一种消除数据符号影响的扩频信号捕获方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测控技术领域，特别涉及一种消除数据符号影响的扩频信号捕获方法，用于在航天器扩频接收机上实现兼容无调制数据和调制‘1’、‘0’交替数据的两种捕获序列模式。
【背景技术】
[0002]目前，直接序列扩频测控体制在中继测控领域以及地基测控领域有着广泛的应用，航天器测控有着接收电平动态范围大、频率多普勒动态范围大等特点，随着航天器对扩频体制测控产品捕获性能的要求不断提高，需要研制一种能够同时兼容无调制数据和调制‘I’、‘0’交替数据的两种捕获序列模式的航天器测控产品。
[0003]针对上述需求，提出了一种消除数据符号影响的扩频信号捕获方法，通过航天器型号测控产品功能性能测试、环境试验等，充分验证了该方法的有效性和可行性。
[0004](I)查阅文献，查阅了万方数据库、国外报告数据库、国防科技信息资源服务系统，国家科技图书文献中心等相关系统，在目前所能查到的相关文献资料中，关于捕获跟踪方法中消除数据跳变对信号捕获判决的影响，研究较多的是相干积分中数据比特跳变的问题，即在弱信号捕获时，要加长相干积分时间，积分结果就会受到数据比特跳变的影响。针对这一问题，很多文献提出了相应的解决方法，采用的主要是先猜后检测的方法，首先考虑到数据比特的值只有O和I两种可能，先猜后检法在猜定当前比特值分别为O与I的两种情况下，继续相干积分，其中一个相干积分是加法运算，而另一个实际上是减法计算，考虑到其中一种必定是正确的，而另一种又必定是错误的，检验、比较两个相干积分结果，其中绝对值较大的一个被认为是相应于当前比特值被正确猜中的相干积分结果。比如:
[0005]《A Software GPS Receiver for Weak Signals))(作者:D.M.Lin, J.Β.Y.Tsui)，该论文介绍了捕获方法中相干积分时间T为1ms (数据速率为50bps)，数据比特和比特边缘未知。分别计算两个累积，它们间隔10ms，将20ms的采样分成两部分。然后，再将相应的每个1ms进行非相干积分。这种方法能保证至少有一组不含有数据翻转，本文将它称为半比特法。
[0006]((Block Acquisit1n of Weak GPS Signals in a Software Receiver》(作者:M.L.Psiaki);用20ms的相干积分(数据速率为50bps)，然后进行非相干积分，称之为全比特法。由于不知道数据比特的翻转位置，要在每个可能的比特边缘位置开始积分，这样就会形成20组结果。含有最大值的那组开始未知，就是正确的比特边缘位置。
[0007]《基于FFT的直扩系统中弱信号捕获方法》(作者:李达飞);文章采用多段数据延时的方法解决了相关累加过程中跨越数据跳变沿的问题。对接收到的数据以一个伪码周期为间隔，每次存储一个数据位长度的数据进行相关累加运算，这样就得到N个相关结果，这些结果中肯定有一个不含有数据跳变沿，即求出这一系列相关累加结果中的最大值就是不受跳变影响的有效数据。
[0008]传统的先猜后检测的方法，虽然可以消除符号的影响，一方面需要大量冗余的计算，复杂度高，另一方面，随着数据速率的增加，以上检测方法实现起来会变得越来越复杂O
[0009]《消除数据调制影响的FFT捕获方法》(作者:张国良)，一文中提出了一种解决此问题的方法:通过对I和Q两路信号的运算，构造一个不受数据调制影响的复信号，对此信号作FFT完成捕获。但该方法是通过大量增加运算(乘法次数)的复杂度来消除数据调制的影响的，不宜用于工程FPGA实现。
[0010](2)查询专利，在国家专利局专利数据库查询中输入“符号影响”，“数据跳变”，“信号捕获”，“数据调制”等关键词，均未查到与本专利相似的专利。
【发明内容】
