CN113452402B - 相干多载波二维捕获方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

相干多载波二维捕获方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN113452402B CN202111008833.9A CN202111008833A CN113452402B CN 113452402 B CN113452402 B CN 113452402B CN 202111008833 A CN202111008833 A CN 202111008833A CN 113452402 B CN113452402 B CN 113452402B
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Abstract

本发明涉及相干多载波二维捕获方法、装置、电子设备及存储介质，该方法包括：获取多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面；对于每一个子载波信号的接收信号，分别在二维搜索平面的各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果；对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果；依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，并在判定捕获成功时将所述相关峰对应的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量分别作为子载波的多普勒频偏和码相位偏移。本发明避免了子载波非/差分相干合并引入的平方损耗，提升了多载波直接序列扩频的捕获性能，缩短平均捕获时间。

Description

相干多载波二维捕获方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及多载波直接序列扩频通信技术领域，尤其涉及相干多载波二维捕获方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
多载波直接序列扩频调制技术（MC-DSSS）是多载波调制技术和直接序列扩频技术的结合，相比于传统的单载波直接序列扩频技术，多载波直接序列扩频可以借助并行多路的扩频和解扩，拥有更高的频带利用率，并以较低的复杂度就能够实现较高的扩频增益和较大的扩频带宽，从而有效地提升了扩频信号的隐蔽性和多址接入能力。
在多载波直接序列扩频调制技术中，通信接收机捕获模块中捕获技术的设计是实现接收信号同步、保证接收信号不会出现整帧丢失的关键。
现有的捕获技术采用的子载波之间非相干累加或者差分相干累加的方式，这两种累加方式会在子载波累加时引入合并损失，在低信噪比的情况下会出现“门限效应”，导致捕获性能的急剧下降。此外，现有的捕获技术以串行的方式分别搜索多普勒频偏和传输时延（码相位偏移），难以应对星地链路大动态的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的相干多载波二维捕获方法、装置、电子设备及存储介质。
第一个方面，本发明实施例提供一种相干多载波二维捕获方法，包括：
获取多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面；其中，所述二维搜索平面中每一个搜索单元对应一个多普勒频偏搜索量和一个码相位偏移搜索量；
对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果；其中，所述每一个子载波的二维捕获结果中包括各搜索单元上相互对应的经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果、多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量；
对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果；
依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，并在判定捕获成功时将所述相关峰对应的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量分别作为子载波的多普勒频偏和码相位偏移。
根据本发明提供的一种相干多载波二维捕获方法，所述对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果，具体为：
基于各搜索单元的多普勒频偏搜索量，对每一个子载波的接收信号进行多普勒频偏搜索，相应得到各搜索单元上经多普勒频偏搜索后生成的信号；
基于各搜索单元的码相位偏移搜索量，对所述生成的信号进行码相位偏移搜索，得到各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果；
利用各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果，以及各搜索单元的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量生成每一个子载波的二维捕获结果。
根据本发明提供的一种相干多载波二维捕获方法，所述各搜索单元上经多普勒频偏搜索后生成的信号，具体通过以下公式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 437656DEST_PATH_IMAGE002
表示第
Figure 435699DEST_PATH_IMAGE003
个子载波的接收信号在第
Figure 661144DEST_PATH_IMAGE004
个搜索单元上经多普勒频偏搜 索后生成的信号；
Figure 984810DEST_PATH_IMAGE005
表示第
Figure 967809DEST_PATH_IMAGE003
个子载波的接收信号；
Figure 894177DEST_PATH_IMAGE006
