CN112217538B

CN112217538B - 大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法及装置

Info

Publication number: CN112217538B
Application number: CN202011087824.9A
Authority: CN
Inventors: 匡麟玲; 姜春晓; 王佳蔚
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Shanghai Qingshen Technology Development Co ltd
Priority date: 2020-10-12
Filing date: 2020-10-12
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2040-10-12
Also published as: CN112217538A

Abstract

本发明提供了一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法及装置，涉及卫星通信的技术领域，包括：先获取接收序列；然后基于码片约束关系，对接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位；再将多个目标PN码相位按预设顺序进行相关操作，得到相关结果；最后基于目标PN码相位和相关结果，对扩频信号进行捕获。本发明通过利用码片约束关系估计出多个目标PN码相位的方式可以减少相关次数，在低信噪比、大的多普勒频偏条件下可以实现对扩频信号的快速捕获，且硬件复杂度低，适用于大动态卫星通信系统。

Description

大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法及装置

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是涉及一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法及装置。

背景技术

大动态卫星通信系统能够为全球覆盖范围内各种移动终端提供多样可靠的服务，在当今的无线通信世界中发挥着至关重要的作用。由于直接序列扩频(Direct Sequence-Spread Spectrum，DS-SS)技术具有良好的抗干扰性能，因此有望在大动态卫星通信中得到应用。特别地，PN码捕获是DSSS系统的关键，接收机需要正确地估计扩频序列和本地PN序列的定时偏差，否则接收机无法获得扩频增益进行捕获。传统的扩频信号捕获方法有很多种，但是均难以适用于大动态卫星通信系统。例如：基于相关器的串行搜索方法，其采集时间相对较长，不适合长PN码的大动态卫星通信系统，原因是PN序列的自相关特性使得在未同步情况下，当前时刻的相关结果不能为下一次相关提供估计信息。随后提出的基于快速傅里叶变换的并行搜索方法，虽然减少了捕获时间，但是硬件复杂度较高。后来也有学者提出了基于因子图的快速PN码捕获方法，该方法对信噪比很敏感，无法全面地利用扩频增益，在低信噪比的情况下难以应用。

综上所述，传统的PN码捕获方法无法在低信噪比和大的多普勒频偏条件下实现扩频信号的快速捕获，因此难以适用于大动态卫星通信系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法及装置，以缓解现有技术中存在的传统的PN码捕获方法无法在低信噪比和大的多普勒频偏条件下实现扩频信号的快速捕获，因此难以适用于大动态卫星通信系统的技术问题。

第一方面，本发明提供的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法，其中，包括：获取接收序列；基于码片约束关系，对所述接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位；其中，所述目标PN码相位用于确定所述接收序列中扩频信号的位置；将所述多个目标PN码相位按预设顺序进行相关操作，得到相关结果；基于所述目标PN码相位和所述相关结果，对所述扩频信号进行捕获。

进一步的，在获取接收序列之前，方法还包括：获取原始PN码序列；将所述原始PN码序列进行二进制相移键控BPSK调制，得到调制后的PN码序列；将所述调制后的PN码序列加入加性高斯白噪声信道，得到所述接收序列。

进一步的，所述基于码片约束关系，对所述接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位，包括：初始化搜索窗的长度和位置；将搜索窗内的接收序列确定为待匹配序列；基于码片约束关系，利用置信传播算法对所述待匹配序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位。

进一步的，所述基于码片约束关系，利用置信传播算法对所述待匹配序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位，包括：基于所述接收序列确定码片约束关系；基于所述码片约束关系和预设的校验节点，利用置信传播算法依次更新待匹配序列中每个码字节点的节点信息；基于更新后的待匹配序列中每个码字节点的节点信息，采用硬判决估计出目标码字序列；将所述目标码字序列与本地序列进行匹配，生成多个所述目标PN码相位。