[0011]本发明的技术解决问题是克服现有技术不足，提出一种消除数据符号影响的扩频信号捕获方法，该方法根据接收信号和本地信号的相关累积结果进行分析，判断接收信号中是否存在调制信号，然后对无调制信号和有调制信号的两种情况采用相应的多普勒频偏定位方法，实现适用于两种情况的信号捕获，方法实现简单且捕获性能好。
[0012]本发明的上述目的通过如下方案实现:
[0013]—种消除数据符号影响的扩频信号捕获方法，包括以下步骤:
[0014](I)、将接收信号与本地扩频码信号进行相关累积计算，然后在频域对所述相关累积结果进行功率峰值检测，记录检测得到的最大峰值Vpeaki和次大峰值V PEAK2，以及所述最大峰值Vpeaki和次大峰值V PEAK2出现的位置K PEAK1^P K ΡΕΑΚ2;其中K PEAK I 和 K
PEAK2 为正整数且取值范围均为O?N，N为相关累积结果在频域的谱线个数；
[0015](2)、根据最大峰值Vpeaki和次大峰值V ^?2的数值，以及所述两个峰值出现的位置关系，判断接收信号中是否存在调制数据，其中:如果接收信号中存在调制数据，则进入步骤(3);如果接收信号中不存在调制数据，则进入步骤(4);
[0016](3)、根据最大峰值Vpeaki和次大峰值Vpeak2出现的位置Kpeaki和K随2，确定实际多普勒频偏对应的谱线位置Kdcip，并计算得到所述谱线的功率值Vdcip,然后进入步骤(5);
[0017](4)、最大峰值Vpeaki出现的位置对应于实际多普勒频偏，即实际多普勒频偏对应谱线的功率值Vdcip= Vpeaki，然后进入步骤(5);
[0018](5)、将实际多普勒频移对应谱线的功率值Vdcip与设定的捕获门限Vth进行比较:如果VS V th，则判断捕获成功，进入步骤(6);如果Vdcip〈Vth，则判断捕获失败，调整本地扩频码信号的相位，并返回步骤(I);
[0019](6)、输出捕获结果。
[0020]上述的消除数据符号影响的扩频信号捕获方法，在步骤(2)中，根据如下方法判断接收信号是否存在调制数据:
[0021](2a)、判断最大峰值Vpeaki和次大峰值Vpeak2的比例关系，其中:如果VPEAK1〈AXVPEAK2，则进入步骤(2b);如果Vpeaki多AX Vpeak2，则进入步骤(2g);其中，A为设定的比例系数；
[0022](2b)、根据最大峰值Vpeaki和次大峰值V p—出现位置进行如下判断，其中:
[0023]如果最大峰值Vpeaki和次大峰值V _2都出现在中心谱线的同一侧，即:O 彡 Kpeaki<N/2 且 O < ΚΡΕΑΚ2〈Ν/2，或者 N/2 ^ Kpeaki<N 且 N/2 ^ KPEAK2〈N，则进入步骤(2c);
[0024]如果最大峰值Vpeaki出现在中心谱线的左侧且次大峰值V PEAK2出现在中心谱线的右侧，即 O 彡 Kpeaki<N/2 且 N/2 ( ΚΡΕΑΚ2〈Ν，则进入步骤(2d);
[0025]如果最大峰值Vpeaki出现在中心谱线的右侧且次大峰值V PEAK2出现在中心谱线的左侧，即N/2彡Kpeaki<N且O彡ΚΡΕΑΚ2〈Ν/2，则进入步骤(2e);
[0026](2c)、如果 M-B〈 I Kpeak1-Kpeak2 |〈M+B，则进入步骤(2f);如果 | K隨「KPEAK21 ^ M-B 或Kpeak1-Kpeak2彡Μ+Β，则进入步骤(2g);其中，M= (NXRb)/Fs，Rb为设定的调制数据速率，
Fs为系统FFT采样频率，B设定的正整数；
[0027](2d)、如果 Μ-Β〈Ν-ΚΡΕΑΚ2+ΚΡ議〈M+B，则进入步骤(2f);如果 Ν-ΚΡΕΑΚ2+ΚΡΕΜ1< M-B 或Ν-ΚΡΕΑΚ2+ΚΡΕΑΚ1>Μ+Β，则进入步骤(2g);
[0028](2e)、如果 Μ-Β〈Ν-ΚΡΕΑΚ1+ΚΡΕΑΚ2〈Μ+Β，则进入步骤(2f);如果