表示欧拉公式中的虚数单位；
Figure 613609DEST_PATH_IMAGE007
表示第
Figure 967230DEST_PATH_IMAGE004
个搜索单元对应的多普勒频偏搜索量；
Figure 640788DEST_PATH_IMAGE008
表示时刻。
根据本发明提供的一种相干多载波二维捕获方法，所述各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果，具体通过以下公式计算：
Figure 105267DEST_PATH_IMAGE009
上式中，
Figure 180670DEST_PATH_IMAGE010
表示在第
Figure 705193DEST_PATH_IMAGE004
个搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后第
Figure 866047DEST_PATH_IMAGE003
个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
表示扩频比；
Figure 669022DEST_PATH_IMAGE012
表示码片持续时间；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
表示扩频码信号；
Figure 864511DEST_PATH_IMAGE014
表示第
Figure 700880DEST_PATH_IMAGE004
个搜索单元对应的码相位偏移搜索量。
根据本发明提供的一种相干多载波二维捕获方法，所述获取多普勒频偏/码相位 偏移二维搜索平面，具体为：基于星地相对运动速度、光速和射频中心频点，根据多普勒计 算公式计算最大多普勒频偏值
Figure 145768DEST_PATH_IMAGE015
；
设定多普勒频偏搜索范围为
Figure 952050DEST_PATH_IMAGE016
到
Figure 500581DEST_PATH_IMAGE015
，码相位偏移搜索范围为0到
Figure 101327DEST_PATH_IMAGE017
；其中，
Figure 236773DEST_PATH_IMAGE018
表 示扩频比；
按照预设的多普勒频偏搜索精度和码相位偏移搜索精度，对由多普勒频偏搜索范围和码相位偏移搜索范围围成的二维平面进行网格划分，得到包含多个搜索单元的多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面。
根据本发明提供的一种相干多载波二维捕获方法，所述预设的多普勒频偏搜索精 度为
Figure 518850DEST_PATH_IMAGE019
；所述预设码相位偏移搜索精度为码片持续时间与
Figure 547985DEST_PATH_IMAGE020
的乘积；
其中，
Figure 726157DEST_PATH_IMAGE021
表示符号速率；
Figure 207954DEST_PATH_IMAGE022
表示子载波的总数。
根据本发明提供的一种相干多载波二维捕获方法，所述依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，具体为：
若多载波相干累加二维捕获结果中的相关峰的模平方大于捕获门限，则判定捕获成功；否则，判定捕获不成功。
根据本发明提供的一种相干多载波二维捕获方法，所述对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果，具体为将所有子载波的二维捕获结果进行相加。
根据本发明提供的一种相干多载波二维捕获方法，所述每一个子载波的接收信号，是按次序对接收端模拟信号进行A/D采集、下变频转换、正交解调和根升余弦匹配滤波之后得到的。
第二方面，本发明还提供一种相干多载波二维捕获装置，包括：
获取模块，用于获取多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面；其中，所述二维搜索平面中每一个搜索单元对应一个多普勒频偏搜索量和一个码相位偏移搜索量；
多普勒频偏/码相位偏移联合搜索模块，用于对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果；其中，所述每一个子载波的二维捕获结果中包括各搜索单元上相互对应的经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果、多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量；
相干合并模块，用于对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果；
捕获模块，用于依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，并在判定捕获成功时将所述相关峰对应的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量分别作为子载波的多普勒频偏和码相位偏移。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述相干多载波二维捕获方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述相干多载波二维捕获方法的步骤。
本发明提供的一种相干多载波二维捕获方法、装置、电子设备及存储介质，通过对多普勒频偏和码相位偏移的联合搜索，得到并行多路的二维捕获结果，通过对二维捕获结果的相干累加实现载波间全相干合并，进而实现载波间全相干合并，避免了子载波非相干合并或差分相干合并引入的平方损耗，提升了多载波直接序列扩频的捕获性能，缩短平均捕获时间；此外，通过采用全相干合并捕获方式，克服了非/差分相干合并捕获方式难以应对星地链路大动态和低信噪比环境的问题，进而达到接近单载波直接序列扩频的捕获性能的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的相干多载波二维捕获方法的流程示意图；
图2是本发明提供的相干多载波二维捕获方法的实际操作流程示意图；
图3是本发明提供的相干多载波二维捕获装置的结构示意图；
