专利名称：直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法及捕获装置的利记博彩app
技术领域：
本发明主要涉及到直接序列扩频技术领域，特指直接序列扩频系统使用多天线的
伪码捕获方法和设备。
背景技术：
直接序列扩频系统具有良好的抗干扰、抗截获性能，还可以用于实现码分多址、测 距和定时，因而在通信、定位与导航、测控系统等得到了广泛的应用。 在直接序列扩频系统中，接收机要正确解调接收到的信号，必须首先使得接收 机中的伪随机序列(也称PN码，伪码)与接收信号PN序列实现定时同步。这个同步过 程分为两步来实现，即捕获和跟踪。通过捕获阶段，使得本地PN码序列和接收PN码序 列的定时误差小于一个码片，在几分之一个码片范围内，所以捕获又称为粗同步(coarse synchronization)。捕获过程完成后，经过码跟踪环路使得本地伪随机序列的定时误 差继续减小，跟踪环路还要跟踪伪随机序列定时的变化，这一过程也称为细同步(fine synchronization)。由于直扩系统在PN码捕获前无法实现通信，因此扩频系统接收及初始 阶段的PN码捕获是正常工作时首要的任务，也是最具有挑战性的任务之一。
直接序列扩频系统中PN码的捕获是基于PN码的相关特性。在实现上， 一般借助于 发送的导频序列进行，只需要将接收信号与不同相位的本地伪码序列进行相关即可。PN码 捕获的实现方式大致可以归结为三种滑动相关捕获方式、匹配滤波器捕获方式、序贯估值 捕获方式。其中，序贯估值捕获方式提出最早，但是该方法在低信噪比时性能较差，因此在 实际系统中很少应用。匹配滤波器方法可以实现PN码的快速捕获，早期使用模拟声表面波 (SAW)器件或电荷耦合器件(CCD)实现PN码的匹配滤波，现在全数字接收机系统中使用数 字方式实现匹配滤波器，匹配滤波器一般由一组乘法器、一个积分器和两个带抽头的存储 电路组成，其同步时间短，但电路复杂度和功耗较大。滑动相关器由一个乘法器和一个积分 器组成。接收信号与本地扩频伪码相乘，积分器在积分时间内对乘法器输出进行累加。积 分器的输出为该相位点的相关值。由于实现结构简单，因而是目前实际系统尤其是全数字 系统中应用最多的一种PN码捕获方式。不过滑动相关器方法的捕获时间较长，尤其是PN 码序列较长的情况下和低信干噪比的情况下。目前常用的捕获方法大多是在滑动相关器捕 获方式的基础上，采取一些措施来减小捕获时间，例如使用并行捕获和串行并行组合的捕 获方式。捕获方法还与不同的搜索和校验策略相结合，如单次固定驻留策略、多次固定驻留 策略、可变驻留时间策略等，在此基础上发展出各种改进的PN码捕获方式，提高捕获性能。
随着多天线系统(有的文献资料中称为阵列天线)在通信系统中的应用，有关的 信号检测已经有诸多方法被研究和提出，使用多天线的码捕获方法也引起了人们的重视。 使用多天线后，期望用户信号能在更低的信干噪比条件下工作，这时传统的单天线捕获方 法性能较差，在捕获时使用多天线可以抑制干扰，提高接收信号的信干噪比，从而提高码捕 获的检测性能。在遇到强的人为干扰的应用环境中时，在捕获时使用多天线可以在空域抑 制强干扰，对信号提供抗干扰保护。CN
阵列天线用于检测时，一种方法是使用多天线进行空间分集接收，在分集时，天线 间隔应足够大，以使得各个天线接收的信号的衰落互相独立。所需的间隔取决于角度扩展， 它是接收信号到达接收天线时在空间上所跨越的角度范围。另一种方法就是使用智能天线 技术进行波束形成，通过波束形成抑制干扰以提高接收信号的信干噪比。
与多天线用于检测相类似，使用多天线的捕获方法也可以分为两类。
