CN112671447B - 一种短猝发扩频卫星信号接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短猝发扩频卫星信号接收装置，属于卫星中继通信技术领域。其包括采样及模数转换电路、接收控制电路、猝发检测电路、解扩解调电路、接口处理电路和电源电路。其采用一种自适应动态幅度调整方法辅助快速完成猝发信号检测；采用一种部分匹配滤波结合快速滤波的PMF‑FFT方法实现猝发扩频信号的快速捕获及载波频偏校正；还采用无辅助数据的数据存储迭代反馈消除定时误差和相位平均内插方法完成突发载波同步，不需要传输帧额外增加辅助载波恢复及定时同步开销。本发明可实现普通解调方法所不具备的对高动态低信噪比条件下猝发扩频调制信号的解调，特别适合对抗干扰抗截获要求高的卫星通信系统中作为短猝发扩频信号接收装置应用。

Description

一种短猝发扩频卫星信号接收装置

技术领域

本发明涉及卫星通信系统中的一种短猝发扩频信号接收装置，属于卫星中继通信技术领域，可作为抗干扰抗截获要求高的卫星中继通信系统中的短猝发扩频信号的接收装置。

背景技术

短猝发是先将信息压缩存储，在合适时间段快速发送的一种通信方式，由于在时间上具有很强的随机性和短暂性，能较好的避开敌方的截获和干扰等威胁，是一种有效的抗通信侦察、抗截获及抗干扰技术，扩频是将窄带信号的传输带宽扩展到宽带频率上的传输技术，带宽的扩展降低了功率谱密度，使其具有低截获率、抗干扰性、信息隐蔽和多址通信等特点。短猝发扩频通信兼具短猝发和扩频通信的优点，具有很强的抗干扰和抗截获能力，在卫星通信抗干扰中获得了广泛应用。

由于猝发扩频通信功率谱密度低、突发时间短且具有随机性，系统响应时间要求足够短，即接收装置要能迅速捕获信号及解调恢复出原始信号并等待下一次信号的到来。因此，猝发扩频信号的快速捕获及快速突发解调同步是重点和难点，尤其在低信噪比高动态条件下，采用传统的同步捕获技术以及锁相环解调同步技术已经无法满足实际应用需求。

发明内容

鉴于背景技术中提及的低信噪比高动态条件下的短猝发扩频信号解调的技术问题，本发明的目的在于提供一种短猝发扩频卫星信号接收装置,其不需要传输帧增加辅助同步开销，传输效率高，功率谱密度低，信号空中暴露时间短，从而具有很强的抗干扰和抗截获性能，还具有可猝发长度可变、同步时间短、抗多普勒性能强、可移植性强、功能易扩展、实现简单等特点。

本发明的目的是这样实现的：

一种短猝发扩频卫星信号接收装置，其包括采样及模数转换电路A、接收控制电路B、猝发检测电路C、解扩解调电路D、接口处理电路E和电源电路F；

采样及模数转换电路A包括滤波及采样单元1、信号自动增益控制单元2、A/D转换单元3、数字下变频单元4；滤波及采样单元1用于接收装置中频入接口的中频信号，根据接收控制电路B输入的管理控制信息，进行带通采样及滤波处理；信号自动增益控制单元2完成AGC后将模拟中频信号输出至A/D转换单元3；A/D转换单元3完成模数转换后输出至数字下变频单元4；数字下变频单元4根据滤波及采样单元1转发的控制信息和猝发检测电路C输入的载波频偏，完成变频及校频后的数据输出至接收控制电路B；

接收控制电路B包括控制信息解析转发单元5、缓存控制单元6、流程控制单元7；控制信息解析转发单元5用于接收装置控制网口输入的控制信息，解析转发输出至采样及模数转换电路A，同时将信号检测状态、解扩状态、定时同步状态、载波同步状态、译码同步状态、帧解析状态及接口输出状态组帧转发输出至装置管理控制网口；缓存控制单元6根据猝发检测电路C信号检测状态信息完成对猝发检测电路C输入输出信号的缓存处理控制，还用于根据各模块同步状态完成对符号数据的缓存、存储迭代控制；流程控制单元7产生猝发检测及单元工作顺序控制信号输出至猝发检测电路C，产生解扩使能、定时误差提取使能、载波相位运算使能控制信号输出至解扩解调电路D，产生译码器工作使能、接口输出使能控制信号输出至接口处理电路E；

