CN106054218B - 一种卫星通信突发捕获系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星通信突发捕获系统，包括：训练运算单元，用于将接收信号序列与已知独特码序列进行训练计算，并输出计算结果；门限运算单元，用于根据所述接收信号序列求解自适应门限，并输出捕获门限；信号检测单元，用于根据所述接收信号序列检测突发信号的到来和消失，并输出突发信号检测结果；判决单元，用于根据所述计算结果、所述捕获门限和所述突发信号检测结果判断是否捕获到突发信号，若捕获到突发信号，则输出捕获标识。本发明能精准捕获较大频率偏差及较大信号功率差异的突发信号，且在较低信噪比时虚警概率极低。

Description

一种卫星通信突发捕获系统
技术领域
本发明涉及时分多址的卫星通信技术领域，特别是涉及一种卫星通信突发捕获系统。
背景技术
时分多址(TDMA)的卫星通信系统采用突发方式通信。接收端突发捕获模块的性能直接决定时分多址系统性能，甚至决定时分多址系统能否通信。
时分多址的卫星通信系统中，由于信道衰落、收发站点时钟独立、地面站和卫星之间的相对运动以及地面站之间时钟独立等因素的影响，接收端经过低噪声模块化下变频器(LNB)下变频后的信号存在较大频率偏差(频率偏差甚至可达到符号速率的1/3)、较低信噪比；再加上卫星通信系统中各个地面站发射信号的能力存在差异，使得接收端接收到不同站点的突发信号功率差异较大。
卫星突发通信使用的突发包含独特码，捕获过程即为独特码检查过程。突发的捕获通常较为成熟的技术是对接收信号与本地已知独特码做自相关或互相关处理，然后检查相关峰是否超过预先设定的门限值。这种捕获方法在接收信号功率差异较大、频偏偏差较大时失效。
也有技术将预先设定的门限值采用自适应门限，自适应门限通过求解接收信号的功率获取。该技术可以适应接收信号功率较大差异的情况，但在接收信号信噪比低时存在虚警或漏检。
因此，能够精准捕获具有较大频率偏差、较低信噪比及信号功率差异较大的突发信号是卫星突发通信的基础。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种卫星通信突发捕获系统，能精准捕获较大频率偏差及较大信号功率差异的突发信号，且在较低信噪比时虚警概率极低。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种卫星通信突发捕获系统，包括：训练运算单元，用于将接收信号序列与已知独特码序列进行训练计算，并输出计算结果；门限运算单元，用于根据所述接收信号序列求解自适应门限，并输出捕获门限；信号检测单元，用于根据所述接收信号序列检测突发信号的到来和消失，并输出突发信号检测结果；判决单元，用于根据所述计算结果、所述捕获门限和所述突发信号检测结果判断是否捕获到突发信号，若捕获到突发信号，则输出捕获标识。
所述突发捕获系统还包括，存储单元，用于存储所述已知独特码序列。
所述突发捕获系统还包括，信号获取单元，用于获取接收信号序列。
所述训练运算单元中训练计算的方法为：
式中：u(k)表示计算结果，xk表示去调制基带信号序列，rk表示接收信号序列，ck表示归一化后的已知独特码序列，L表示已知独特码序列的长度，p表示常数因子。
所述门限运算单元中捕获门限的计算方法为：
式中：threshold表示捕获门限，avg_power表示捕获门限窗内信号的符号平均能量，L表示已知独特码序列的长度，p表示常数因子，C表示常系数。
所述信号检测单元中检测突发信号的到来与消失的方法为：采用信号能量统计窗统计接收信号序列的能量；完成窗内能量统计后，向后滑动一个窗口长度，并重新统计窗内能量；若信号能量统计窗统计得到的信号能量与相邻前一个信号能量统计窗统计得到的信号能量的比值大于第一阈值，则认为检测到突发信号到来；若信号能量统计窗统计得到的信号能量与相邻前一个信号能量统计窗统计得到的信号能量的比值小于第二阈值，则认为检测到突发信号消失。
所述第一阈值为2，所述第二阈值为0.5。