—类是在捕获时使用多天线进行分集接收，参见文献Oh-Soon Shin and Kwang Bok Lee， Use of Multiple Antennas for DS/CDMA Code Acquisition[J]， IEEE Trans. Wireless Co匪n. ， 2003， 2 (3) :424-430. (0h_Soon Shin and Kwang Bok Lee，使用多天 线用于直扩/码分多址系统的码捕获，IEEE无线通信汇刊，2003，2(3) :424-430.)和文 献R. R. Rick and L B. Milstein， Parallel acquisition of spread-spectrum signals with antenna diversity [J] ， IEEE Trans. Co匪n. ， 1997， 45 (8) :903-905 (R. R. Rick and L. B. Milstein，使用天线分集进行扩展频谱信号的并行捕获，IEEE通信汇刊，1997,45 (8): 903-905)中把传统的单天线非相干捕获扩展到多天线分集非相干捕获，对多个阵元接收解 扩后的信号非相干合并后的输出进行判决。分集接收的方法一般用于多个接收天线间具有 很大的阵元间隔的情况，这时可以认为发送信号经过多个独立的传输信道到达接收机，各 个接收天线接收的信号是独立的，通过分集接收可以提高信噪比和抑制衰落的影响。有的 方法中把多个天线阵元进行分组，每一组中的天线对不同的码相位进行检验和判决，通过 这样的分组以降低平均捕获时间，不过为降低捕获时间所需的天线数量增加了。
另一类方法是在捕获时对多天线接收的信号进行波束形成以抑制干扰和提高信 干噪比，例如文献B. Wang and H. M. Kwon， PN code acquisition using smart antenna for spread-spectrumwireless communications-I[J]， IEEE Trans on Vehicular Technology, 2003， 52(1) : 142-149 (B. Wang and H. M. Kwon，使用智能天线用于扩展频谱无 线通信的伪随机码捕获，IEEE移动技术汇刊，2003， 52(1) :142-149)中使用归一化最小均 方算法(NLMS)得到空域加权的权值向量，在自适应过程中权值收敛比较慢，且其捕获性能 难以进行准确的理论分析。 在现代的无线通信系统中，通信信道的参数一般是时变的，特别是在无线移动通 信环境下，由于时变衰落、多径传输、干扰等的影响，接收机的输入信号和信干噪比都会发 生变化，这种情况对PN码捕获提出了一些新的要求，因为使用固定的特定门限只能在很小 的信噪比范围内获得最佳的捕获性能。在实际的扩频通信系统中，往往需要考虑接收机在 宽的信噪比范围甚至是在输入信噪比全程动态范围内实现PN码的可靠捕获，这时就需要 使用自适应判决门限。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种具有结构简单、抗干扰能力强、可以实现判决门限与信干噪比无关的自适应捕获等特点 的直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为 —种直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法，其特征在于步骤为 ①、每个天线使用一个捕获支路，根据每个天线接收信号得到接收信号的空间相关矩阵，结合捕获支路输出确定自适应权值向量； ②、使用上述步骤①中得到的自适应权值向量对捕获支路输出进行加权求和，输 出作为捕获判决的统计量； ③、将上述步骤②中得到的捕获判决的统计量与门限进行比较做出判决，如果捕 获判决的统计量大于门限，则转入跟踪阶段；否则，变换捕获支路中的本地PN码相对于接 收信号的PN码相位，重复进行上述过程。
所述步骤①的具体流程为 1、获取每个天线阵元的接收信号的基带信号的采样； n、每个阵元基带采样信号通过一个捕获支路，得到与本地伪码信号的相关输出，
多个支路的相关输出构成一个输出向量；i^-4l;x(/:kr(o-ix(r-y，其中(*)*表
r"， w