进一步的，所述基于所述接收序列确定码片约束关系，包括：基于所述接收序列，确定序列生成多项式；基于所述序列生成多项式，确定码片约束关系。

进一步的，基于所述码片约束关系和预设的校验节点，利用置信传播算法依次更新待匹配序列中每个码字节点的节点信息，包括：依次计算待匹配序列中每个码字节点的节点信息；基于码片约束关系，利用置信传播算法依次确定预设的校验节点向每个所述码字节点传递的可靠度信息；基于每个所述码字节点接收的可靠度信息，确定所述待匹配序列中每个码字节点的节点信息。

进一步的，所述基于所述目标PN码相位和所述相关结果，对所述扩频信号进行捕获，包括：判断所述相关结果是否超过捕获门限；若所述相关结果超过捕获门限，则基于所述目标PN码相位，对所述扩频信号进行捕获。

第二方面，本发明提供的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获装置，其中，包括：第一获取单元，用于获取接收序列；估计单元，用于基于码片约束关系，对所述接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位；其中，所述目标PN码相位用于确定所述接收序列中扩频信号的位置；相关单元，用于将所述多个目标PN码相位按预设顺序进行相关操作，得到相关结果；捕获单元，用于基于所述目标PN码相位和所述相关结果，对所述扩频信号进行捕获。

第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现的所述的大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法的步骤。

第四方面，本发明还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行所述的大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法。

本发明提供的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法及装置，包括：先获取接收序列；然后基于码片约束关系，对接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位；再将多个目标PN码相位按预设顺序进行相关操作，得到相关结果；最后基于目标PN码相位和相关结果，对扩频信号进行捕获。本发明通过利用码片约束关系估计出多个目标PN码相位的方式可以减少相关次数，在低信噪比、大的多普勒频偏条件下可以实现对扩频信号的快速捕获，且硬件复杂度低，适用于大动态卫星通信系统。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获系统的结构示意图；

图4为图1中步骤S102的流程图；

图5为目标码字序列与本地序列之间的匹配框图；

图6为图4中步骤S403的流程图；

图7为M序列生成器的结构；

图8为图8为码片约束关系的示意图；

图9为图6中步骤S602的流程图；

图10展示了本发明实施例提供的方法在不同信噪比条件下的捕获概率；

图11为展示了本发明实施例提供的方法所需的相关次数与信噪比之间的关系；

图12为本发明实施例提供的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获装置的结构示意图。

图标：

11-第一获取单元；12-估计单元；13-相关单元；14-捕获单元。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

大动态卫星通信系统能够为全球覆盖范围内各种移动终端提供多样可靠的服务，在当今的无线通信世界中发挥着至关重要的作用。由于直接序列扩频技术具有良好的抗干扰性能，因此有望在大动态卫星通信中得到应用。特别地，PN码捕获是直接序列扩频系统的关键，接收机需要正确地估计扩频序列和本地PN序列的定时偏差，否则接收机无法获得扩频增益进行捕获。总体而言，传统的应用于卫星通信的PN码捕获技术难以直接应用于大动态卫星通信场景，大动态卫星通信系统仍存在一些亟待解决的问题。

与传统的扩频信号捕获系统相比，低信噪比环境和无线终端的快速移动给大动态卫星通信中的长PN码捕获带来新的挑战。一方面，有限的卫星链路预算通常使移动终端在低信噪比的环境下工作，增加了PN码捕获的难度。另一方面，由于移动终端的高机动性会产生大的多普勒频偏，使得接收到的PN码序列与本地PN码序列存在频率偏差，必须在所有可能的频偏范围内进行相关运算，从而不可避地增加了捕获时间和计算复杂度。另外，考虑到移动终端通常需要具备抗干扰能力，PN码的长度较长，通常大于1024个码片，使得传统方法难以实现DSSS信号的快速捕获。因此，在低信噪比情况下，如何实现PN序列的快速捕获，对于大动态卫星通信系统是一个很大的挑战。

