fft的捕获算法来进行扩频信号的处理；

4、但是其中，虽然基于快速傅里叶变换（fast fourier transform，fft）的时域并行捕获算法可以通过对doppler频率及其变化率搜索进行码doppler和载波doppler消除，进而降低相关峰损失和避免相关峰的走动与弯曲；然而，由于该算法只能处理较细的doppler及其变化率搜索步长，所以该算法不适用于高动态范围，也就是qv频段的非相干扩频通信场景。

5、对于基于部分匹配滤波-fft（partial matching filter-fft，pmf-fft）的频域并行捕获算法，虽然可以通过快速傅里叶变换降低对doppler频偏的敏感性，适用于高动态场景下的捕获要求，且可通过压缩pmf长度实现非相干累加以克服非相干扩频的比特反转影响；然而，该算法未对码doppler进行抑制，因此不适用于低信噪比的捕获场景。

6、基于双块补零-fft（double block zero padding-fft，dbzp-fft）的时频并行捕获算法兼具时域/频域并行捕获算法的优点，具有较小的捕获时间以及较大的动态范围；然而，该算法不能克服非相干扩频带来的比特反转影响。

7、基于keystone矫正的dbzp/pmf-fft的频域捕获算法，通过keystone变化抑制相关峰走动和弯曲；然而，这两种算法均不能解决非相干扩频带来的比特反转问题，且keystone变换所需处理延迟较高。

8、基于分数阶fft的捕获算法可通过分数阶fft实现doppler频偏及其变化率的并行搜索；然而，该算法的分数阶难以确定，且不能克服非相干扩频带来的比特反转问题，不再适用。

9、综上所述，上述的捕获算法对于qv频段低轨卫星的非相干扩频通信场景，均具有一些无法克服的问题，因而，我们提出一种用于qv频段低轨卫星扩频通信的捕获算法。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种用于qv频段低轨卫星扩频通信的捕获算法。

2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于qv频段低轨卫星扩频通信的捕获算法，具体步骤为：

4、s1.预处理采集信号；

5、s2.根据不同信号的频偏补偿值，决定预处理后的信号进入捕获过程或跟踪过程；

6、s3.先进入捕获过程，根据预设定的相干时间截取信号样本，并与生成的本地伪码进行解扩和差分处理；

7、s4.基于处理后的信号样本进行分段划分，并对各段进行相干累加求和，输出相关矩阵；

8、s5.基于输出矩阵，经过fft变换为频-时域矩阵后，进行二维矫正处理，得到doppler-码相位矩阵；

9、s6.对doppler-码相位矩阵进行峰值条件的判决；

10、s7.若不满足判决条件，则通过轮询doppler频偏值获得频偏补偿值，返回步骤s2；

11、s8.若满足步骤s6中的判决条件，则基于符合要求的信号参数进行跟踪获取，同时获得当前信号的频偏补偿值，输出至步骤s2，进入跟踪过程。

12、优选的，所述判决条件过程为：

13、s61.输入doppler-码相位矩阵；

14、s62.获取最大相关对应的doppler变化率；

15、s63.提取doppler变化率对应下的二维索引；

16、s64.提取二维索引对应的相关峰值；

17、s65.对比峰值和给定阈值的大小；

18、s66.若峰值大于给定阈值，则更新阈值为当前相关峰值，用二维索引计算doppler频偏和码相位，然后输出码相位、doppler及doppler变化率至跟踪模块；

19、s67.若峰值小于给定阈值，则轮询doppler频偏值，得到doppler频偏补偿值，并返回步骤s2。

20、一种用于qv频段低轨卫星扩频通信的捕获系统，包括预处理模块、解扩/差分模块、分段相干累加模块、二维矫正模块、判决模块、跟踪模块以及频率控制模块；

21、所述预处理模块接收输入信号，预处理模块的输出端与解扩/差分模块信号连接；

22、所述解扩/差分模块与相分段干累加模块连接，分段相干累加模块与二维矫正模块连接；

23、所述二维矫正模块与判决模块连接，判决模块分别和预处理模块和跟踪模块连接；

24、所述跟踪模块与频率控制模块连接，频率控制模块与预处理模块连接。

25、优选的，所述预处理模块包括依次连接的信号采集单元、正交下变频单元和频率与补偿单元，其中信号采集单元用于接收输入信号，正交下变频单元的两个乘法器分别与判决模块和频率控制模块连接。

26、优选的，所述信号采集单元采用a/d采样进行信号采集。

27、优选的，所述解扩/差分模块包括接扩频处理单元和延迟差分单元，其中解扩频处理单元根据预设定相干时间截取信号样本，并与生成的本地伪码进行解扩频处理；

28、延迟差分单元利用延迟路与解扩频处理相乘，实现差分处理得到解扩差分信号样本。

29、优选的，所述分段相干累加模块包括分段处理单元、相干累加单元和时-频域变换处理单元，其中分段处理单元用于将解扩差分信号样本划分为多个分段信号样本；

30、所述相干累加单元对各段信号样本进行相干累加求和，输出相关矩阵；

31、所述时-频域变换处理单元对相关矩阵进行fft计算并输出时-频矩阵。

32、优选的，所述二维矫正模块包括doppler变化率补偿单元、感知辅助通信单元、改进keystone域变换单元和频-时域变换单元；

33、所述doppler补偿单元通过轮询方式对时-频矩阵的一阶doppler变换率进行补偿；

34、所述感知辅助通信单元根据卫星星座信息提取doppler的粗略信息；

35、所述改进keystone域变换单元通过fft-ifft算法，针对性地对doppler的粗略信息进行矫正；

36、所述频-时域变换单元对校正后的doppler信息进行ifft计算，并输出doppler-码相位矩阵。

37、优选的，所述判决模块对doppler-码相位矩阵中的特征进行提取，并判断特征是否满足预设值的要求，

38、不满足要求则通过轮询doppler频偏值，得到doppler频偏补偿值输出至预处理模块；

39、满足要求则提取特征数据输出至跟踪模块。

40、优选的，所述频率控制模块用于更新载波频率和伪码速率，以实现doppler开槽。

41、由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

42、本发明公开的一种用于qv频段低轨卫星扩频通信的捕获算法及系统，通过解扩/差分模块的处理能够克服比特反转问题并保留doppler频偏信息；

43、通过二维矫正模块能够克服码doppler带来的相关峰走动。