CN107689813B - 一种突发式最小频移键控直扩信号快速捕获方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种突发式最小频移键控直扩信号快速捕获方法，通过ADC模块、DDC模块、抽取模块、时频二维处理模块、相干累积模块和判决模块实现。ADC模块对突发式最小频移键控直扩信号进行模数转换；DDC模块对突发式最小频移键控直扩序列进行数字下变频处理；抽取模块对基带I、Q数据进行整数倍抽取；时频二维处理模块对抽取后数据进行FFT时频二维处理；相干累积模块对处理后输出的数据进行相干累积；判决模块对累积结果进行二次判决。本方法解决了传统直扩信号捕获方法对突发式最小频移键控直扩信号在大频偏下无法快速捕获的问题。

Description

一种突发式最小频移键控直扩信号快速捕获方法
技术领域
本发明涉及一种直扩信号捕获方法，特别是一种突发式最小频移键控直扩信号快速捕获方法。
背景技术
MSK扩频接收机工作时，内置的信号处理器需要对MSK扩频发射机发射的突发式最小频移键控直扩信号进行快速捕获，要求在±250KHz的频偏下，4.5us时间内完成捕获；传统的直扩信号捕获方法有两种，一种是采用数字匹配滤波器来做相关运算，一种是采用积分-清零器做相关运算，此两种方法结构简单，易于实现，但对于突发式最小频移键控直扩信号在大频偏下无法实现快速捕获。
发明内容
本发明目的在于提供一种突发式最小频移键控直扩信号快速捕获方法，解决传统直扩信号捕获方法对突发式最小频移键控直扩信号在大频偏下无法快速捕获的问题。
一种突发式最小频移键控直扩信号快速捕获方法，其具体步骤为：
第一步 搭建突发式最小频移键控直扩信号捕获系统
突发式最小频移键控直扩信号捕获系统，包括：ADC模块、DDC模块、抽取模块、时频二维处理模块、相干累积模块和判决模块；所述ADC模块的功能为：对突发式最小频移键控直扩信号进行模数转换；DDC模块的功能为：对突发式最小频移键控直扩序列进行数字下变频处理；抽取模块的功能为：对基带I、Q数据进行整数倍抽取；时频二维处理模块的功能为：对抽取后数据进行FFT时频二维处理；相干累积模块的功能为：对处理后输出的数据进行相干累积；判决模块的功能为：对累积结果进行二次判决。在FPGA芯片中运行上述模块。
第二步 ADC模块对突发式最小频移键控直扩信号进行模数转换；
ADC模块以采样速率对突发式最小频移键控直扩信号进行带通采样，经过量化和编码，形成突发式最小频移键控直扩序列，其中为时间参数，采样点数的索引值；
采样速率的选取原则：，其中为突发式最小频移键控直扩信号的中心频率；取能满足的整数，为突发式最小频移键控直扩信号带宽。
第三步DDC模块对突发式最小频移键控直扩序列进行数字下变频处理
DDC模块使用公式：
对突发式最小频移键控直扩序列进行数字混频正交变换，生成基带I、Q数据和，数据速率的值等于；其中为突发式最小频移键控直扩序列的归一化数字角频率，为突发式最小频移键控直扩信号的模拟频率，为采样速率，为突发式最小频移键控直扩序列的归一化数字角频率偏移，为突发式最小频移键控直扩信号的模拟频率偏移，最大频偏KHz。
第四步 抽取模块对基带I、Q数据进行整数倍抽取
抽取模块使用公式和对基带I、Q数据和进行4倍抽取，形成一个抽取后数据和，数据速率的值变为。
第五步 时频二维处理模块对抽取后数据进行FFT时频二维处理
时频二维处理模块采用1/2数据重叠方式对对抽取后数据和进行256点FFT运算，输出256点频域数据、 ，为频域点数索引值；对频域数据、进行7次移相，共得到7组256点频域数据；7组256点频域数据与256点本地PN序列FFT运算结果分别共轭相乘，乘积结果进行IFFT运算，输出7组256点时域数据，此为1个符号的FFT时频二维处理数据。
第六步 相干累积模块对处理后输出的数据进行相干累积
相干累积模块对处理后输出的7组数据中的每一组进行横纵向存储，即按照如下矩阵形式进行存储：