在已有的文献中，已经介绍了许多PN码的捕获方法。最流行的捕获方法之一是基于相关器的串行搜索方法。但是该串行搜索方法的采集时间相对较长，不适合长PN码的大动态卫星通信系统，因为PN序列的自相关特性使得在未同步的情况下，当前时刻的相关结果不能为下一次相关提供估计信息。随后提出的基于快速傅里叶变换的并行搜索方法，能够减少捕获时间，但是硬件复杂度较高。总的来说，该以上所有方法都忽略了码片间的约束条件，只利用信号功率的相关累积值来判断PN码捕获成功与否。后来也有学者提出了基于因子图的快速PN码捕获方法，但是该方法对信噪比很敏感，无法全面地利用扩频增益，在低信噪比的情况下难以应用。总体而言，大多传统的PN码捕获方法没有兼顾低信噪比条件、大的多普勒频偏以及PN序列的快速捕获，因此难以适用于大动态卫星通信系统。为了应对上述挑战，本发明实施例提供了一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法及装置，通过利用码片约束关系估计目标PN码相位来减少相关次数，可以在低信噪比、大的多普勒频偏条件下可以实现对扩频信号的快速捕获，且硬件复杂度低，适用于大动态卫星通信系统。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法进行详细描述。

实施例1：

根据本发明实施例，提供了一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法的实施例。需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1为本发明实施例提供的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101，获取接收序列；

步骤S102，基于码片约束关系，对接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位；

在本发明实施例中，目标PN码相位用于确定接收序列中扩频信号的位置。

步骤S103，将多个目标PN码相位按预设顺序进行相关操作，得到相关结果；

在本发明实施例中，上述预设顺序是指预测为扩频信号概率大的目标PN码相位排在前面，预测为扩频信号概率小的目标PN码相位排在后面。本发明实施例先对所有的目标PN码相位按上述预设顺序进行排序，在排序之后再进行相关操作，这样做的好处是：可以找到最有可能是扩频信号的目标PN码相位，进而使最有可能是扩频信号的目标PN码相位最先进行捕获门限进行比较，保证在超过捕获门限的情况下及时对最有可能是扩频信号的目标PN码相位进行捕获，提高了捕获效率。步骤S104，基于目标PN码相位和相关结果，对扩频信号进行捕获。

在本发明实施例中，步骤S104，基于目标PN码相位和相关结果，对扩频信号进行捕获，包括以下两个步骤：步骤1，判断相关结果是否超过捕获门限；步骤2，若相关结果超过捕获门限，则基于目标PN码相位，对扩频信号进行捕获。

本发明实施例提供的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法，包括：先获取接收序列；然后基于码片约束关系，对接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位；再将多个目标PN码相位按预设顺序进行相关操作，得到相关结果；最后基于目标PN码相位和相关结果，对扩频信号进行捕获。本发明实施例通过利用码片约束关系估计出多个目标PN码相位的方式可以减少相关次数，在低信噪比、大的多普勒频偏条件下可以实现对扩频信号的快速捕获，且硬件复杂度低，适用于大动态卫星通信系统。

在一个可选的实施例中，如图2所示，在步骤S101，获取接收序列之前，方法还包括以下步骤：

步骤S105，获取原始PN码序列；

步骤S106，将原始PN码序列进行二进制相移键控BPSK调制，得到调制后的PN码序列；

步骤S107，将调制后的PN码序列加入加性高斯白噪声信道，得到接收序列。

上述步骤S101～步骤S104、步骤S105～步骤S107均应用于图3所示的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获系统。在本发明实施例中，原始PN码序列相当于发送序列c(n)，其中n表示第n个码片。在发送端，原始PN码序列经过BPSK调制之后，入加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)信道。卫星通信中，数学模型都是建立在视线范围内的，若卫星不在视线范围内，则卫星与地面终端无法建立通信，因此卫星不在视线范围内的情况一般不考虑。另外，一般是根据星历可以得知卫星的位置，从而可以进一步得知卫星是否在视线范围内。当卫星在视线范围内时，接收序列可以表示为：