示共扼，X = [x(l)， x(2)，…，x(N)]是由观测区间内的阵列接收信号向量组成的信号矩 阵，(1= [d(l)，d(2)，…，d(N)]T是参考信号向量，d(i) =c(i_A "，c(i)表示接收信号 PN码在采样时刻i的取值，A t是接收PN码和本地PN码的相位差，PN码同步时A t = 0， y是在观测区间内的阵列接收信号与参考信号进行相关的输出，即解扩运算后的输出向 ni、根据接收阵列的信号经过部分相关运算后得到空间相关矩阵，空间相关矩阵
A 1丄
由下式确定:丁lX(/)A:f(0。xJi)， i = 1，…，L按照下述过程确定对观测区间 丄'=1
分块，每一数据块的数据采样点为K， K为一个小的正整数。如果观测检测N为K的整数 倍，则观测区间分为L = N/K个数据块，每个数据块样点数量均为K。如果N不能被L整 除，观测区间分为Z = 「iV/ifl个数据块，这里门表示上取整操作，这时前L-l段每段有K个 观测值，最后一段有N-(L-1)K个观测值。在每一块内，利用该数据块内的数据与参考信 号进行部分相关后的输出数据来计算相关矩阵。如果N可以被L整除，部分相关后的输
出数据为"^)-去ix(")"/K(("""力，W，2，…，Z;如果N不能被L整除，则部分 相关后的输出数据可以表示为^(0 =+|>((''-1)"W((!'-，、1，2，…，I-1 ， 柳、J M i>,)°
TV — W - l仏j-jv-(i:- IV、结合空间相关矩阵和多个捕获支路的输出向量计算自适应阵列权值
作为本发明的进一步改进 所述门限根据虚警概率、天线数量、滑动相关器的积分长度确定。 所述虚警概率为^ = l攀)—M)XM-1(1-X"—'血，这里B( ， )表示beta
函数，Pi为门限值。 作为本发明的进一步改进本发明提供一种直接序列扩频系统使用多天线的伪码 捕获装置，其特征在于，包括
模拟数字变换单元，用来接收每个天线送来的经射频单元处理后的直接序列扩频 信号，并对该信号进行采样量化； 数字下变频单元，接收经模拟数字变换单元传来的采样量化后的接收信号，进行 下变频得到数字基带信号； 相关器单元，接收经数字下变频单元传来的数字基带信号，并将该数字基带信号 与本地伪码进行相关累加的输出； 捕获判决统计量计算单元，接收经数字下变频单元传来的数字基带信号，得到空 间相关矩阵，并根据空间相关矩阵和相关器单元的输出确定空域权值和判决统计量；
门限比较单元，预设有判决门限，将判决统计量与判决门限进行比较判决，如果判 决统计量大于判决门限，则转入跟踪过程；如果判决统计量小于判决门限，则改变本地伪码 相对于接收伪码的相位，重新根据接收信号计算判决统计量，进行门限判决，直到实现捕获 转入跟踪过程为止。 所述捕获判决统计量计算单元包括空间相关矩阵计算单元、空域权值计算单元和 空域加权单元。 所述数字下变频单元包括载波发生器，经模拟数字变换单元传来的采样量化后的 接收信号与所述载波发生器产生的载波信号进行相乘实现下变频，得到数字基带信号。
作为本发明的进一步改进本发明提供一种直接序列扩频系统使用多天线的伪码 捕获装置，其特征在于，包括 模拟数字变换单元，用来接收每个天线送来的经射频单元处理后的直接序列扩频 信号，并对该信号进行采样量化后分别送到一组以上的捕获分支中； 所述每组捕获分支均包括数字下变频单元、相关器单元、捕获判决统计量计算单 元；所述数字下变频单元，接收经模拟数字变换单元传来的采样量化后的接收信号，进行下 变频得到数字基带信号；所述相关器单元，接收经数字下变频单元传来的数字基带信号，并 将该数字基带信号与本地伪码进行相关累加的输出；所述捕获判决统计量计算单元，接收 经数字下变频单元传来的数字基带信号，得到空间相关矩阵，并根据空间相关矩阵和相关 器单元的输出确定空域权值和判决统计量； 最大值选择单元，接收每组捕获分支输出的判决统计量，选择最大的一个送到门 限比较单元。 门限比较单元，预设有判决门限，将判决统计量与判决门限进行比较判决，如果判 决统计量大于判决门限，则转入跟踪过程；如果判决统计量小于判决门限，则改变本地伪码 相对于接收伪码的相位，重新根据接收信号计算判决统计量，进行门限判决，直到实现捕获 转入跟踪过程为止。 所述捕获判决统计量计算单元包括空间相关矩阵计算单元、空域权值计算单元和 空域加权单元。 所述数字下变频单元包括载波发生器，经模拟数字变换单元传来的采样量化后的 接收信号与所述载波发生器产生的载波信号进行相乘实现下变频，得到数字基带信号。