其中，D xyz 表示1个数据；x表示符号，取值1～8表示第1个符号到第8个符号；y表示相应符号的哪组数据，取值1～7表示相应符号的第1组数据到第7组数据；z表示相应符号相应组的哪个点数据，取值1～256表示相应符号相应组的第1个点数据到第256个点数据。
共存储8个符号的数据，共2048点，等间距抽取8个点，并补8个0，进行16个点FFT运算，完成7组数据，每组数据8个符号的相干累积。
第七步 判决模块对累积结果进行二次判决
判决模块计算7组共7×256×16个数据的最大值和均值，得到峰均比，当连续两次峰均比都大于门限值，且两次捕获结果码片差在0.5倍码片以内，频率差在10KHz以内，则认为判决成功，输出捕获成功标志。
至此实现了突发式最小频移键控直扩信号的快速捕获。
本方法解决了传统直扩信号捕获方法对突发式最小频移键控直扩信号在大频偏下无法快速捕获的问题，仿真实验从理论上证明了本方法的有效性和可行性，且本方法已在MSK扩频接收机演示验证板上进行了试验，试验结果表明：本方法能够在规定的大频偏下对突发式最小频移键控直扩信号实现快速捕获，捕获时间满足系统要求。
具体实施方式
一种突发式最小频移键控直扩信号快速捕获方法，其具体步骤为：
第一步 搭建突发式最小频移键控直扩信号捕获系统
突发式最小频移键控直扩信号捕获系统，包括：ADC模块、DDC模块、抽取模块、时频二维处理模块、相干累积模块和判决模块；所述ADC模块的功能为：对突发式最小频移键控直扩信号进行模数转换；DDC模块的功能为：对突发式最小频移键控直扩序列进行数字下变频处理；抽取模块的功能为：对基带I、Q数据进行整数倍抽取；时频二维处理模块的功能为：对抽取后数据进行FFT时频二维处理；相干累积模块的功能为：对处理后输出的数据进行相干累积；判决模块的功能为：对累积结果进行二次判决。在FPGA芯片中运行上述模块。
第二步 ADC模块对突发式最小频移键控直扩信号进行模数转换；
ADC模块以采样速率对突发式最小频移键控直扩信号进行带通采样，经过量化和编码，形成突发式最小频移键控直扩序列，其中为时间参数，采样点数的索引值；
采样速率的选取原则：，其中为突发式最小频移键控直扩信号的中心频率；取能满足的整数，为突发式最小频移键控直扩信号带宽。
第三步 DDC模块对突发式最小频移键控直扩序列进行数字下变频处理
DDC模块使用公式：
对突发式最小频移键控直扩序列进行数字混频正交变换，生成基带I、Q数据和，数据速率的值等于；其中为突发式最小频移键控直扩序列的归一化数字角频率，为突发式最小频移键控直扩信号的模拟频率，为采样速率，为突发式最小频移键控直扩序列的归一化数字角频率偏移，为突发式最小频移键控直扩信号的模拟频率偏移，最大频偏KHz。
第四步 抽取模块对基带I、Q数据进行整数倍抽取
抽取模块使用公式和对基带I、Q数据和进行4倍抽取，形成一个抽取后数据和，数据速率的值变为。
第五步 时频二维处理模块对抽取后数据进行FFT时频二维处理
时频二维处理模块采用1/2数据重叠方式对对抽取后数据和进行256点FFT运算，输出256点频域数据、 ，为频域点数索引值；对频域数据、进行7次移相，共得到7组256点频域数据；7组256点频域数据与256点本地PN序列FFT运算结果分别共轭相乘，乘积结果进行IFFT运算，输出7组256点时域数据，此为1个符号的FFT时频二维处理数据。
第六步 相干累积模块对处理后输出的数据进行相干累积
相干累积模块对处理后输出的7组数据中的每一组进行横纵向存储，即按照如下矩阵形式进行存储：
其中，D xyz 表示1个数据；x表示符号，取值1～8表示第1个符号到第8个符号；y表示相应符号的哪组数据，取值1～7表示相应符号的第1组数据到第7组数据；z表示相应符号相应组的哪个点数据，取值1～256表示相应符号相应组的第1个点数据到第256个点数据。
共存储8个符号的数据，共2048点，等间距抽取8个点，并补8个0，进行16个点FFT运算，完成7组数据，每组数据8个符号的相干累积。
第七步 判决模块对累积结果进行二次判决
