CN105406898A - 一种agc电压辅助的直接序列扩频信号捕获方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种AGC电压辅助的直接序列扩频信号捕获方法，该方法适用的接收机包括AGC单元和捕获单元，具体有如下步骤：(1)设置信噪比估计单元和模式切换单元；(2)AGC单元对信号x(i)进行自动增益调控后得到信号s(i)，将所述信号s(i)输出给捕获单元，同时输出AGC控制电压V_GAIN给信噪比估计单元；(3)信噪比估计单元根据接收的控制电压V_GAIN进行信噪比估计；(4)模式切换单元接收信噪比估计值与模式切换的信噪比门限进行比较，切换至相应的捕获参数设置并输出给捕获单元；(5)捕获单元接收AGC调控后的输入信号s(i)，在模式切换单元设定的捕获参数设置下进行捕获，输出捕获结果。该方法可以在保证捕获检测性能的前提下，有效降低强信号情况下的平均捕获时间。

Description

一种AGC电压辅助的直接序列扩频信号捕获方法

技术领域

本发明涉及一种AGC电压辅助的直接序列扩频信号捕获方法，特别适用于接收信号功率变化范围大的场合，属于航天技术领域。

背景技术

通常，捕获参数设置取决于接收信号质量。实际上，由于收发双方相对距离以及信道特性的变化，接收信号信噪比也在不断变化，且具有较大的变化范围。因此，使得捕获时间最短的最优参数配置也是变化的。

然而常规的捕获算法，通常根据某一特定信噪比(通常为根据实际情况预测的信噪比下限)下的实验结果，预先设置一个固定的门限。该方法对于其他信噪比而言，必然带来捕获时间性能的下降。基于此，在2011年IEEETransactionsonVehicularTechonology第60期6卷第2870页至2875页由SoonamYeom等人发表的“AnadaptivethresholdtechniqueforfastPNcodeacquisitioninDS-SSsystems”一文中，提出了一种基于多门限软判决的检测算法。该算法，在捕获检测之前，预先进行一次相关运算，根据相关结果设置门限值，用于后续的捕获检测和捕获验证。该方法在低信噪比场景下，对于提高捕获平均时间而言具有良好的性能；但其在高信噪比场景下，由于需要额外的一次相关运算计算门限，时间性能不佳。

AGC广泛应用于DSSS接收机中。AGC的控制电压与输入信号功率存在函数关系，在一定程度可以作为信号质量评价指标。

已有研究将AGC作为干扰估计和检测的工具。类似的，对于近场测控应答机和导航接收机，AGC可以辅助估计期望直接序列扩频信号的信噪比，进而指导捕获参数的设置，但相关研究工作尚未见报道。

因此，本发明就是基于上述问题而产生的技术发明，就本发明的内容而言，国内外尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AGC电压辅助的直接序列扩频信号捕获方法，该方法可以在保证捕获检测性能的前提下，有效降低强信号情况下的平均捕获时间。

实现本发明的技术方案如下：

一种AGC电压辅助的直接序列扩频信号捕获方法，该方法适用的接收机包括AGC单元和捕获单元，具体有如下步骤：

(1)设置信噪比估计单元和模式切换单元，所述信噪比估计单元分别与AGC单元和模式切换单元相连，所述模式切换单元还与捕获单元相连；

(2)AGC单元输入为天线接收信号x(i)，其对信号x(i)进行自动增益调控后得到信号s(i)，将所述信号s(i)输出给捕获单元，同时输出AGC控制电压V_GAIN给信噪比估计单元；

(3)信噪比估计单元根据接收的控制电压V_GAIN进行信噪比估计，并输出信噪比估计值给模式切换单元；所述信噪比估计值为：

$\widehat{\mathrm{\η}}=10\log 10\[\frac{f^{-1}\left(V_{GAIN}\right)-P_n}{P_n}\]$

其中，P_n为以dBw为单位的接收机前端噪声功率，f^-1表示f的反函数，f表示AGC所采用的芯片设计时设定的信号功率P_in与V_GAIN函数关系；

(4)模式切换单元接收信噪比估计值并将其与模式切换的信噪比门限η_th进行比较，切换至相应的捕获参数设置并输出给捕获单元，所述捕获参数包括非相参积累次数M和判决门限V_T，若切换M＝1，V_T＝V_T1，否则，切换M＝M₀，V_T＝V_T0；其中，η_th为M＝1条件下，根据期望检测概率和虚警概率求得的最低信噪比；V_T1为M＝1时根据恒虚警原则求得的判决门限值；M₀和V_T0为根据实际情况预测的信噪比下限所设定的非相参积累次数和判决门限；