与现有技术相比，本发明的优点就在于 1、本发明直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法及装置，主要适用于使用 多天线的直接序列扩频系统中的伪随机序列伪码捕获和空域权值捕获，在进行伪码捕获的同时利用了阵列的抗干扰能力，提高了伪码捕获性能；本发明的伪码捕获装置，结构简单实用，复杂度低，便于数字化实现。 2、本发明直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法及装置，由于使用了基于空间相关矩阵的权值计算方法，与通过一些自适应训练过程得到空域权值的方法相比，捕获检测概率高，空域权值收敛快，捕获性能可以准确的进行分析，判决门限可以通过准确的计算得到。 3、本发明直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法及装置，由于使用了基于空间相关矩阵的权值计算方法，因此判决门限与接收信号的信干噪比无关，可以实现大的信干噪比范围内的可靠的伪码捕获。 4、本发明直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法及装置，通用性较强，可与载波多普勒搜索相结合；可以适用于任意的伪码扩频比，既可以用于周期性的短伪码的捕获，也可以用于长的非周期性的伪码的捕获。
图1是本发明捕获方法的流程示意 图2是本发明捕获装置实施例1的框架结构示意 图3是本发明捕获装置实施例2的框架结构示意图。
图例说明 100、模拟数字变换单元；101、模拟数字转换单元；110、数字下变频单元；111、载波发生器；120、相关器单元；121、本地伪码发生器；122、相关累加器；130、捕获判决统计量计算单元；131、空间相关矩阵计算单元；132、空域权值计算单元；133、空域加权单元；140、门限比较单元；141、门限设定单元；142、比较器；200、捕获分支；300、最大值选择单元。
具体实施例方式
以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法，基本过程是
每个天线使用一个捕获支路，根据每个天线接收信号得到接收信号的空间相关矩阵，结合
捕获支路输出确定自适应权值向量；使用中得到的自适应权值向量对捕获支路输出进行加
权求和，输出作为捕获判决的统计量；将捕获判决的统计量与门限进行比较做出判决，如果
捕获判决的统计量大于门限，则转入跟踪阶段；否则，变换捕获支路中的本地PN码相对于
接收信号的PN码相位，重复进行上述过程。 本发明直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法的详细流程为
步骤Sl :首先进行初始化，设定系统中参数N、 M、 K、门限|3 T。 步骤S2 :在步骤S2获取每个天线阵元接收信号的基带信号的采样。天线接收的信号经过射频单元放大滤波后，经过下变频得到基带信号进行采样；或者对中频信号采样，然后数字下变频到基带。如果是对基带信号采样，则下变频单元还可以用于进行载波多普勒的搜索。假定观测时间内得到N次阵列采样快拍，接收端天线阵列阵元数量为M，得到第i次快拍的阵列数据向量是 x(i) = [Xl(i)，x2(i)，…，XM(i)]T (1)
这里(')T表示转置运算，i = 1，…N是采样时刻和数据的编号，并以此作为时
间参考。 观测区间内的接收数据矩阵为X = [x(l)，x(2)， ".，x(N)]。 步骤S3、每个阵元基带采样信号通过一个捕获支路，得到与本地伪码信号的相关