猝发检测电路C包括匹配滤波单元8、自适应动态幅度调整单元9、猝发信号同步捕获单元10、数据缓存单元11；匹配滤波单元8对数字基带信号进行波形匹配处理，滤除约定带宽外信号后送自适应动态幅度调整单元9；自适应动态幅度调整单元9自适应调整信号幅度后输出至猝发信号同步捕获单元10；猝发信号同步捕获单元10完成输入信号中猝发扩频信号的捕获同步和载波频偏获取；数据缓存单元11接收猝发扩频信号、本地扩频码参考和扩频码标识进行缓存处理，缓存的大小、长度、位置及读写操作由接收控制电路B的缓存控制单元6控制；接收控制电路B的流程控制单元7控制数据缓存单元11输出猝发扩频信号、本地扩频码参考和扩频码标识至解扩解调电路D，完成猝发扩频信号的捕获；

解扩解调电路D包括扩频码解扩单元12、符号定时同步单元13、突发载波同步单元14；扩频码解扩单元12根据缓存处理模块11输出的猝发扩频信号、本地扩频码参考和扩频码标识和流程控制单元7输出的使能控制信号进行解扩运算，输出解扩后的符号数据至符号定时同步单元13；符号定时同步单元13对解扩数据进行存储、误差提取、迭代反馈后消除定时误差完成定时同步，输出符号同步的数据至突发载波同步单元14；突发载波同步单元14对输入的数据进行相位误差提取及平均内插后完成载波同步，输出载波同步数据至接口处理电路E，完成猝发扩频信号的解扩解调功能；

接口处理电路E包括译码处理单元15和帧解析及接口转换单元16；译码处理单元接收解扩解调单元输出的符号和载波同步后数据完成约定的译码功能，将译码纠错完成数据输出至帧解析及接口转换单元16；帧解析及接口转换单元将译码输出的突发数据转根据帧解析信息换成网口数据通过装置业务网口输出，同时将译码状态和帧解析及接口输出状态通过内部端口输出至接收控制电路B，完成装置的接收功能。

进一步的，所述的自适应动态幅度调整单元9包括平均功率统计模块901、幅度反馈系数运算模块902、加权系数调整模块903；平均功率统计模块901根据匹配滤波单元8输入至猝发检测电路C数据缓存单元11的数字信号幅度的平方和作为平均功率输出至幅度反馈系数运算模块902，幅度反馈系数运算模块902根据统计的平均功率和预设幅度求比值，对结果进行归一化处理后得出当前信号幅度反馈系数输出至加权系数调整模块903；加权系数调整模块903根据幅度反馈系数动态调整加权系数，调整后的加权系数与数据缓存单元11输出的数字信号进行乘积运算后输出至猝发信号同步捕获单元10。

进一步的，所述的猝发信号同步捕获单元10包括部分匹配模块101、FFT运算模块102、FFT谱峰搜索模块103、门限设计模块104、捕获判决模块105；部分匹配模块101将匹配滤波单元8输入的信号与本地扩频码保持相对滑动，本地扩频码与接收数据相乘后进行X长度的部分匹配处理，将原来M点的数据降速至P点，其中P=M/X,将部分匹配输出的P点数据输出至FFT运算模块102；FFT运算模块102对P点数据做N点的FFT运算，其中N≥P,当N>P时进行补零处理，将N点FFT运算结果输出至FFT谱峰搜索模块103，FFT谱峰搜索模块103对N点FFT输出的结果进行谱峰搜索，找出N个FFT中的最大值，将最大值输出至门限设计模块104，门限设计模块104根据谱峰出现的位置确定码相位和载波频移，标识位置和换算频偏值并将结果输出至捕获判决模块105；捕获判决模块根据门限设计输出的结果，根据对应标志位相与运算的结果判决捕获是否成功，将捕获成功判决的码相位标识，本地扩频码，当前接收数据、载波频移结果送缓存处理模块11，并将捕获同步状态输出至缓存控制单元6和流程控制单元7。

进一步的，所述的符号定时同步单元13包括数据存储模块131、定时误差提取模块132、误差迭代反馈模块133；数据存储模块131对扩频码解扩单元12输入的解扩后符号数据进行降采样及存储处理，存储长度及读写操作由接收控制电路B的缓存控制单元6控制；定时误差提取模块132对数据存储模块131存储的数据进行平方滤波定时误差提取运算，将误差结果输出至误差迭代反馈模块133；误差迭代反馈模块133将符号定时误差与数据存储模块输出的数据进行迭代反馈内插运算后输出数据至突发载波同步单元14。