(5)捕获单元接收AGC调控后的输入信号s(i)，在模式切换单元设定的捕获参数设置下进行捕获，输出捕获结果。

有益效果

本发明通过对输入信号的信噪比进行评估，根据评估的结果设置不同的捕获参数，因此其可以在保证捕获检测性能的前提下，有效提高捕获速度。尤其在信噪比较高的场景，其信号质量的评估更加准确，在降低平均捕获时间方面有突出优势，可以弥补基于多门限软判决的检测算法在高信噪比条件下的缺陷。

同时，本发明使用的AGC是接收机前端普遍使用的器件，无需额外添加其他器件。另外，相比常规捕获单元的资源消耗，增加的信噪比估计单元和模式切换单元的资源消耗增长非常小。

附图说明

图1为本发明AGC电压辅助的直接序列扩频信号捕获方法的流程图；

图2为本实施例AGC电压辅助的直接序列扩频信号捕获方法的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体方式对本发明进行详细说明。

本发明的设计思想为：本发明根据AGC电压进行信号质量的评估，获得输入信号信噪比估计；并在此基础上有针对性地选择捕获单元中的门限和相关时间的参数设置。

如图1所示，本发明一种AGC电压辅助的直接序列扩频信号捕获方法，该方法适用的接收机包括AGC单元和捕获单元，所述捕获单元包括非相参积累模块、检测判决模块等，如图2所示

(1)设置信噪比估计单元和模式切换单元，所述信噪比估计单元分别与AGC单元和模式切换单元相连，所述模式切换单元还与捕获单元相连。

(2)AGC单元输入为天线接收信号x(i)，其对x(i)进行自动增益调控后得到信号s(i)，将所述信号s(i)输出给捕获模块，同时输出AGC控制电压V_GAIN给信噪比估计单元。

其中，V_GAIN为AGC工作过程中的中间变量，是首先根据输入信号采样序列统计出信号功率P_in，进而根据AGC所采用的芯片设计时设定的P_in与V_GAIN函数关系计算得到的。根据芯片手册，可以查找其对应函数关系，不失一般性设为V_GAIN＝f(P_in)。

(3)信噪比估计单元接收AGC控制电压V_GAIN，根据所述控制电压V_GAIN进行信噪比估计，并输出信噪比估计值给模式切换单元；所述信噪比估计值为：

$\widehat{\mathrm{\η}}=10\log 10\[\frac{f^{-1}\left(V_{GAIN}\right)-P_n}{P_n}\]$

其中，P_n为以dBw为单位的接收机前端噪声功率，其取值由接收机热噪声、接收机前端网络增益及噪声系数共同决定，当射频前端设计完成，其P_n可以估算得到；f^-1表示f的反函数。

(4)模式切换单元接收信噪比估计值并将其与模式切换的信噪比门限η_th进行比较，切换至相应的捕获参数设置(包括非相参积累次数M和判决门限V_T)。同时将M输出给非相参积累模块，V_T输出给检测判决模块。

鉴于直接序列扩频信号大多淹没在噪声电平之下的特性，捕获单元主要分成两种模式进行切换：若切换至最简捕获参数设置(M＝1，V_T＝V_T1)；否则，切换至一般捕获参数设置(M＝M₀，V_T＝V_T0)。

其中，η_th为M＝1条件下，根据期望检测概率和虚警概率求得的最低信噪比；V_T1为M＝1时根据恒虚警原则求得到判决门限值；M₀和V_T0即为常规捕获算法根据实际情况预测的信噪比下限设定的非相参积累次数和判决门限。这里，η_th、V_T1、M₀和V_T0的计算公式与常规捕获算法相同。如2011年由电子工业出版社出版，谢钢著作的《GPS原理与接收机设计》一书所示：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{fa}=e^{-v_t^2/{\mathrm{\σ}}^2}\\ P_d={\∫}_{v_t}^{\mathrm{\∞}}\frac{\mathrm{\Λ}}{{\mathrm{\σ}}^2}{e}^{-(\frac{{\mathrm{\Λ}}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}+\mathrm{\η})}{I}_0\left(\frac{\mathrm{\Λ}}{\mathrm{\σ}}\sqrt{2\mathrm{\η}}\right)d\mathrm{\Λ}\end{array}\right.$

其中，P_fa和P_d分别为所需的单元格虚警概率和检测概率；v_t为对应的恒虚警门限；σ²为经过M次非相参之后的噪声功率；η为M次非相参结果的信噪比，σ²和η的取值均为M的函数。由上述公式，可以在给定的P_fa和P_d需求下，给定M＝1，求出η及v_t即上述定义的η_th和V_T1；给定实际情况预测的信噪比下限，求出M及v_t即上述定义的M₀和V_T0。