输出，多个支路的相关输出构成一个输出向量。1 w 1,w = 77 S(0 = 77= ^ (2) 这里，(*)*表示共扼。d= [d(l)， d(2)，， d(N)]T是参考信号向量，d(i)=c(i-A i)，c(i)表示接收信号PN码在采样时刻i的取值，A t是接收PN码和本地PN码的相位差，PN码同步时A t = 0。 y是在观测区间内的阵列接收信号与参考信号进行相关的输出，即解扩运算后的输出向量。 步骤S4、根据接收阵列的信号经过部分相关运算后计算空间相关矩阵。 对观测区间分块，每一数据块的数据采样点为K， K为一个小的正整数。如果观测
检测N为K的整数倍，则观测区间分为L = N/K个数据块，每个数据块样点数量均为K。如
果N不能被L整除，观测区间分为Z = 「7V/《"l个数据块，这里门表示上取整操作，这时前L-l
段每段有K个观测值，最后一段有N-(L-1)K个观测值。在每一块内，利用该数据块内的数
据与参考信号进行部分相关后的输出数据来计算相关矩阵。如果N可以被L整除，部分相
关后的输出数据可以表示为
=+—!)亙+W((''—1)〖+力，=…,Z (3a)
如果N不能被L整除，则部分相关后的输出数据可以表示为
A ('■) -去IX(Z' — + W ((' — +力 ="…，丄—1
"固 ,
空间相关矩阵由下式确定
夂4i],《(0 (4)
丄'=1
步骤S5、结合空间相关矩阵和多个捕获支路的输出向量计算自适应阵列权值。
";工 (5)
步骤S6、根据多个捕获支路的输出向量进行加权z =々=化> (6)
步骤S7、加权输出z与判决门限！^进行比较。对于单停留搜索策略，如果判决统计量z小于门限，则转入步骤S8，否则转入步骤S9。门限根据系统参数和性能指标要求确定。这些参数包括虚警概率、天线数量、滑动相关器的积分长度。
上述检测方法的虚警概率可以用下式得到
<formula>formula see original document page 10</formula>(7) 这里B(，， )表示beta函数。根据系统要求的虚警概率，天线数量，观测检测长度，分段数量，通过数值计算可以确定判决门限PT。对于实际应用中的多组典型参数，可预先计算好门限并存储，在初始化时根据系统参数读取相应的判决门限。 步骤S8、如果判决统计量z小于门限，则转入步骤S8，改变本地伪码相对于接收伪码的相位，重复上述步骤S2到S7的过程。 步骤S9、如果判决统计量z大于等于门限，则转入步骤S9，将捕获的伪码定时自适应权值输出，捕获过程结束，转入伪码跟踪阶段。 上面描述中是针对没有使用载波多普勒搜索的情况。对于带有载波多普勒(由于收发载波频率偏差、收发双方的运动、传输信号的多普勒频移等引起的频率偏差)搜索的情况，本发明中提出的伪码捕获方法可以和多普勒搜索相结合。 伪码捕获装置可以与并行多普勒搜索结合，这时使用多个伪码捕获和空域权值捕获单元。载波发生器产生不同频率的载波，采样数据使用不同频率的载波进行下变频，然后分别送到伪码捕获和空域权值捕获单元，从多个捕获判决统计量中选择最大的一个值进行捕获判决。在每个伪码捕获和空域权值捕获单元中，基本步骤与上面描述的过程类似。
伪码捕获装置可与载波多普勒串行搜索结合，在一定范围内改变载波发生器的频率进行串行搜索，这时仅使用单个伪码捕获和空域权值捕获单元。 基于上述伪码捕获方法，本发明进而提供一种伪码捕获装置。下面结合具体实例对本发明伪码捕获装置做详细说明。 实施例1 :如图2所示，本实施例中不考虑载波多普勒搜索，这种情况适用于载波收发频率偏差比较小的应用场合。系统接收端使用M个天线，每个天线接收的直接序列扩频信号先经过射频单元经过低噪声放大、滤波、变频到中频信号后，送到图2中的捕获装置。 送到捕获装置的信号先送到模拟数字变换单元100。模拟数字变换单元由M个模拟数字转换器(ADC) 101组成，在模拟数字变换单元进行采样量化，以便进行后期的数字化处理。 在数字下变频单元110中，采样量化后的接收信号与载波发生器111产生的载波信号进行相乘，实现下变频，得到数字基带信号。观测时间内得到N次阵列采样快拍，第i次快拍数据的向量形式是 x(i) = [Xl(i)，X2(i)， ...，xM(i)]T (8) 这里(，)T表示转置运算，i = 1，…N是采样时刻和数据的编号，并以此作为时