所述判决单元中判断是否捕获到突发信号的方法为：比较所述计算结果和所述捕获门限，若所述计算结果大于所述捕获门限，则判定为捕获到突发，将该判定结果记为第一判定结果，并缓存所述第一判定结果；根据所述突发信号检测结果判定所述第一判定结果是否有效。
所述判定所述第一判定结果是否有效的方法为：若所述捕获到突发的时间在检测到突发到来之后的第一时间段内或检测到突发消失之后的第二时间段内时，则认为所述第一判定结果无效；否则，认为所述第一判定结果有效。
所述第一时间段的长度等于第二时间段的长度。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中使用的捕获门限由动态求解得到，并且求解捕获门限的窗随着独特码训练窗同步滑动，故能够捕获较大信号功率差异的突发信号。
(2)本发明中通过添加信号检测功能来屏蔽突发到来和消失时引起的捕获虚警问题，捕获虚警率极低。
附图说明
图1为接收端信号处理的示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明中捕获过程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，时分多址的卫星通信系统中，接收端首先对接收信号做模数转换，经过滤波及速率适配后输入捕获系统。捕获系统用于完成突发信号的捕获或检测工作。
如图2所示，一种卫星通信突发捕获系统，包括训练运算单元、门限运算单元、信号检测单元和判决单元。
所述训练运算单元，用于将接收信号序列与本地的已知独特码序列进行训练计算，并输出计算结果。
所述训练运算单元中训练计算的方法为：
式中：u(k)表示计算结果，xk表示去调制基带信号序列，rk表示接收信号序列，ck表示归一化后的已知独特码序列，L表示已知独特码序列的长度，p表示常数因子。p的取值与捕获性能有关，可根据实际应用场合选择p值，p值越大，所述训练计算的方法的抗噪声能力越强，对应运算量越大。
所述门限运算单元，用于根据所述接收信号序列求解自适应门限，以适应接收信号功率的大范围波动，并输出捕获门限。
所述门限运算单元中捕获门限的计算方法为：
式中：threshold表示捕获门限，avg_power表示捕获门限窗内信号的符号平均能量；L表示已知独特码序列的长度，与训练运算单元中已知独特码序列的长度一致；p表示常数因子，与训练运算单元中的常数因子一致；C表示常系数，根据实际应用选取。若p取值小于一定值时，可将系数L-n简化为L；C的取值越大，则误捕的概率越小，漏检的概率越大；反之，C的取值越小，则误捕的概率越大，漏检的概率越小。
所述信号检测单元，用于根据所述接收信号序列检测突发信号的到来和消失，并输出突发信号检测结果。
所述信号检测单元中检测突发信号的到来与消失的方法为：采用信号能量统计窗统计接收信号序列的能量；完成窗内能量统计后，向后滑动一个窗口长度，并重新统计窗内能量；若信号能量统计窗统计得到的信号能量与相邻前一个信号能量统计窗统计得到的信号能量的比值大于第一阈值，则认为检测到突发信号到来；若信号能量统计窗统计得到的信号能量与相邻前一个信号能量统计窗统计得到的信号能量的比值小于第二阈值，则认为检测到突发信号消失。
所述信号能量统计窗为梳状结构。
所述第一阈值为2，所述第二阈值为0.5。
判决单元，用于根据所述计算结果、所述捕获门限和所述突发信号检测结果判断是否捕获到突发信号，若捕获到突发信号，则输出捕获标识。
所述判决单元中判断是否捕获到突发信号的方法为：比较所述计算结果和所述捕获门限，若所述计算结果大于所述捕获门限，则判定为捕获到突发，将该判定结果记为第一判定结果，并缓存所述第一判定结果；根据所述突发信号检测结果判定所述第一判定结果是否有效。
所述判定所述第一判定结果是否有效的方法为：若所述捕获到突发的时间在检测到突发到来之后的一段时间内，即在第一时间段内时，则认为所述第一判定结果无效；若所述捕获到突发的时间在检测到突发消失之后的一段时间内，即在第二时间段内时，则认为所述第一判定结果无效；若所述捕获到突发的时间在除了第一时间段和第二时间段之外的其余时段时，则认为所述第一判定结果有效。
所述第一时间段和第二时间段的时长相同。当第一时间段和第二时间段的取值偏小时，无法屏蔽突发到来或消失时产生的误捕；当第一时间段和第二时间段的取值偏大时，将屏蔽正确的捕获；当屏蔽时间长度与信号检测单元使用的窗口长度总和等于训练运算的已知独特码长度时，捕获性能最佳。