其中，N表示发送序列的长度，d(n)表示信息比特，E_c表示发送序列中每个码片的信号能量，T_c表示码片周期，g(t)表示传输滤波器，w(t)表示均值为0方差为

的加性高斯白噪声信道，f_c，f_d，θ分别表示载波频率，多普勒频偏，相偏。为了简化分析，本实施例假设多普勒频偏f_d在一个帧中是常数；载波频率f_c由发送端设定，可以被认为是已知量；θ可以通过信号估计的方法得到，因此也可以被认为是已知量。

在接收端，首先使接收序列r＝(r₀,r₁,…,r_N-1)进入粗捕获模块，以产生多个目标PN码相位，然后对这些多个目标PN码相位按照预设顺序进行相关操作。如果相关结果超出捕获门限，则确定扩频信号可以成功捕获。否则，将搜索窗移动至下一个目标PN码相位。发送序列与接收序列的时延(或称为时间差，码相位的偏差)满足均匀分布，即τ～U(0，NT_c)。本实施例可以在低信噪比环境下实现扩频信号的快速捕获。上述低信噪比环境可以指信号功率与噪声的比值较小，具体低至何种程度，本实施例对此不作具体限定，一般是通过仿真结果来确定，在-14dB左右。

在一个可选的实施例中，如图4所示，步骤S102，基于码片约束关系，对接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位，包括以下步骤：

步骤S401，初始化搜索窗的长度和位置；

步骤S402，将搜索窗内的接收序列确定为待匹配序列；

步骤S403，基于码片约束关系，利用置信传播算法对待匹配序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位。

如图5所示，给出了目标码字序列(图5中的序列2)与本地序列(图5中本地的PN序列)的匹配过程，此外，序列1为噪声。在这种情况下，正确的假设检验H₁和错误的假设检验H₀可以表示为：

根据NP准则，捕获门限V_t应满足：

P_FA＝P_r(T(r)＞V_t；H₀)

其中，P_FA表示虚警概率，进一步可得：

经过上述两个序列匹配之后，得到目标PN码相位，进而可以使目标PN码相位在相关器中进行测试，搜索窗内的相关结果可以表示为：

如果相关结果超过了捕获门限，即V＞V_t，则扩频信号可以被捕获，否则进行下一次搜索。通过以上分析可知，序列匹配可以选择最有可能是扩频信号的目标PN码相位在相关器中执行相关操作，以减少相关次数。因为这些目标PN码相位的相关结果超过捕获门限的可能性大。

在一个可选的实施例中，如图6所示，步骤S403，基于码片约束关系，利用置信传播算法对待匹配序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位，包括以下步骤：

步骤S601，基于接收序列确定码片约束关系；

在本发明实施例中，步骤S601，基于接收序列确定码片约束关系，包括以下两个步骤：步骤1，基于接收序列，确定序列生成多项式；步骤2，基于序列生成多项式，确定码片约束关系。

接收序列可以指PN序列，该PN序列是DSSS系统的基础。特别地，M序列是一种常用的扩频序列，由于其较好的伪随机特性被广泛地应用在扩频系统中。从本质上来看，M序列是线性反馈移位寄存器(LFSR)序列，其最大周期为P＝2^u-1，u表示寄存器个数。M序列生成器的结构如图7所示。

根据M序列生成器的结构，连续输出的码片c可以满足以下公式：

其中，g_i,i＝0,1,…,u,u表示反馈系数。

M序列的生成多项式(即上述序列生成多项式)可以表示为：

g(D)＝g₀+g₁D+…+g_r-1D^u-1+g_uD^u

其中，D表示延时单元，当初始寄存器的值不全为0时，M序列的最大周期为P＝2^u-1。通常情况下，M序列往往被截断成多个码片，被截断的M序列仍满足码片约束条件关系(即：