进一步的，所述的突发载波同步单元14包括去调制运算模块141、载波相位运算模块142、相位平均内插处理模块143；去调制运算模块141对符号定时同步单元13输入的符号同步数据按照符号同步长度进行去调制运算，去调制后数据输出至载波相位运算模块142；载波相位运算模块142对去调制输入的数据进行载波相位提取并按照去调制相应长度输出各符号对应相位至相位平均内插处理模块143；相位平均内插处理模块143根据输入符号的相位进行平均差值运算，得到各相邻符号的相位差，将相位差平均后进行相邻符号相位内插滤波，将符号同步数据进行相位平均内插后输出至接口处理电路E。

本发明与背景技术相比，具有如下优点：

1. 本发明可实现在高动态低信噪比条件下，猝发帧长可变、功率谱密度低及信号空中暴露时间短的猝发扩频信号快速接收解调同步，可以在抗干扰抗截获要求高的卫星通信系统中得到广泛应用。

2.本发明采用了猝发检测电路C完成对随机猝发帧的快速识别、捕获和定位，使接收装置在大频偏条件下也能够在较短的猝发持续时间内完成猝发信号检测及扩频信号码捕获。

3.本发明采用了非数据辅助自同步的符号定时同步单元13和突发载波同步单元14，突发解调不需要增加额外导频辅助，传输效率高，采用迭代反馈及相位内插消除误差，能够在较短猝发持续时间内完成解调同步。

4．本发明采用模块化设计、功能易扩展、集成化程度高、可移植性强，性能稳定可靠，外部接口简单灵活，结构简单，具有推广应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的电原理方框图。

图2是图1的电路单元原理方框图。

图3是图2中自适应动态幅度调整单元9的电原理图。

图4是图2中猝发信号同步捕获单元10的电原理图。

图5是图2中猝发信号同步捕获单元10的信号流程图。

图6是图2中符号定时同步单元13的电原理图。

图7是图2中突发载波同步单元14的电原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

参照图1至图7，一种短猝发扩频卫星信号接收装置，其由采样及模数转换电路A、接收控制电路B、猝发检测电路C、解扩解调电路D、接口处理电路E和电源电路F组成。

其中，采样及模数转换电路A由输入端口1接收装置对外中频入IF_IN接口输入的模拟中频信号，通过输入端口2接收装置接收控制电路B从端口2输出的管理配置，通过输入端口4接收猝发检测电路C输出端口4输入的载波频偏参数，根据管理参数和载波频偏参数完成模拟信号的带通采样、模数变换及数字变频校频后通过输出端口3输出至接收控制电路B的输入端口1；接收控制电路B由端口1接收从采样及模数转换电路A端口3输出的基带数字信号，由端口3接收装置对外管理网口WK1输入的管理配置信息，解析处理后由端口2输出至采用及模数转换电路A的端口2，同时从输入端口4接收猝发检测电路由端口3输出的猝发扩频信号检测状态信号，通过端口11接收解扩解调电路D由端口7输出的解扩处理状态信号，通过端口12接收解扩解调电路D由端口8输出的符号同步状态信号，通过端口13接收解扩解调电路D由端口9输出的载波同步状态信号，综合各状态信号信息，按管理协议组网络帧后通过端口3输出至装置对外管理网口WK1，通过输入端口5接收猝发检测电路C由端口2输出的猝发扩频信号捕获状态信号，通过端口7接收猝发检测电路C由端口5输入的码捕获标识信号，根据捕获状态和标识产生猝发扩频信号的捕获控制和数据信号由端口6输出至猝发检测电路C的端口1,根据捕获状态、解扩解调电路状态和处理流程，完成猝发扩频信号接收的数据缓存控制和流程控制，产生解扩使能信号由端口8输出至解扩解调电路D的端口4，产生符号同步使能信号由端口9输出至解扩解调电路D的端口5，产生载波同步使能信号分别由端口10输出至解扩解调电路D的端口6,根据信号处理流程产生译码及接口输出使能信号由端口14输出至译码及接口转换电路E的端口4，同时接收由译码及接口转换电路E的端口5输出至端口15的译码、帧处理及接口输出状态;猝发检测电路C通过端口1接收数据信号和捕获控制信号，完成猝发扩频信号检测和捕获，将猝发信号检测状态由端口3输出至接收控制电路B的端口4，将猝发扩频码捕获状态由端口2输出至接收控制电路B的端口5，将码捕获标识信号通过端口5输出至接收控制电路B的端口7，将码捕获搜索到的载波频偏信号通过端口4输出至采样与数模转换模块A的端口4，完成载波频率校正，检测状态、捕获状态和捕获标识信号驱动完成数据缓存控制和流程处理控制。将捕获码相位标识通过端口6输出至解扩解调电路D的端口3、本地参考扩频码通过端口7输出至解扩解调电路D的端口3，当前接收数据通过端口8输出至解扩解调电路D的端口1，完成猝发扩频信号的检测、码捕获和载波多普勒频移估计功能；解扩解调电路D由端口1接收猝发检测电路C端口6输出的码捕获相位标识信号，由端口2接收猝发检测电路C端口7输出的本地扩频码参考信号，由端口3接收猝发检测电路C端口8输出的与本地扩频码参考信号对齐的当前接收数据，在端口4输入的接口控制电路B端口8输出的解扩使能信号驱动下，通过相关累加运算，完成猝发扩频信号的解扩，在端口5输入的接口控制电路B端口9输出的符号同步使能信号驱动下，对解扩输出信号进行定时同步，完成数据符号同步，在端口6输入的接口控制电路B端口10输出的载波同步使能信号驱动下，对符号同步数据进行载波同步，完成猝发载波同步，将解扩状态由端口7输出至接收控制电路B的端口11，将定时同步状态由端口8输出至接收控制电路B的端口12，将载波同步状态由端口9输出至接收控制电路B的端口13，参与完成数据缓存和流程控制，并将各同步状态上报，完成猝发扩频信号解扩解调同步的数据标识信号由端口10输出至译码及接口转换电路E的端口1，解扩解调同步的数据信号由端口11输出至译码及接口转换电路E的端口2，解扩解调同步的随路时钟信号由端口12输出至译码及接口转换电路E的端口3，完成猝发扩频信号的解扩及解调功能；译码及接口转换电路E通过端口1、2、3接收解扩解调同步的数据标识、数据和随路时钟，在端口4输入的接口控制电路B端口14输入的译码及接口输出使能信号驱动下，完成猝发信号的译码、帧解析和接口转换，将状态通过端口6输出至接收控制电路B的端口15，将完成译码及根据帧解析信息进行接口转换后的数据通过端口5输出至装置对外业务网口WK2，完成装置接收功能。