图4是本发明提供的实现相干多载波二维捕获方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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作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。
下面结合图1-图4描述本发明。
第一方面，如图1所示，本发明提供的一种相干多载波二维捕获方法，包括：
S11、获取多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面；
其中，所述二维搜索平面中每一个搜索单元对应一个多普勒频偏搜索量和一个码相位偏移搜索量；
明显的，步骤S11中二维搜索平面的两个维度分别为多普勒频偏/码相位偏移。
S12、对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果；
其中，所述每一个子载波的二维捕获结果中包括各搜索单元上相互对应的经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果、多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量；
需要说明的是，步骤S12中各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号，是以各搜索单元的多普勒频偏作为频偏值，以各搜索单元的码相位偏移搜索量作为码相位偏移值，对每一个子载波的接收信号进行补偿后生成的信号；
另外，各子载波的搜索过程互不干扰，本发明采用并行搜索方式获取各子载波的二维捕获结果，克服了传统多载波直接序列扩频技术中以串行的方式分别搜索多普勒频偏和传输时延（码相位偏移），难以应对星地链路大动态的问题。
S13、对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果；
需要说明的是，步骤S13中各子载波的接收信号非常微弱，通常对各子载波的接收信号进行合并来凸显出单载波真正的相关峰信号，进而利用相关峰信号来对多普勒频偏/码相位偏移进行联合捕获；
在本技术领域中，子载波间合并算法直接影响了MC-DSSS的捕获性能，然而目前绝大多数子载波间合并算法为非相干合并或差分相干合并，这两种方案在追求算法低复杂度的同时，均未充分利用MC-DSSS信号的完整统计特性，在子载波合并阶段引入平方损耗，带来了信噪比损失。同时在低信噪比的情况下会出现“门限效应”导致捕获性能的急剧下降。而相干合并能够很好避免非相干合并或差分相干合并带来的合并缺陷。
S14、依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，并在判定捕获成功时将所述相关峰对应的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量分别作为子载波的多普勒频偏和码相位偏移。
需要说明的是，步骤S14中相关峰为多载波相干累加二维捕获结果中所述相关结果的最大值。
本发明通过对多普勒频偏和码相位偏移的联合搜索，得到并行多路的二维捕获结果，通过对二维捕获结果的相干累加实现载波间全相干合并，进而实现载波间全相干合并，避免了子载波非相干合并或差分相干合并引入的平方损耗，提升了多载波直接序列扩频的捕获性能，缩短平均捕获时间；此外，通过采用全相干合并捕获方式，克服了非/差分相干合并捕获方式难以应对星地链路大动态和低信噪比环境的问题，进而达到接近单载波直接序列扩频的捕获性能的效果。
图2示例了一种相干多载波二维捕获方法的实际操作流程示意图，利用如图2所示 的流程对发射端单载波信号进行多载波直接序列扩频调制，其中单载波信号符号速率为
Figure 732870DEST_PATH_IMAGE023
，扩频比为8192，码片速率为2.048Mcps，成型系数
Figure 616512DEST_PATH_IMAGE024
=0.35，带宽为2.76MHz，子载波 间隔
Figure 965585DEST_PATH_IMAGE025
=4.096MHz，载波数L=
Figure 606782DEST_PATH_IMAGE026
，射频频点为2GHz，多普勒频偏搜索精度为
Figure 558557DEST_PATH_IMAGE027
，码相 位偏移搜索精度为
Figure 172072DEST_PATH_IMAGE028
码片持续时间；
实验表明，利用本发明相干多载波二维捕获方法进行捕获达到接近单载波直接序列扩频的捕获性能。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果，具体为：
基于各搜索单元的多普勒频偏搜索量，对每一个子载波的接收信号进行多普勒频偏搜索，相应得到各搜索单元上经多普勒频偏搜索后生成的信号；
需要说明的是，在各搜索单元上对子载波的接收信号进行多普勒频偏搜索，等同于以各搜索单元的多普勒频偏搜索量作为频偏值，对子载波的接收信号进行多普勒频偏补偿；
基于各搜索单元的码相位偏移搜索量，对所述生成的信号进行码相位偏移搜索，得到各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果；
需要说明的是，对所述生成的信号进行码相位偏移搜索，实则等同于以各搜索单元的码相位偏移搜索量作为码相位偏移值，对所述生成的信号进行码相位补偿，并将码相位补偿后得到的信号与本地扩频码进行相关；
其中，利用码相位对子载波的载波相位进行补偿以及相关的具体办法在现有技术中已公开，本发明实施例不做具体的限定。
利用各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果，以及各搜索单元的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量生成每一个子载波的二维捕获结果。