)。根据码片约束关系，校验矩阵可以表示为：

因此，码片约束关系还可以表示为：

Mc^T＝0

在伽罗华域(GF)中，由序列生成多项式生成的高阶多项式可以表示为：

其中，k＝0,1,…,K，

因此扩展后的码片约束关系可以表示为

其中，M_K表示由k多项式生成的校验矩阵，并且M₀＝M。

一般来说，捕获扩频信号的目标是实现接收序列与本地序列的时间对准。在大多数长PN码的实际场景中，在搜索窗中只能观察到部分PN序列(即待匹配序列)。虽然搜索窗中包含部分PN序列，但是传统的算法无法识别这些相同的码片，主要原因是基于相关运算的捕获方法只有在码相位与部分PN序列完全一致时才有相关峰值。不同于传统的基于相关运算的串行捕获或并行捕获的方式，该方法可以基于码片约束关系分析出接收序列和本地序列之间的相同部分，以粗略估计目标PN码相位，从而减少相关运算的次数。

假设码相位的偏差τ～U(0,NT_c)，则搜索窗内的接收序列可以包含至少一半与本地序列相同的部分。当搜索窗间隔是

时，搜索窗内的接收信号在匹配滤波器后的采样输出为

其中，E_c表示每个码片的能量，w(n)表示均值为0方差为

的高斯白噪声，θ(n)表示由多普勒频偏引起的相位偏差。

根据码片约束关系，目标PN码相位可以通过置信传播算法进行估计。本质上说，置信传播算法是一种迭代的消息传递算法，使得每个码片可以根据校验矩阵与其他码片节点交换信息和可靠度。

图8为码片约束关系的示意图，图中一个带加号方框表示一个检验节点，一个圆圈表示一个码片节点。

步骤S602，基于码片约束关系和预设的校验节点，利用置信传播算法依次更新待匹配序列中每个码字节点的节点信息；

步骤S603，基于更新后的待匹配序列中每个码字节点的节点信息，采用硬判决估计出目标码字序列；

步骤S604，将目标码字序列与本地序列进行匹配，生成多个目标PN码相位。

在一个可选的实施例中，如图9所示，步骤S602，基于码片约束关系和预设的校验节点，利用置信传播算法依次更新待匹配序列中每个码字节点的节点信息，包括以下步骤：

步骤S901，依次计算待匹配序列中每个码字节点的节点信息；

步骤S902，基于码片约束关系，利用置信传播算法依次确定预设的校验节点向每个码字节点传递的可靠度信息；

步骤S903，基于每个码字节点接收的可靠度信息，确定待匹配序列中每个码字节点的节点信息。

第n个码片节点的似然比(LLR)在已对多普勒频偏进行补偿后可以表示为：

其中，P(c_n＝0|r_n)表示在接收到码片r_n条件下发送比特为0的概率。根据校验矩阵，在第l次迭代中，由第m个校验节点向第n个码片节点传递的可靠度信息(或称为节点信息)可以表示为：

其中，

其中，α表示归一化常数，

表示由第n个码片节点向第m个检验节点传递的节点信息，N(n)表示与第n个码片节点相连的校验节点集合，N(m)表示与第m个校验节点相连的校验节点集合，N(m)\n表示不包含第n个码片节点的码片节点集合，N(n)\m表示不包含第m个校验节点的校验节点集合。每个码片节点的节点信息可以表示为：

硬判决可以表示为：

通过BP算法，目标码字序列可以从接收的信号r(n)中恢复出来。通过遍历的方法，可以比较目标码字序列与本地序列的汉明距离。总的来说，汉明距离越小，则所对应的目标PN码相位越有可能是正确的码字相位。搜索窗内只含有噪声序列的部分有较小的概率能与本地序列匹配，只有包含有标码字序列的那一部分码字才有可能与本地序列匹配获得更小的汉明距离。