其中，采样及模数转换电路A包括滤波及采样单元1、信号自动增益控制（即AGC）单元2、A/D转换单元3、数字下变频单元4;所述的滤波及采样单元1用于接收装置中频入接口IF_IN的中频信号，根据接收控制电路B输入的管理控制信息JK1，对中频信号进行带通采样及滤波处理后输出至AGC单元2；信号自动增益控制单元2完成AGC后将模拟中频信号输出至A/D转换单元3；A/D转换单元3完成模数转换后输出至数字下变频单元4；数字下变频单元4根据滤波及采样单元1转发的控制信息和猝发检测电路C输入的载波频偏，完成变频及校频后的数据输出至接收控制电路B，实例各功能模块采用专用芯片AD9516+AD9230+单片XC5VSX95T制作实现。

其中，接收控制电路B包括控制信息解析转发单元5、缓存控制单元6、流程控制单元7；所述的控制信息解析转发单元5用于接收装置控制网口WK1输入的控制信息，解析出中频收频率信息指令转发输出至采样及模数转换电路A，同时将信号检测状态、解扩状态、定时同步状态、载波同步状态、译码同步状态、帧解析状态及接口输出状态组帧转发输出至装置管理控制网口WK1；缓存控制单元6根据猝发检测电路C信号检测状态信息完成对猝发检测电路C输入输出信号的缓存处理控制，还用于根据各模块同步状态完成对符号数据的缓存、存储迭代控制；流程控制单元7产生猝发检测及单元工作顺序控制信号输出至猝发检测电路C，产生解扩使能、定时误差提取使能、载波相位运算使能控制信号输出至解扩解调电路D，产生译码器工作使能、接口输出使能控制信号输出至接口处理电路E，各个功能模块在单片FPGA芯片XC5VSX95T上实现。