对于多载波直接序列扩频信号捕获而言，多普勒的存在除了引起各子载波相关峰高度受频偏影响而下降外，还导致子载波相关峰矢量相位的旋转而无法做到全相干合并，因此需要对各子载波信号进行多普勒频偏和码相位偏移联合参数估计，并进行相应补偿，从而进一步实现子载波间的相干合并，达到避免子载波非/差分相干合并引入的平方损耗，消除非相干算法带来的信噪比损失，提升多载波直接序列扩频的捕获性能，实现多载波快速捕获的效果。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述各搜索单元上经多普勒频偏搜索后生成的信号，具体通过以下公式计算：
Figure 987319DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 178129DEST_PATH_IMAGE002
表示第
Figure 605700DEST_PATH_IMAGE003
个子载波的接收信号在第
Figure 808142DEST_PATH_IMAGE004
个搜索单元上经多普勒频偏搜 索后生成的信号；
Figure 623651DEST_PATH_IMAGE005
表示第
Figure 442703DEST_PATH_IMAGE003
个子载波的接收信号；
Figure 1860DEST_PATH_IMAGE006
表示欧拉公式中的虚数单位；
Figure 882310DEST_PATH_IMAGE007
表示第
Figure 212929DEST_PATH_IMAGE004
个搜索单元对应的多普勒频偏搜索量；
Figure 643910DEST_PATH_IMAGE008
表示时刻。
在本实施例中是对子载波多普勒频偏进行补偿的一种优选方式。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果，具体通过以下公式计算：
Figure 616545DEST_PATH_IMAGE029
上式中，
Figure 121476DEST_PATH_IMAGE010
表示在第
Figure 747629DEST_PATH_IMAGE004
个搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后第
Figure 39808DEST_PATH_IMAGE003
个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果；
Figure 612872DEST_PATH_IMAGE011
表示扩频比；
Figure 769047DEST_PATH_IMAGE012
表示码片持续时间；
Figure 769364DEST_PATH_IMAGE013
表示扩频码信号；
Figure 784724DEST_PATH_IMAGE014
表示第
Figure 928523DEST_PATH_IMAGE004
个搜索单元对应的码相位偏移搜索量。
在本实施例中，
Figure 345729DEST_PATH_IMAGE030
，可以看 出相关结果是有关多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量的函数；其为对子载波码相位偏 移进行补偿的一种优选方式。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述获取多普勒频偏/码相位 偏移二维搜索平面，具体为：基于星地相对运动速度、光速和射频中心频点，根据多普勒计 算公式计算最大多普勒频偏值
Figure 844844DEST_PATH_IMAGE015
；
设定多普勒频偏搜索范围为
Figure 81921DEST_PATH_IMAGE016
到
Figure 324683DEST_PATH_IMAGE031
，码相位偏移搜索范围为0到
Figure 596396DEST_PATH_IMAGE017
；其中，
Figure 437051DEST_PATH_IMAGE018
表 示扩频比；
按照预设的多普勒频偏搜索精度和码相位偏移搜索精度，对由多普勒频偏搜索范围和码相位偏移搜索范围围成的二维平面进行网格划分，得到包含多个搜索单元的多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面。
在本实施例中，多普勒计算公式
Figure 551637DEST_PATH_IMAGE032
；码相位偏移搜索步进不超过
Figure 207878DEST_PATH_IMAGE033
；其中，
Figure 724310DEST_PATH_IMAGE034
表示星地相对运动速度；
Figure 175014DEST_PATH_IMAGE035
表示光速；
Figure 776896DEST_PATH_IMAGE036
表示射频中心频点；
Figure 236828DEST_PATH_IMAGE022
表示子 载波总数，
Figure 607766DEST_PATH_IMAGE037
表示扩频频点；
可以想到的是，多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面的划分细致程度，直接影响了捕获的结果，以及捕获过程中的数据运算数量；需要按照实际应用环境选定多普勒频偏搜索精度和码相位偏移搜索精度，当然也可以由人工根据经验选定。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述预设的多普勒频偏搜索 精度为
Figure 787294DEST_PATH_IMAGE019
；所述预设码相位偏移搜索精度为码片持续时间与
Figure 486260DEST_PATH_IMAGE020
的乘积；
其中，
Figure 874516DEST_PATH_IMAGE021
表示符号速率；
Figure 975327DEST_PATH_IMAGE022
表示子载波的总数。
在本实施例中，给出了一种效果较佳的多普勒频偏搜索精度和码相位偏移搜索精度。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，具体为：
若多载波相干累加二维捕获结果中的相关峰的模平方大于捕获门限，则判定捕获成功；否则，判定捕获不成功。
在本实施例中，常规情况下多载波相干累加二维捕获结果只有一个相关峰（相关结果最大值），但在极端情况下，受传输噪声影响多载波相干累加二维捕获结果可能会出现多个峰，此时取最大相关结果作为相关峰；