最后，对本申请所用到的算法做一个总结。1)初始化搜索窗(间隔

)，设置M序列生成多项式，设置虚警概率P_FA和α，最大迭代次数I。2)计算搜索窗内码片的LLR。3)进行BP算法，当前迭代次数i<I时，先更新一个码字节点的可靠度信息，再传递该码字节点的节点信息到校验节点，最后将校验节点的节点信息传递给下一个码字节点。4)采用硬判决的方式可以确定目标码字序列的位置。5)将估计的目标码字序列与本地序列匹配，以产生目标PN码相位。6)将目标PN码相位送入相关器，当相关器输出的相关结果超过捕获门限时，则捕获完成，否则移动搜索窗的位置。

以下为仿真实施例：

本仿真中考虑的信道模型是AWGN信道，调制方式BPSK，PN码采用M序列，扩频序列长度N＝1024bit，最大迭代次数I＝9，虚警概率P_FA＝0.001，序列生成多项式为g(D)＝1+D+D¹⁵，参数α＝0.5。

图10展示了本发明实施例提供的方法在不同信噪比条件下的捕获概率，并将并行捕获策略和串行捕获策略作为参考。从图中可以看出，本发明实施例提供的方法性能与串行捕获算法相当，当E_c/N₀＝-16dB时，本发明实施例提供的方法性能的捕获概率达95％，相比于并行捕获有3dB损失。

图11展示了本发明实施例提供的方法所需的相关次数与信噪比之间的关系。从图中可以看出相比于传统算法，该方法有效降低了相关运算的次数。相比传统的串行搜索算法，当E_c/N₀＝-16dB时，本发明实施例提供的方法减少了91％的相关次数。

本发明实施例着力于解决大动态卫星通信中扩频信号快速捕获的问题，本发明实施例提出的大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法，在低噪比、大动态条件下可以有效地实现扩频信号的快速捕获，有效地提高系统性能。

实施例2：

本发明实施例提供了一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获装置，该大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获装置主要用于执行实施例1上述内容所提供的大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法，以下对本发明实施例提供的大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获装置做具体介绍。

图12为本发明实施例提供的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获装置的结构示意图。如图12所示，该大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获装置，主要包括：第一获取单元11，估计单元12，相关单元13和捕获单元14，其中：

第一获取单元11，用于获取接收序列；

估计单元12，用于基于码片约束关系，对所述接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位；其中，所述目标PN码相位用于确定所述接收序列中扩频信号的位置；

相关单元13，用于将所述多个目标PN码相位按预设顺序进行相关操作，得到相关结果；

捕获单元14，用于基于所述目标PN码相位和所述相关结果，对所述扩频信号进行捕获。

本发明实施例提供的一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获装置，包括：先利用第一获取单元11获取接收序列；然后利用估计单元12基于码片约束关系，对接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位；再利用相关单元13将多个目标PN码相位按预设顺序进行相关操作，得到相关结果；最后利用利用捕获单元14基于目标PN码相位和相关结果，对扩频信号进行捕获。本发明实施例通过利用码片约束关系估计出多个目标PN码相位的方式可以减少相关次数，在低信噪比、大的多普勒频偏条件下可以实现对扩频信号的快速捕获，且硬件复杂度低，适用于大动态卫星通信系统。

可选地，装置还包括：第二获取单元，调制单元和加入单元，其中：

第二获取单元，用于获取原始PN码序列；

调制单元，用于将所述原始PN码序列进行二进制相移键控BPSK调制，得到调制后的PN码序列；

加入单元，用于将所述调制后的PN码序列加入加性高斯白噪声信道，得到所述接收序列。

可选地，估计单元包括：初始化子单元，确定子单元和估计子单元；

其中：

初始化子单元，用于初始化搜索窗的长度和位置；

确定子单元，用于将搜索窗内的接收序列确定为待匹配序列；

估计子单元，用于基于码片约束关系，利用置信传播算法对所述待匹配序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位。