其中，猝发检测电路C包括匹配滤波单元8、自适应动态幅度调整单元9、猝发扩频信号同步捕获单元10、数据缓存单元11；所述匹配滤波单元8用于对数字基带信号进行与约定发送信号进行波形匹配处理，滤除约定带宽外信号后送自适应动态幅度调整单元9；所述的自适应动态幅度调整单元9包括平均功率统计模块901、幅度反馈系数运算模块902、加权系数调整模块903；平均功率统计模块901对匹配滤波后的数字信号幅度的平方和作为平均功率输出至幅度反馈系数运算模块902，幅度反馈系数运算模块902根据统计的平均功率和预设幅度求比值进行归一化处理得到幅度反馈系数输出至加权系数调整模块903；加权系数调整模块903根据幅度反馈系数动态调整加权系数，调整后的加权系数与数字信号进行乘积和量化运算后输出至猝发扩频信号同步捕获单元10。猝发扩频信号同步捕获单元10包括部分匹配模块101、FFT运算模块102、FFT谱峰搜索模块103、门限设计模块104、捕获判决模块105；部分匹配模块101将自适应动态幅度调整后的信号与本地扩频码保持相对滑动，进行部分匹配处理，将部分匹配输出的数据输出至FFT运算模块102；FFT运算模块102进行FFT运算，运算结果输出至FFT谱峰搜索模块103，FFT谱峰搜索模块103进行谱峰搜索，找出最大值输出至门限设计模块104，门限设计模块104根据谱峰出现的位置确定码相位和载波频移，标识码相位和换算频偏值输出至捕获判决模块105；捕获判决模块105判决捕获是否成功，并将结果输出，完成猝发扩频信号的检测、捕获和多普勒频移估计。实例中猝发检测电路C的各个功能模块在单片FPGA芯片XC5VSX95T上实现。

其中，解扩解调电路D包括扩频码解扩单元12、符号定时同步单元13、突发载波同步单元14；扩频码解扩单元12根据输入的完成捕获的猝发扩频信号、本地扩频码参考和扩频码标识和流程控制信号进行解扩运算，完成解扩后输出符号数据至符号定时同步单元13；所述的符号定时同步单元13包括数据存储模块131、定时误差提取模块132、误差迭代反馈模块133；数据存储模块131对扩频码解扩单元12输入的解扩后符号数据进行降采样及存储处理，按照接收控制信号进行相应长度存储及循环读写操作；定时误差提取模块132对数据存储模块131输出的数据进行频域平方滤波定时误差提取运算，将误差结果输出至误差迭代反馈模块133；误差迭代反馈模块133将误差与数据进行循环迭代反馈内插运算后输出数据至突发载波同步单元14；突发载波同步单元14包括去调制运算模块141、载波相位运算模块142、相位平均内插处理模块143；去调制运算模块141对完成定时同步的数据按照符号同步长度进行去调制运算，载波相位运算模块142对去调制的数据进行载波相位提取并按照相应长度输出平均相位误差；相位平均内插处理模块143将相位误差进行平均差值运算，得到相位差进行相邻符号相位内插滤波，完成猝发扩频信号的载波同步功能。实例中解扩解调电路D的各个功能模块在单片FPGA芯片XC5VSX95T上实现。

其中，接口处理电路E包括译码处理单元15和帧解析及接口转换单元16，完成译码、帧解析及接口转换，将状态信息通过内部端口输出至接收控制电路B上报装置管理网口WK1，将输出数据根据帧解析信息换成网口格式数据通过装置业务网口WK2输出，完成装置的接收功能，各个功能模块在单片FPGA芯片XC5VSX95T上实现，装置对外管理和业务网口为标准以太网口10/100 BaseT，符合IEEE 802.3。

其中，电源电路F其作用提供各级电路部件直流工作电压，采用+12伏和+5V电源输入，通过电源模块PTN78060WAS输出＋V1电压＋5伏,通过LT1764EQ-3.3V转换输出＋V2电压+3.3伏，通过LT1764EQ-1.8V转换输出＋V3电压＋1.8伏,通过TPS650243输出＋V4电压＋2.5伏和＋V5电压＋1.2伏。

本装置的处理过程如下：

（1）滤波及采样单元根据装置管理网口下发的参数配置指令对装置中频入接口输入的中频信号进行带通滤波及采样，经过自动增益控制处理、A/D转换、数字下变频处理，输出基带数字信号至缓存控制单元；

（2）控制信息解析转发单元接收管理网口信息完成接收装置参数配置转发和状态定时主动上报，根据配置和状态信息流程控制单元产生接收处理分步控制信号，控制基带数字信号进行缓存处理、循环读写输出，输出受控的数字基带信号至匹配滤波单元；

（2）匹配滤波单元对数字基带信号进行对应的发端滤波的数字滤波处理，滤除约定带宽外的噪声及杂波信号后输入自适应动态幅度调整单元；

（3）自适应幅度调整单元对匹配后的数字基带信号I、Q两路分别进行模平方运算，统计平均功率值与预设幅度进行比值归一化后作为幅度反馈系数，加权系数根据反馈系数自适应调整，I、Q两路数据分部与调整后的加权系数相乘，输出幅度值波动较小的数字基带信号至猝发扩频信号同步捕获单元；