在捕获过程中，为增加捕获的准确性，通常会基于多载波相干累加二维捕获结果相关峰进行捕获成功与否的判定，即本发明在多载波相干累加二维捕获结果相关峰模平方不小于捕获门限时，认定捕获成功；否则认定捕获不成功；在捕获不成功时需要重新执行捕获操作；
需要注意的是捕获门限，可以由具体应用环境下多次仿真确定。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果，具体为将所有子载波的二维捕获结果进行相加，即：
Figure 892467DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 344308DEST_PATH_IMAGE022
表示子载波的总数，
Figure 270676DEST_PATH_IMAGE039
表示多载波相干累加二维捕获结果中第
Figure 724529DEST_PATH_IMAGE004
个搜 索单元对应的相关结果，采用子载波相干累加的方式避免了子载波非相干合并或差分相干 合并引入的平方损耗，减少了系统信噪比损失，提升了多载波直接序列扩频的捕获性能，缩 短平均捕获时间。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施例，所述每一个子载波的接收信号，是按次序对接收端模拟信号进行A/D采集、下变频转换、正交解调和根升余弦匹配滤波之后得到的。
在本实施例中，快速准确的完成下变频和正交解调是实现接收信号同步的基础， 将经过A/D采集后得到的数字信号进行下变频实则是将数字信号从射频频点
Figure 15833DEST_PATH_IMAGE040
搬移至基频 频点（0频点），这一部分可以看成多载波直接序列扩频调制技术的射频调制部分的逆过程， 具体可以通过以下公式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
其中，
Figure 220549DEST_PATH_IMAGE042
表示经过下变频的基频信号；
Figure 685029DEST_PATH_IMAGE043
表示经过A/D采集后的数字信 号；
Figure 494853DEST_PATH_IMAGE044
表示欧拉公式中的虚数符号；
Figure 284954DEST_PATH_IMAGE045
表示射频频点；
同理，正交解调是对基频信号进行多载波解调的过程，是多载波调制的逆过程；正交解调是将基频信号与DDS（数字频率合成器）产生的各载频信号相乘，这里的各载频信号为分别与发射端的各载波频率一致的各载频信号；具体可以通过以下公式计算：
Figure 744011DEST_PATH_IMAGE046
其中，
Figure 887547DEST_PATH_IMAGE047
表示第
Figure 942091DEST_PATH_IMAGE048
个子载波信号的复基频信号；
Figure DEST_PATH_IMAGE049
表示第
Figure 309618DEST_PATH_IMAGE048
个子载波的载波频 率；
在本领域中，将各子载波信号的复基频信号带入根升余弦滤波器进行根升余弦匹配滤波，可以防止信号产生码间串扰的同时滤除其他子载波信号的干扰。需要注意的是根升余弦滤波器的滚降系数可以由具体应用环境下多次仿真确定。
第二方面，对本发明提供的相干多载波二维捕获装置进行描述，下文描述的相干多载波二维捕获装置与上文描述的相干多载波二维捕获方法可相互对应参照。图3示例了一种相干多载波二维捕获装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括：获取模块21、多普勒频偏/码相位偏移联合搜索模块22、相干合并模块23和捕获模块24；
其中，获取模块21用于获取多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面；其中，所述二维搜索平面中每一个搜索单元对应一个多普勒频偏搜索量和一个码相位偏移搜索量；多普勒频偏/码相位偏移联合搜索模块22用于对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果；其中，所述每一个子载波的二维捕获结果中包括各搜索单元上相互对应的经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果、多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量；相干合并模块23用于对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果；捕获模块24用于依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，并在判定捕获成功时将所述相关峰对应的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量分别作为子载波的多普勒频偏和码相位偏移。
本发明实施例提供的相干多载波二维捕获装置，具体执行上述各相干多载波二维捕获方法实施例流程，具体请详见上述各相干多载波二维捕获方法实施例的内容，在此不再赘述。本发明实施例提供的相干多载波二维捕获装置通过对多普勒频偏和码相位偏移的联合搜索，得到并行多路的二维捕获平面，通过对二维捕获平面的相干累加实现载波间全相干合并，进而实现载波间全相干合并，避免了子载波非相干合并或差分相干合并引入的平方损耗，提升了多载波直接序列扩频的捕获性能，缩短平均捕获时间；此外，通过采用全相干合并捕获方式，克服了非/差分相干合并捕获方式难以应对星地链路大动态和低信噪比环境的问题，进而达到接近单载波直接序列扩频的捕获性能的效果。