可选地，估计子单元包括：确定模块，更新模块，估计模块和匹配模块，其中：

确定模块，用于基于所述接收序列确定码片约束关系；

更新模块，用于基于所述码片约束关系和预设的校验节点，利用置信传播算法依次更新待匹配序列中每个码字节点的节点信息；

估计模块，用于基于更新后的待匹配序列中每个码字节点的节点信息，采用硬判决估计出目标码字序列；

匹配模块，用于将所述目标码字序列与本地序列进行匹配，生成多个所述目标PN码相位。

可选地，确定模块，包括：第一确定子模块和第二确定子模块，其中：

第一确定子模块，用于基于所述接收序列，确定序列生成多项式；

第二确定子模块，用于基于所述序列生成多项式，确定码片约束关系。

可选地，更新模块，包括：计算子模块，第三确定子模块和第四确定子模块，其中：

计算子模块，用于依次计算待匹配序列中每个码字节点的节点信息；

第三确定子模块，用于基于码片约束关系，利用置信传播算法依次确定预设的校验节点向每个所述码字节点传递的可靠度信息；

第四确定子模块，用于基于每个所述码字节点接收的可靠度信息，确定所述待匹配序列中每个码字节点的节点信息。

可选地，捕获单元，包括：判断子单元和捕获子单元，其中：

判断子单元，用于判断所述相关结果是否超过捕获门限；

捕获子单元，用于若所述相关结果超过捕获门限，则基于所述目标PN码相位，对所述扩频信号进行捕获。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在一个可选的实施例中，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例方法的步骤。

在一个可选的实施例中，本实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行上述方法实施例方法。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获方法，其特征在于，包括：

获取接收序列；

基于码片约束关系，对所述接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位；其中，所述目标PN码相位用于确定所述接收序列中扩频信号的位置；

将所述多个目标PN码相位按预设顺序进行相关操作，得到相关结果；

基于所述目标PN码相位和所述相关结果，对所述扩频信号进行捕获。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取接收序列之前，还包括：

获取原始PN码序列；

将所述原始PN码序列进行二进制相移键控BPSK调制，得到调制后的PN码序列；

将所述调制后的PN码序列加入加性高斯白噪声信道，得到所述接收序列。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于码片约束关系，对所述接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位，包括：

初始化搜索窗的长度和位置；

将搜索窗内的接收序列确定为待匹配序列；

基于码片约束关系，利用置信传播算法对所述待匹配序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于码片约束关系，利用置信传播算法对所述待匹配序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位，包括：

基于所述接收序列确定码片约束关系；

基于所述码片约束关系和预设的校验节点，利用置信传播算法依次更新待匹配序列中每个码字节点的节点信息；

基于更新后的待匹配序列中每个码字节点的节点信息，采用硬判决估计出目标码字序列；

将所述目标码字序列与本地序列进行匹配，生成多个所述目标PN码相位。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述接收序列确定码片约束关系，包括：

基于所述接收序列，确定序列生成多项式；

基于所述序列生成多项式，确定码片约束关系。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述码片约束关系和预设的校验节点，利用置信传播算法依次更新待匹配序列中每个码字节点的节点信息，包括：

依次计算待匹配序列中每个码字节点的节点信息；

基于码片约束关系，利用置信传播算法依次确定预设的校验节点向每个所述码字节点传递的可靠度信息；

基于每个所述码字节点接收的可靠度信息，确定所述待匹配序列中每个码字节点的节点信息。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标PN码相位和所述相关结果，对所述扩频信号进行捕获，包括：

判断所述相关结果是否超过捕获门限；

若所述相关结果超过捕获门限，则基于所述目标PN码相位，对所述扩频信号进行捕获。

8.一种大动态卫星通信系统扩频信号快速捕获装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取接收序列；

估计单元，用于基于码片约束关系，对所述接收序列进行粗略码相位估计，得到多个目标PN码相位；其中，所述目标PN码相位用于确定所述接收序列中扩频信号的位置；

相关单元，用于将所述多个目标PN码相位按预设顺序进行相关操作，得到相关结果；

捕获单元，用于基于所述目标PN码相位和所述相关结果，对所述扩频信号进行捕获。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的方法。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行如权利要求1至7任一项所述的方法。