（4）猝发扩频信号同步捕获单元产生本地参考扩频码与当前接收到的数据信号进行部分匹配滤波、FFT运算、FFT谱峰估计、门限设计、捕获判决，根据谱峰出现的位置确定码相位和多普勒频偏，验证同步点，完成猝发扩频信号的检测及捕获，输出捕获同步标识、本地参考码和当前对齐的接收数据至扩频码解扩单元，输出多普勒频偏至数字下变频单元；

（5）扩频码解扩单元在流程控制信号驱动下对猝发扩频信号捕获同步输入的信号进行相关累加及解扩处理，输出解扩后的数据至符号同步单元；

（6）符号同步单元对解扩输出的猝发信号进行降采样、数据存储、频域数字滤波平方定时误差提取、循环存储读取迭代反馈，消除定时误差后输出定时同步的数字信号至载波同步单元；

（7）载波同步单元对输入的符号同步数据进行去调制、载波相位误差提取，相位误差平均内插，完成猝发信号载波同步，输出解调同步的数字信号至译码处理单元；

（8）译码处理单元对输入的猝发数据进行约定的译码运算，输出译码数据后进行帧同步及解析处理，根据解析出的净荷定位及长度信息按输出接口协议格式转换后由业务网口输出，完成装置的接收功能。

其中，步骤（3）包括以下详细步骤：

（301）自适应幅度调整单元首选按M长度存储匹配滤波输入的32倍的数字信号样点，分别对缓存的I、Q两路数据进行模平方运算后统计M长度数据的平均功率，其中M为32的整数倍；

（302）统计的M长度数据的平均功率值，与预设的16bit量化幅度值求比值，根据比值采用查表方式进行归一化，查表结果作为幅度反馈系数输出至加权系数调整模块；

（303）加权系数调整模块根据归一化的反馈系数调整幅度加权系数，将对应的加权系数和存储的32倍数据样点进行数字幅度加权乘积运算，将匹配滤波输入的12bit量化数据，自适应调整幅度至16bit量化的幅度，有效位数大于14比特。

其中，步骤（4）包括以下详细步骤：

（401）接收并缓存自适应幅度调整模块输入的信号，产生本地参考伪码序列，通过控制缓存读地址与本地伪码保持相对滑动，参考伪码与接收信号相乘后，进行X长度的部分匹配滤波处理，将原来M点的数据降速至P点，输出P点部分匹配峰值，其中P=M/X;

（402）对P点部分匹配峰值做N点的FFT分析运算，其中N≥P,当N>P时，在P点部分匹配峰值样点后补N-P个零，对N点FFT运算结果进行谱峰搜索，找出N个FFT中的最大值；

（403）搜索到的FFT谱峰值与预设门限值比较，此时开辟一个标识位来标识峰值是否大于1，当此相关点上的峰值大于预设门限时，标识位置1，否则置0；

（404）当出现第一个大于门限谱峰值时，控制缓存读地址信号使接收数据向后滑动一个伪码周期长度，得到与第一个谱峰间隔一个伪码周期的第二个谱峰，对第二个谱峰进行门限值比较和标识位置数；

（405）根据谱峰标识位进行捕获同步判决，让对应相邻的标识位做相与运算，相与结果为1时，证明捕获成功，否则捕获失败，继续向后做相与运算，相与运算的两个标识位之间始终间隔一个伪码周期长度直到捕获成功；

（406）捕获成功后，根据谱峰位置标识码相位与本地参考伪码、对齐数据同步输出至解扩处理模块，完成猝发扩频信号捕获同步；根据相关峰位置换算出多普勒频移，输出至数字下变频模块完成载波频偏校正。

其中，步骤（6）包括以下详细步骤：

（601）符号同步单元对解扩输入的32倍码片速率数据进行CIC抽取滤波处理降速8倍符号速率，对抽取后数据进行缓存；

（602）对当前存储输出的8倍符号速率数据进行频域数字滤波平方定时误差提取，通过查表方式将定时误差映射转换为立方插值滤波器系数；

（603）通过控制缓存读地址循环读取存储数据，与对应误差转换的滤波器系数进行内插滤波处理，迭代反馈N个循环，N≥2，根据查找表输出的系数判定误差消除，完成符号定时同步。