间参考。 数字基带信号送到相关器单元120，计算与本地伪码相关累加的输出。 在相关器单元中，包含M个相关累加器122。在这里，每个天线通路的基带采样信
号与本地伪码发生器产生121的伪码信号进行相关，多个支路的相关输出构成一个输出向 <formula>formula see original document page 11</formula> (9) 这里，( )*表示共扼，d(i)表示本地伪码发生器产生的伪码在采样时刻i的取值。 数字基带信号同时还送到捕获判决统计量计算单元130，用于计算空间相关矩阵。捕获判决统计量计算单元包括三部分电路空间相关矩阵计算单元131、空域权值计算单元132、空域加权单元133。该单元的处理过程为
1)确定空间相关矩阵。 对观测区间分块，每一数据块的数据采样点为K， K为一个小的正整数。如果观测检测N为K的整数倍，则观测区间分为L = N/K个数据块，每个数据块样点数量均为K。如果N不能被L整除，观测区间分为丄=「iV/尤"l个数据块，这里「.1表示上取整操作，这时前L-l段每段有K个观测值，最后一段有N-(L-1)K个观测值。在每一块内，利用该数据块内的数据与参考信号进行部分相关后的输出数据来计算相关矩阵。如果N可以被L整除，部分相关后的输出数据可以表示为
A(' ) = 4'. -l)尺+ W("-1)"力，= 1,2,.." (10a)
如果N不能被L整除，则部分相关后的输出数据可以表示为W) = 士 !>((' — D《+ —1)《+力="…，Z -1
1
iV - (丄- l)K >w-(￡-i)*a:+i
根据下式确定空间相关矩阵
(10b)
(ii)
2) 确定空域权值
根据空间相关矩阵^^和相关器单元输出y得到空域加权处理的自适应权值
3) 确定判决统计量
z =々 (12)
在门限比较单元140，判决统计量z，与门限设定单元141确定的判决门限Pt在比较器142中进行比较判决。本实施例中使用的是单停留搜索策略，如果判决统计量大于门限！^，则转入跟踪过程。如果小于判决门限！^，则控制本地伪码发生器121，改变本地伪码相对于接收伪码的相位，重新根据接收信号计算判决统计量，进行门限判决，直到实现捕获转入跟踪过程为止。 门限！^根据系统参数和性能指标要求确定。这些参数包括虚警概率、天线数量、
滑动相关器的积分长度等，在本实施例中，虚警概率可由下式得到
1
(1 —x)
丄一M-l
血
(13)
机5(M，U)
这里B(， ， )表示beta函数。根据系统要求的虚警概率，结合系统使用的天线数量、观测检测长度、分段数量，通过数值计算可以确定判决门限PT。对于实际应用中的多组典型参数，可预先计算好门限并存储，然后从存储器中读取相应的门限值用于捕获判决。
实施例2 :如图3所示，在本实施例中，使用了载波多普勒并行搜索，这种情况适用于载波收发频率偏差比较大的应用场合。系统接收端使用M个天线，每个天线接收的直接序列扩频信号先经过射频单元经过低噪声放大、滤波、变频到中频信号后，送到图2中的捕
1获装置。 送到捕获装置的信号先经过模拟数字变换单元100，进行采样量化，以便进行后期的数字化处理。采样量化的数字信号分别送到P组捕获分支200中。每组捕获分支200中，均包含数字下变频单元110、相关器单元120、捕获判决统计量计算单元130。在本实施例中，P组捕获分支200中的每个载波发生器111均产生有一定差异的多个载波频率用于下变频，得到数字基带信号，此外这些单元的基本组成与实施例1中相同，因此这里不再详细描述。每组捕获分支200均输出一个判决统计量，送到最大值选择单元300，选择其中最大的一个Zm送到门限比较单元140。 在门限比较单元140中，判决统计量zm与判决门限13 T进行比较判决。本实施例中的门限的确定方法与实施例1中相同。本实施例中使用的是单停留搜索策略，如果判决统计量大于门限P T，则转入跟踪过程。如果小于判决门限P T，则控制本地伪码发生器121，改变本地伪码相对于接收伪码的相位，重新根据接收信号计算判决统计量，进行门限判决，直到实现捕获转入跟踪过程为止。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法，其特征在于步骤为①、每个天线使用一个捕获支路，根据每个天线接收信号得到接收信号的空间相关矩阵，结合捕获支路输出确定自适应权值向量；②、使用上述步骤①中得到的自适应权值向量对捕获支路输出进行加权求和，输出作为捕获判决的统计量；③、将上述步骤②中得到的捕获判决的统计量与门限进行比较做出判决，如果捕获判决的统计量大于门限，则转入跟踪阶段；否则，变换捕获支路中的本地PN码相对于接收信号的PN码相位，重复进行上述过程。