第三方面，图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器830通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行相干多载波二维捕获方法，该方法包括：获取多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面；其中，所述二维搜索平面中每一个搜索单元对应一个多普勒频偏搜索量和一个码相位偏移搜索量；对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果；其中，所述每一个子载波的二维捕获结果中包括各搜索单元上相互对应的经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果、多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量；对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果；依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，并在判定捕获成功时将所述相关峰对应的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量分别作为子载波的多普勒频偏和码相位偏移。
此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过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，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明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。
第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的相干多载波二维捕获方法，该方法包括：获取多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面；其中，所述二维搜索平面中每一个搜索单元对应一个多普勒频偏搜索量和一个码相位偏移搜索量；对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果；其中，所述每一个子载波的二维捕获结果中包括各搜索单元上相互对应的经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果、多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量；对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果；依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，并在判定捕获成功时将所述相关峰对应的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量分别作为子载波的多普勒频偏和码相位偏移。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种相干多载波二维捕获方法，其特征在于，包括：
获取多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面；其中，所述二维搜索平面中每一个搜索单元对应一个多普勒频偏搜索量和一个码相位偏移搜索量；
对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果；其中，所述每一个子载波的二维捕获结果中包括各搜索单元上相互对应的经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果、多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量；
对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果；
依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，并在判定捕获成功时将所述相关峰对应的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量分别作为子载波的多普勒频偏和码相位偏移；
所述对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果，具体为：
基于各搜索单元的多普勒频偏搜索量，对每一个子载波的接收信号进行多普勒频偏搜索，相应得到各搜索单元上经多普勒频偏搜索后生成的信号；
基于各搜索单元的码相位偏移搜索量，对所述生成的信号进行码相位偏移搜索，得到各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果；
利用各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果，以及各搜索单元的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量生成每一个子载波的二维捕获结果。
2.根据权利要求1所述的相干多载波二维捕获方法，其特征在于，所述各搜索单元上经多普勒频偏搜索后生成的信号，具体通过以下公式计算：
Figure 452647DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示第
Figure 792492DEST_PATH_IMAGE004
个子载波的接收信号在第
Figure DEST_PATH_IMAGE005
个搜索单元上经多普勒频偏搜索后 生成的信号；
Figure 163169DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 687691DEST_PATH_IMAGE004
个子载波的接收信号；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示欧拉公式中的虚数单位；
Figure 379703DEST_PATH_IMAGE008
表 示第
Figure 851136DEST_PATH_IMAGE005
个搜索单元对应的多普勒频偏搜索量；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示时刻。