其中，步骤（7）包括以下详细步骤：

（701）载波同步单元对输入的有效符号同步数据通过非线性变换进行去调制运算，去调制后的数据进行缓存控制存储，控制缓存读地址循环输出至载波相位误差提取单元；

（702）载波相位误差提取单元对去调制后的数据进行载波相位估计，通过Q路数据幅度与I路数据幅度比值量化映射为表地址，按地址查找存储反正切函数的归一化的角度值，将提取的角度值作为相位输出至相位平均内插处理模块，其中地址为8bit量化；

（703）计算相邻样点的相位差,按每组缓存输出长度L个样点，其中L≤64，统计L长度样点的相位差平均值，按线性内插的方式获得当前组各点的载波相位值，实现载波同步。

本发明简要工作原理如下：

该装置将接收到的外部中频信号进行带通滤波、采样、自动增益控制、变频、缓存，匹配滤波、猝发扩频信号检测及捕获同步、解扩解调、译码解帧及接口转换后输出。各部分均采用了模块化设计技术，构成具有独立功能的相应单元。

本发明的结构如下：

装置整机为方形终端，长345mm、宽150mm、高28mm的方形终端内，重量为1.2kg。内部采用模块化结构，每个模块都采用独立的单元来实现。终端侧面安装有电源插座、中频输入端口IF_IN插座、标准以太网口管理网口WK1和业务网口WK2。

本发明可实现在低信噪比条件下，猝发长度可变、抗多普勒性能强，同步速度快的短猝发扩频卫星信号接收。其采用一种自适应动态幅度调整方法辅助快速完成猝发信号检测；采用一种部分匹配滤波结合快速滤波的PMF-FFT方法实现猝发扩频信号的快速捕获及载波频偏校正；还采用无辅助数据的数据存储迭代反馈消除定时误差和相位平均内插方法完成突发载波同步。本发明不需要传输帧增加辅助同步开销，传输效率高，功率谱密度低，信号空中暴露时间短，从而具有很强的抗干扰和抗截获性能。本发明还具有可猝发长度可变、同步时间短、抗多普勒性能强、可移植性强、功能易扩展、实现简单等特点。

总之，本发明可实现普通解调方法所不具备的对高动态低信噪比条件下猝发扩频调制信号的解调，特别适合对抗干扰抗截获要求高的卫星通信系统中作为短猝发扩频信号接收装置应用。

Claims (5)

1.一种短猝发扩频卫星信号接收装置，其特征在于：包括采样及模数转换电路、接收控制电路、猝发检测电路、解扩解调电路、接口处理电路和电源电路；

采样及模数转换电路包括滤波及采样单元、信号自动增益控制单元、A/D转换单元、数字下变频单元；滤波及采样单元用于接收装置中频入接口的中频信号，根据接收控制电路输入的管理控制信息，进行带通采样及滤波处理；信号自动增益控制单元完成自动增益控制后将模拟中频信号输出至A/D转换单元；A/D转换单元完成模数转换后输出至数字下变频单元；数字下变频单元根据滤波及采样单元转发的控制信息和猝发检测电路输入的载波频偏，完成变频及校频后的数据输出至接收控制电路；

接收控制电路包括控制信息解析转发单元、缓存控制单元、流程控制单元；控制信息解析转发单元用于接收装置控制网口输入的控制信息，解析转发输出至采样及模数转换电路，同时将信号检测状态、解扩状态、定时同步状态、载波同步状态、译码同步状态、帧解析状态及接口输出状态组帧转发输出至装置管理控制网口；缓存控制单元根据猝发检测电路信号检测状态信息完成对猝发检测电路输入输出信号的缓存处理控制，还用于根据各模块同步状态完成对符号数据的缓存、存储迭代控制；流程控制单元产生猝发检测及单元工作顺序控制信号输出至猝发检测电路，产生解扩使能、定时误差提取使能、载波相位运算使能控制信号输出至解扩解调电路，产生译码器工作使能、接口输出使能控制信号输出至接口处理电路；

猝发检测电路包括匹配滤波单元、自适应动态幅度调整单元、猝发信号同步捕获单元、数据缓存单元；匹配滤波单元对数字基带信号进行波形匹配处理，滤除约定带宽外信号后送自适应动态幅度调整单元；自适应动态幅度调整单元自适应调整信号幅度后输出至猝发信号同步捕获单元；猝发信号同步捕获单元完成输入信号中猝发扩频信号的捕获同步和载波频偏获取；数据缓存单元接收猝发扩频信号、本地扩频码参考和扩频码标识进行缓存处理，缓存的大小、长度、位置及读写操作由接收控制电路的缓存控制单元控制；接收控制电路的流程控制单元控制数据缓存单元输出猝发扩频信号、本地扩频码参考和扩频码标识至解扩解调电路，完成猝发扩频信号的捕获；