2. 根据权利要求1所述的直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法，其特征在于 所述步骤①的具体流程为1、获取每个天线阵元接收信号的基带信号的采样；n、每个阵元基带采样信号通过一个捕获支路，得到与本地伪码信号的相关输出，多个支路的相关输出构成一个输出向量^ ^=^|>(^(0 = ^^(1'"，其中(*)*表示共扼，X: [x(l)，x(2)，…，x(N)]是由观测区间内的阵列接收信号向量组成的信号矩阵，(1 = [d(l)，d(2)，…，d(N)]T是参考信号向量，d(i) = c(i-A "，c(i)表示接收信号PN码在 采样时刻i的取值，△ t是接收PN码和本地PN码的相位差，PN码同步时At = 0， y是 在观测区间内的阵列接收信号与参考信号进行相关的输出，即解扩运算后的输出向量；ni、根据接收阵列的信号经过部分相关运算后得到空间相关矩阵，所述空间相关矩阵由下式确定^ ^+i^(0^(0，其中Xl(i)， i = 1，…，L按照下述过程确定对观测区间分块，每一数据块的数据采样点为K， K为一个小的正整数；如果观测检测N为K的整 数倍，则观测区间分为L = N/K个数据块，每个数据块样点数量均为K ;如果N不能被L整 除，观测区间分为Z = 「W/《l个数据块，这里「."1表示上取整操作，这时前L-l段每段有K个 观测值，最后一段有N-(L-1)K个观测值；在每一块内，利用该数据块内的数据与参考信号 进行部分相关后的输出数据来计算相关矩阵；如果N可以被L整除，部分相关后的输出数据为^('') =+1>((卜1)《+永、-1)《+力，1 = 1，2，…，L;如果N不能被L整除，则部分 k片相关后的输出数据可以表示为* = + |>((卜1)尺+ 7')^((卜1)^ +力，i = l，2，…，L-1，yv — (丄—a ^w-(i-iv、结合空间相关矩阵和多个捕获支路的输出向量计算自适应阵列权值"-^;1^。
3. 根据权利要求i或2所述的直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法，其特征 在于所述门限根据虚警概率、天线数量、滑动相关器的积分长度确定。
4. 根据权利要求3所述的直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法，其特征在于所述虚警概率为^ = jl翠i —M),H1 ，这里B( ， )表示Beta函数， Pi为门限值。
5. —种直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获装置，其特征在于，包括 模拟数字变换单元(100)，用来接收每个天线送来的经射频单元处理后的直接序列扩频信号，并对该信号进行采样量化；数字下变频单元(110)，接收经模拟数字变换单元(100)传来的采样量化后的接收信 号，进行下变频得到数字基带信号；相关器单元(120)，接收经数字下变频单元(110)传来的数字基带信号，并将该数字基 带信号与本地伪码进行相关累加后输出；捕获判决统计量计算单元(130)，接收经数字下变频单元(110)传来的数字基带信号， 得到空间相关矩阵，并根据空间相关矩阵和相关器单元(120)的输出确定空域权值和判决 统计量；门限比较单元(140)，预设有判决门限，将判决统计量与判决门限进行比较判决，如果 判决统计量大于判决门限，则转入跟踪过程；如果判决统计量小于判决门限，则改变本地伪 码相对于接收伪码的相位，重新根据接收信号计算判决统计量，进行门限判决，直到实现捕 获转入跟踪过程为止。