判决模块计算7组共7×256×16个数据的最大值和均值，得到峰均比，当连续两次峰均比都大于门限值，且两次捕获结果码片差在0.5倍码片以内，频率差在10KHz以内，则认为判决成功，输出捕获成功标志。
至此实现了突发式最小频移键控直扩信号的快速捕获 。

Claims (1)

1.一种突发式最小频移键控直扩信号快速捕获方法，其特征在于具体步骤为：
第一步搭建突发式最小频移键控直扩信号捕获系统；
突发式最小频移键控直扩信号捕获系统，包括：ADC模块、DDC模块、抽取模块、时频二维处理模块、相干累积模块和判决模块；所述ADC模块的功能为：对突发式最小频移键控直扩信号进行模数转换；DDC模块的功能为：对突发式最小频移键控直扩序列进行数字下变频处理；抽取模块的功能为：对基带I、Q数据进行整数倍抽取；时频二维处理模块的功能为：对抽取后数据进行FFT时频二维处理；相干累积模块的功能为：对处理后输出的数据进行相干累积；判决模块的功能为：对累积结果进行二次判决；在FPGA芯片中运行实现上述模块功能的程序或算法；
第二步ADC模块对突发式最小频移键控直扩信号进行模数转换；
ADC模块以采样速率fs对突发式最小频移键控直扩信号x(t)进行带通采样，经过量化和编码，形成突发式最小频移键控直扩序列x(n)，其中t为时间参数，n为采样点数的索引值；
采样速率fs的选取原则：其中f0为突发式最小频移键控直扩信号的中心频率；m取能满足fs≥2B的整数，B为突发式最小频移键控直扩信号带宽；
第三步DDC模块对突发式最小频移键控直扩序列进行数字下变频处理；
DDC模块使用公式：
xI(n)＝x(n)·cos[(ω0+Δω)n]
xQ(n)＝x(n)·sin[(ω0+Δω)n]
对突发式最小频移键控直扩序列x(n)进行数字混频正交变换，生成基带I、Q数据xI(n)和xQ(n)，数据速率的值等于fs；其中ω0＝2πf'0/fs为突发式最小频移键控直扩序列x(n)的归一化数字角频率，f0'为突发式最小频移键控直扩信号x(t)的模拟频率，fs为采样速率，Δω＝2πΔf/fs为突发式最小频移键控直扩序列x(n)的归一化数字角频率偏移，Δf为突发式最小频移键控直扩信号x(t)的模拟频率偏移，最大频偏Δfmax＝±250KHz；
第四步抽取模块对基带I、Q数据进行整数倍抽取；
抽取模块使用公式x'I(n)＝xI(4n)和x'Q(n)＝xQ(4n)对基带I、Q数据xI(n)和xQ(n)进行4倍抽取，形成一个抽取后数据x'I(n)和x'Q(n)，数据速率的值变为fs/4；
第五步时频二维处理模块对抽取后数据进行FFT时频二维处理；
时频二维处理模块采用1/2数据重叠方式对抽取后数据x'I(n)和x'Q(n)进行256点FFT运算，输出256点频域数据XI(k)、XQ(k)，k为频域点数索引值；对频域数据XI(k)、XQ(k)进行7次移相，共得到7组256点频域数据；7组256点频域数据与256点本地PN序列FFT运算结果分别共轭相乘，乘积结果进行IFFT运算，输出7组256点时域数据，此为1个符号的FFT时频二维处理数据；
第六步相干累积模块对处理后输出的数据进行相干累积；
相干累积模块对处理后输出的7组数据中的每一组进行横纵向存储，即按照如下矩阵形式进行存储：
其中，Dxyz表示1个数据；x表示符号，取值1～8表示第1个符号到第8个符号；y表示相应符号的哪组数据，取值1～7表示相应符号的第1组数据到第7组数据；z表示相应符号相应组的哪个点数据，取值1～256表示相应符号相应组的第1个点数据到第256个点数据；
共存储8个符号的数据，共2048点，等间距抽取8个点，并补8个0，进行16个点FFT运算，完成7组数据，每组数据8个符号的相干累积；
第七步判决模块对累积结果进行二次判决；
判决模块计算7组共7×256×16个数据的最大值和均值，得到峰均比，当连续两次峰均比都大于门限值θ，且两次捕获结果码片差在0.5倍码片以内，频率差在10KHz以内，则认为判决成功，输出捕获成功标志；
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