本步骤中在不同的情况下进行不同参数设置的切换的设计原理为：

其一，对于不同输入信噪比条件，为了确保达到期望的捕获性能，可通过调整非相参积累次数以及相应的判决门限实现。具体为：捕获性能与检测前信噪比存在对应关系，为达到期望的捕获性能，通常通过调整非相参积累次数，获得一定的信噪比增益，以确保相应的检测前信噪比。若捕获工作在低信噪比条件，则需要较高的信噪比增益，因此需要增大非相参积累次数；相反，若捕获工作在高信噪比条件，则非相参积累次数可适当降低，以降低捕获时间。

其二，通过AGC电压进行输入信噪比估计，受到AGC电压灵敏度的限制。AGC电压与输入信号功率存在对应关系，主要包括噪声功率和直接序列扩频信号(目标信号)功率。这里分为两种情况进行讨论：(a)在M>1对应的输入信噪比条件下，目标信号淹没在噪声电平之下，AGC电压主要受噪声影响，而对输入信号功率变化不敏感，无法准确估出输入信噪比，因此无法进行细致的捕获参数调节。此时为确保不同信噪比下获得期望的捕获性能，只能统一依靠实际中预测的最低信噪比，进行参数设置，即(M＝M₀，V_T＝V_T0)。(b)随着输入信噪比的进一步提高，M逐渐降低直至M＝1，此时对应强信号场景，目标信号功率明显增大，其变化可以反映在AGC电压上。因此，受AGC电压灵敏度限制，根据信噪比估计仅可以判断出使用最简捕获参数设置(M＝1，V_T＝V_T1)即可满足捕获性能的场景。因此，这里用来切换的模式主要划分成上述两种。

相比于传统的单一模式即(M＝M₀，V_T＝V_T0)模式而言，所提方法针对强信号场景(由进行判决)，另外划分出了一种工作模式(M＝1，V_T＝V_T1)，这样可以在保证此时的捕获性能的前提下节省捕获时间。

(5)捕获单元接收AGC调控后的输入信号s(i)，在模式切换单元设定的捕获参数设置下进行常规的捕获，输出捕获结果。

这里常规捕获指：根据当前逻辑控制模块输出的本地搜索频率值，在下变频模块对接收信号进行多普勒频率剥离；再将剥离后信号与本地伪码序列进行相关处理；然后对M个相关结果r[m](m＝0,1,...M-1)进行非相参积累获得非相参积累结果Λ；检测判决模块根据非相参积累的结果获得检测变量并将其与门限比较，进而判决目标信号的有无，并输出包括判决结果、伪码相位估计与载波多普勒估计在内的捕获结果。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种AGC电压辅助的直接序列扩频信号捕获方法，其特征在于，该方法适用的接收机包括AGC单元和捕获单元，具体有如下步骤：

(1)设置信噪比估计单元和模式切换单元，所述信噪比估计单元分别与AGC单元和模式切换单元相连，所述模式切换单元还与捕获单元相连；

(2)AGC单元输入为天线接收信号x(i)，其对信号x(i)进行自动增益调控后得到信号s(i)，将所述信号s(i)输出给捕获单元，同时输出AGC控制电压V_GAIN给信噪比估计单元；

(3)信噪比估计单元根据接收的控制电压V_GAIN进行信噪比估计，并输出信噪比估计值给模式切换单元；所述信噪比估计值为：

$\widehat{\mathrm{\η}}=10log10\[\frac{f^{-1}\left(V_{GAIN}\right)-P_n}{P_n}\]$

其中，P_n为以dBw为单位的接收机前端噪声功率，f^-1表示f的反函数，f表示AGC所采用的芯片设计时设定的信号功率P_in与V_GAIN函数关系；

(4)模式切换单元接收信噪比估计值并将其与模式切换的信噪比门限η_th进行比较，切换至相应的捕获参数设置并输出给捕获单元，所述捕获参数包括非相参积累次数M和判决门限V_T，若切换M＝1，V_T＝V_T1，否则，切换M＝M₀，V_T＝V_T0；其中，η_th为M＝1条件下，根据期望检测概率和虚警概率求得的最低信噪比；V_T1为M＝1时根据恒虚警原则求得到判决门限值；M₀和V_T0为根据实际情况预测的信噪比下限所设定的非相参积累次数和判决门限；

(5)捕获单元接收AGC调控后的输入信号s(i)，在模式切换单元设定的捕获参数设置下进行捕获，输出捕获结果。