解扩解调电路包括扩频码解扩单元、符号定时同步单元、突发载波同步单元；扩频码解扩单元根据缓存处理模块输出的猝发扩频信号、本地扩频码参考和扩频码标识和流程控制单元输出的使能控制信号进行解扩运算，输出解扩后的符号数据至符号定时同步单元；符号定时同步单元对解扩数据进行存储、误差提取、迭代反馈后消除定时误差完成定时同步，输出符号同步的数据至突发载波同步单元；突发载波同步单元对输入的数据进行相位误差提取及平均内插后完成载波同步，输出载波同步数据至接口处理电路，完成猝发扩频信号的解扩解调功能；

接口处理电路包括译码处理单元和帧解析及接口转换单元；译码处理单元接收解扩解调单元输出的符号和载波同步后数据完成约定的译码功能，将译码纠错完成数据输出至帧解析及接口转换单元；帧解析及接口转换单元将译码输出的突发数据转根据帧解析信息换成网口数据通过装置业务网口输出，同时将译码状态和帧解析及接口输出状态通过内部端口输出至接收控制电路，完成装置的接收功能。

2.根据权利要求1所述的一种短猝发扩频卫星信号接收装置，其特征在于：所述的自适应动态幅度调整单元包括平均功率统计模块、幅度反馈系数运算模块、加权系数调整模块；平均功率统计模块根据匹配滤波单元输入至猝发检测电路数据缓存单元的数字信号幅度的平方和作为平均功率输出至幅度反馈系数运算模块，幅度反馈系数运算模块根据统计的平均功率和预设幅度求比值，对结果进行归一化处理后得出当前信号幅度反馈系数输出至加权系数调整模块；加权系数调整模块根据幅度反馈系数动态调整加权系数，调整后的加权系数与数据缓存单元输出的数字信号进行乘积运算后输出至猝发信号同步捕获单元。

3.根据权利要求1所述的一种短猝发扩频卫星信号接收装置，其特征在于：所述的猝发信号同步捕获单元包括部分匹配模块、FFT运算模块、FFT谱峰搜索模块、门限设计模块、捕获判决模块；部分匹配模块将匹配滤波单元输入的信号与本地扩频码保持相对滑动，本地扩频码与接收数据相乘后进行X长度的部分匹配处理，将原来M点的数据降速至P点，其中P=M/X,将部分匹配输出的P点数据输出至FFT运算模块；FFT运算模块对P点数据做N点的FFT运算，其中N≥P,当N>P时进行补零处理，将N点FFT运算结果输出至FFT谱峰搜索模块，FFT谱峰搜索模块对N点FFT输出的结果进行谱峰搜索，找出N个FFT中的最大值，将最大值输出至门限设计模块，门限设计模块根据谱峰出现的位置确定码相位和载波频移，标识位置和换算频偏值并将结果输出至捕获判决模块；捕获判决模块根据门限设计输出的结果，根据对应标志位相与运算的结果判决捕获是否成功，将捕获成功判决的码相位标识，本地扩频码，当前接收数据、载波频移结果送缓存处理模块，并将捕获同步状态输出至缓存控制单元和流程控制单元。

4.根据权利要求1所述的一种短猝发扩频卫星信号接收装置，其特征在于：所述的符号定时同步单元包括数据存储模块、定时误差提取模块、误差迭代反馈模块；数据存储模块对扩频码解扩单元输入的解扩后符号数据进行降采样及存储处理，存储长度及读写操作由接收控制电路的缓存控制单元控制；定时误差提取模块对数据存储模块存储的数据进行平方滤波定时误差提取运算，将误差结果输出至误差迭代反馈模块；误差迭代反馈模块将符号定时误差与数据存储模块输出的数据进行迭代反馈内插运算后输出数据至突发载波同步单元。

5.根据权利要求1所述的一种短猝发扩频卫星信号接收装置，其特征在于：所述的突发载波同步单元包括去调制运算模块、载波相位运算模块、相位平均内插处理模块；去调制运算模块对符号定时同步单元输入的符号同步数据按照符号同步长度进行去调制运算，去调制后数据输出至载波相位运算模块；载波相位运算模块对去调制输入的数据进行载波相位提取并按照去调制相应长度输出各符号对应相位至相位平均内插处理模块；相位平均内插处理模块根据输入符号的相位进行平均差值运算，得到各相邻符号的相位差，将相位差平均后进行相邻符号相位内插滤波，将符号同步数据进行相位平均内插后输出至接口处理电路。

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