3.根据权利要求2所述的相干多载波二维捕获方法，其特征在于，所述各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果，具体通过以下公式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
上式中，
Figure 984308DEST_PATH_IMAGE012
表示在第
Figure 945311DEST_PATH_IMAGE005
个搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后第
Figure 94926DEST_PATH_IMAGE004
个子 载波的接收信号与本地扩频码的相关结果；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示扩频比；
Figure 307733DEST_PATH_IMAGE014
表示码片持续时间；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表 示扩频码信号；
Figure 216783DEST_PATH_IMAGE016
表示第
Figure 958474DEST_PATH_IMAGE005
个搜索单元对应的码相位偏移搜索量。
4.根据权利要求1所述的相干多载波二维捕获方法，其特征在于，所述获取多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面，具体为：
基于星地相对运动速度、光速和射频中心频点，根据多普勒计算公式计算最大多普勒 频偏值
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
设定多普勒频偏搜索范围为
Figure 890658DEST_PATH_IMAGE018
到
Figure 500631DEST_PATH_IMAGE017
，码相位偏移搜索范围为0到
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；其中，
Figure 638089DEST_PATH_IMAGE020
表示扩 频比；
按照预设的多普勒频偏搜索精度和码相位偏移搜索精度，对由多普勒频偏搜索范围和码相位偏移搜索范围围成的二维平面进行网格划分，得到包含多个搜索单元的多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面。
5.根据权利要求4所述的相干多载波二维捕获方法，其特征在于，所述预设的多普勒频 偏搜索精度为
Figure DEST_PATH_IMAGE021
；所述预设码相位偏移搜索精度为码片持续时间与
Figure 612998DEST_PATH_IMAGE022
的乘积；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示符号速率；
Figure 501319DEST_PATH_IMAGE024
表示子载波的总数。
6.根据权利要求1所述的相干多载波二维捕获方法，其特征在于，所述依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，具体为：
若多载波相干累加二维捕获结果中的相关峰的模平方大于捕获门限，则判定捕获成功；否则，判定捕获不成功。
7.根据权利要求1所述的相干多载波二维捕获方法，其特征在于，所述对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果，具体为将所有子载波的二维捕获结果进行相加。
8.根据权利要求1所述的相干多载波二维捕获方法，其特征在于，所述每一个子载波的接收信号，是按次序对接收端模拟信号进行A/D采集、下变频转换、正交解调和根升余弦匹配滤波之后得到的。
9.一种相干多载波二维捕获装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取多普勒频偏/码相位偏移二维搜索平面；其中，所述二维搜索平面中每一个搜索单元对应一个多普勒频偏搜索量和一个码相位偏移搜索量；
多普勒频偏/码相位偏移联合搜索模块，用于对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果；其中，所述每一个子载波的二维捕获结果中包括各搜索单元上相互对应的经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果、多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量；
相干合并模块，用于对所有子载波的二维捕获结果进行相干累加，获得多载波相干累加二维捕获结果；
捕获模块，用于依据多载波相干累加二维捕获结果的相关峰判定捕获是否成功，并在判定捕获成功时将所述相关峰对应的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量分别作为子载波的多普勒频偏和码相位偏移；
所述对于每一个子载波信号的接收信号，分别在各搜索单元上进行多普勒频偏/码相位偏移联合搜索，确定每一个子载波的二维捕获结果，具体为：
基于各搜索单元的多普勒频偏搜索量，对每一个子载波的接收信号进行多普勒频偏搜索，相应得到各搜索单元上经多普勒频偏搜索后生成的信号；
基于各搜索单元的码相位偏移搜索量，对所述生成的信号进行码相位偏移搜索，得到各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果；
利用各搜索单元上经多普勒频偏/码相位偏移联合搜索后每一个子载波的接收信号与本地扩频码的相关结果，以及各搜索单元的多普勒频偏搜索量和码相位偏移搜索量生成每一个子载波的二维捕获结果。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述相干多载波二维捕获方法的步骤。
11.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述相干多载波二维捕获方法的步骤。
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