6. 根据权利要求5所述的直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获装置，其特征在 于所述捕获判决统计量计算单元(130)包括空间相关矩阵计算单元(131)、空域权值计算 单元(132)和空域加权单元(133)。
7. 根据权利要求5或6所述的直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获装置，其特征 在于所述数字下变频单元(110)包括载波发生器(lll)，经模拟数字变换单元(100)传来 的采样量化后的接收信号与所述载波发生器(111)产生的载波信号进行相乘实现下变频， 得到数字基带信号。
8. —种直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获装置，其特征在于，包括 模拟数字变换单元(100)，用来接收每个天线送来的经射频单元处理后的直接序列扩频信号，并对该信号进行采样量化后分别送到一组以上的捕获分支(200)中；所述每组捕获分支(200)均包括数字下变频单元(110)、相关器单元(120)、捕获判决 统计量计算单元(130);所述数字下变频单元(IIO)，接收经模拟数字变换单元(100)传来 的采样量化后的接收信号，进行下变频得到数字基带信号；所述相关器单元(120)，接收经 数字下变频单元(110)传来的数字基带信号，并将该数字基带信号与本地伪码进行相关累 加的输出；所述捕获判决统计量计算单元(130)，接收经数字下变频单元(110)传来的数字 基带信号，得到空间相关矩阵，并根据空间相关矩阵和相关器单元(120)的输出确定空域 权值和判决统计量；最大值选择单元(300)，接收每一组捕获分支(200)输出的判决统计量，选择最大的一 个送到门限比较单元(140);门限比较单元(140)，预设有判决门限，将判决统计量与判决门限进行比较判决，如果 判决统计量大于判决门限，则转入跟踪过程；如果判决统计量小于判决门限，则改变本地伪 码相对于接收伪码的相位，重新根据接收信号计算判决统计量，进行门限判决，直到实现捕 获转入跟踪过程为止。
9. 根据权利要求8所述的直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获装置，其特征在 于所述捕获判决统计量计算单元(130)包括空间相关矩阵计算单元(131)、空域权值计算单元(132)和空域加权单元(133)。
10.根据权利要求8或9所述的直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获装置，其特征 在于所述数字下变频单元(110)包括载波发生器(lll)，经模拟数字变换单元(100)传来 的采样量化后的接收信号与所述载波发生器(111)产生的载波信号进行相乘实现下变频， 得到数字基带信号。
全文摘要
一种直接序列扩频系统使用多天线的伪码捕获方法及装置，其步骤为①每个天线使用一个捕获支路，根据每个天线接收信号得到接收信号的空间相关矩阵，结合捕获支路输出确定自适应权值向量；②使用上述步骤①中得到的自适应权值向量对捕获支路输出进行加权求和，输出判决统计量；③将捕获判决的统计量与门限进行比较做出判决，如果捕获判决的统计量大于等于门限，转入跟踪阶段；否则，变换本地PN码相对于接收信号的PN码相位，重复进行上述过程。该装置包括模拟数字变换单元、数字下变频单元、相关器单元、捕获判决统计量计算单元、门限比较单元。本发明具有结构简单、抗干扰能力强、判决门限与信干噪比无关等优点。
文档编号H04B7/08GK101702628SQ20091004472
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者习勇, 张颖光, 魏急波 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学