如图3所示，捕获过程中，使用了3个滑动窗分别用于信号检测、训练运算和门限运算。信号能量统计窗每次向后滑动一个窗口长度，独特码训练窗和捕获门限窗同步滑动，每次向后滑动接收信号序列的一个采样点长度。
信号检测单元使用相邻两个信号能量统计窗统计的信号能量大小，来检测信号到来与消失，其窗口长度和判决单元使用的第一屏蔽时段的长度的总和等于用于训练运算的已知独特码长度，且窗口长度小于训练序列长度的一半。
训练运算单元使用独特码训练窗内的接收信号序列与已知独特码做训练计算，其窗口长度等于用于训练运算的已知独特码长度。
门限运算单元使用捕获门限窗内的接收信号序列求解捕获门限，其窗口长度可小于等于独特码训练窗的长度。
实际应用发现训练运算使用的p取4，门限运算使用的C取1/6时，在1/3符号速率的频率偏差、Es/N0为0、信号功率相差30dB的信道条件下，捕获成功率大于99％。
所述突发捕获系统还包括，存储单元，用于存储所述已知独特码序列。
所述突发捕获系统还包括，信号获取单元，用于获取接收信号序列。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种卫星通信突发捕获系统，其特征在于：包括：
训练运算单元，用于将接收信号序列与已知独特码序列进行训练计算，并输出计算结果；
门限运算单元，用于根据所述接收信号序列求解自适应门限，并输出捕获门限；
信号检测单元，用于根据所述接收信号序列检测突发信号的到来和消失，并输出突发信号检测结果；
判决单元，用于根据所述计算结果、所述捕获门限和所述突发信号检测结果判断是否捕获到突发信号，若捕获到突发信号，则输出捕获标识；
所述训练运算单元中训练计算的方法为：
式中：u(k)表示计算结果，xk表示去调制基带信号序列，rk表示接收信号序列，ck表示归一化后的已知独特码序列，L表示已知独特码序列的长度，p表示常数因子；
所述门限运算单元中捕获门限的计算方法为：
式中：threshold表示捕获门限，avg_power表示捕获门限窗内信号的符号平均能量，L表示已知独特码序列的长度，p表示常数因子，C表示常系数。
2.根据权利要求1所述的一种卫星通信突发捕获系统，其特征在于：所述突发捕获系统还包括，存储单元，用于存储所述已知独特码序列。
3.根据权利要求1所述的一种卫星通信突发捕获系统，其特征在于：所述突发捕获系统还包括，信号获取单元，用于获取接收信号序列。
4.根据权利要求1所述的一种卫星通信突发捕获系统，其特征在于：所述信号检测单元中检测突发信号的到来与消失的方法为：
采用信号能量统计窗统计接收信号序列的能量；
完成窗内能量统计后，向后滑动一个窗口长度，并重新统计窗内能量；
若信号能量统计窗统计得到的信号能量与相邻前一个信号能量统计窗统计得到的信号能量的比值大于第一阈值，则认为检测到突发信号到来；
若信号能量统计窗统计得到的信号能量与相邻前一个信号能量统计窗统计得到的信号能量的比值小于第二阈值，则认为检测到突发信号消失。
5.根据权利要求4所述的一种卫星通信突发捕获系统，其特征在于：所述第一阈值为2，所述第二阈值为0.5。
6.根据权利要求1所述的一种卫星通信突发捕获系统，其特征在于：所述判决单元中判断是否捕获到突发信号的方法为：
比较所述计算结果和所述捕获门限，若所述计算结果大于所述捕获门限，则判定为捕获到突发，将该判定结果记为第一判定结果，并缓存所述第一判定结果；
根据所述突发信号检测结果判定所述第一判定结果是否有效。
7.根据权利要求6所述的一种卫星通信突发捕获系统，其特征在于：所述判定所述第一判定结果是否有效的方法为：若所述捕获到突发的时间在检测到突发到来之后的第一时间段内或检测到突发消失之后的第二时间段内时，则认为所述第一判定结果无效；否则，认为所述第一判定结果有效。
8.根据权利要求7所述的一种卫星通信突发捕获系统，其特征在于：所述第一时间段的长度等于第二时间段的长度。
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