CN114785378A - 一种远距离交会对接微波雷达快速同步的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远距离交会对接微波雷达快速同步的系统与方法，远距离交会对接微波雷达快速同步系统包括：Q路单载波捕获模块(1)、Q路单载波跟踪模块(2)、I路伪码捕获模块(3)、I路跟踪模块(4)和仲裁模块(5)。本发明首先对Q路的单载波进行多普勒频率估计，然后利用载波跟踪环实现单载波信号多普勒频率的精确同步。在此基础上，采用基于FFT的伪码圆周相关捕获算法对I路伪码连续波信号的伪码相位进行快速估计，最后对I路伪码连续波信号进行精确跟踪。该方法可以有效解决低信噪比高动态条件下伪码连续波信号同步慢、难度大的问题，以较少的硬件资源快速实现载波和伪码的同步，便于工程实际应用。

Description

一种远距离交会对接微波雷达快速同步的系统与方法

技术领域

本发明涉及交会对接微波雷达快速同步领域，特别是一种远距离交会对接微波雷达快速同步的系统与方法。

背景技术

远距离交会对接微波雷达作用距离远，动态范围大，这就使得远距离交会对接微波雷达的接收信号信噪比较低，多普勒频率搜索范围较大。传统的伪码连续波的同步方法需要同时对伪码相位和多普勒频率进行搜索捕获，常用的捕获算法有滑动相关捕获算法、匹配滤波-FFT捕获算法和基于码相位域的FFT并行捕获算法。

滑动相关捕获算法运算量较大，捕获时间较长，最终同步时间较长；匹配滤波-FFT捕获算法能够实现多普勒的并行搜索和伪码的串行搜索，可以缩短捕获时间，但是该算法不适用于高动态的伪码连续波信号的捕获；基于码相位域的FFT并行捕获算法能够实现伪码的并行搜索和多普勒频率串行搜索，如果快速捕获低信噪比的伪码连续波信号，硬件资源消耗多，工程实现难度比较大。

发明内容

本发明目的在于提供一种远距离交会对接微波雷达快速同步的系统与方法，解决远距离交会对接微波雷达在高动态低信噪比的条件下同步慢以及工程实现难度大的问题。

本发明的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种远距离交会对接微波雷达快速同步系统，所述系统包括：Q路单载波捕获模块、Q路单载波跟踪模块、I路伪码捕获模块、I路跟踪模块以及仲裁模块，其中：

所述Q路单载波捕获模块，用于在启动标志有效的条件下，实现单载波信号多普勒频率的粗略估计，输出多普勒频率粗略估计值给Q路单载波跟踪模块，输出载波捕获标志给仲裁模块；

所述Q路单载波跟踪模块，用于根据单载波信号多普勒频率的粗略估计值，完成单载波信号多普勒频率精确同步，输出多普勒频率精确跟踪值给I路伪码捕获模块和I路跟踪模块，输出Q路环路锁定状态给仲裁模块；

所述I路伪码捕获模块，用于实现伪码连续波信号伪码相位的粗略估计，输出伪码相位粗略估计值给I路跟踪模块，输出伪码捕获标志给仲裁模块；

所述I路跟踪模块，用于根据伪码连续波信号伪码相位的粗略估计值，完成伪码连续波信号载波和伪码的精确同步并输出，输出I路环路锁定状态给仲裁模块；

所述仲裁模块，用于完成仲裁控制，输出启动标志给Q路单载波捕获模块。

在一个实施方式中，所述Q路单载波捕获模块，具体用于在启动信号有效的条件下，通过相位累加器产生本地载波信号，Q路数字中频信号与本地载波信号进行数字正交下变频，然后通过切比雪夫低通滤波器滤除高频部分；滤波后进行积累、抽取以及FFT处理，再经过平方检波器并进行M次非相干积累，最后通过判决逻辑判决是否捕获到信号；

若判决捕获到信号，则将载波捕获标志置为捕获成功状态，向Q路单载波跟踪模块输出多普勒频率粗略估计值；否则将载波捕获标志置为捕获失败状态；向仲裁模块输出载波捕获标志；启动标志无效时，Q路单载波捕获模块处于复位状态。

在一个实施方式中，所述Q路单载波跟踪模块，具体用于在Q路单载波捕获模块提供的多普勒频率粗略估计值的基础上，利用载波环完成多普勒频率的精确跟踪；载波环采用锁频环和锁相环串联的方式，由锁频环实现载波频率跟踪，锁相环实现精密载波相位跟踪；锁频环频率鉴别器采用四象限反正切鉴频方法，鉴别结果送入环路滤波器，滤波后的误差信号不断调整锁频环相位累加器，保持载波频率跟踪、锁定状态；对鉴别结果低通滤波，以判决锁频环路是否锁定；

锁相环相位鉴别器采用四象限反正切鉴相方法，鉴别结果送入环路滤波器，滤波后的误差信号不断调整锁相环相位累加器，保持载波相位的精确跟踪；对鉴别结果进行低通滤波，以判决锁相环路是否锁定；若判决锁频环和锁相环均锁定，则将Q路环路锁定状态置为锁定状态，向I路伪码捕获模块输出多普勒频率精确跟踪值；否则将Q路环路锁定状态置为失锁状态；向仲裁控制模块输出Q路环路锁定状态。

在一个实施方式中，所述I路伪码捕获模块，具体用于在Q路单载波跟踪模块提供的多普勒频率精确值的基础上，采用基于FFT的伪码圆周相关捕获算法进行伪随机码相位的捕获；

基于FFT的伪码圆周相关捕获算法具体工作过程为：接收I路数字中频信号，由Q路单载波跟踪模块提供的载波跟踪环辅助对I路数字中频信号进行数字正交下变频，然后通过低通滤波器滤除高频部分；为了降低采样率，进行N点平均，补零后进行FFT处理，之后与本地存储的伪码FFT的复共轭相乘，再做IFFT，得到接收信号与本地伪码的快速相关结果；由于信号能量较微弱，需进行相干积累来提高信噪比；完成后再经过非相参积累平滑噪声，最后通过判决逻辑判断是否捕获到信号；

若判决捕获到信号，则将伪码捕获标志置为捕获成功状态，向I路跟踪模块输出伪码相位粗略估计值；否则伪码捕获标志置为捕获失败状态；向仲裁模块输出伪码捕获标志。

在一个实施方式中，所述I路跟踪模块，具体用于在I路伪码捕获模块提供的伪码相位粗略估计值和Q路单载波跟踪模块提供的多普勒频率精确值的基础上，I路跟踪模块完成伪码连续波信号的载波及伪码的精确同步，其中，载波同步方法同Q路单载波跟踪模块中的载波环，而伪码同步采用伪码延迟锁定环，即码环；

码环以I路伪码捕获模块提供的伪码相位粗略估计值为基础进行伪码相位的精确跟踪，分别产生超前码片、即时、滞后码片三路伪码序列，得到三路积分清除结果；此三路积分清除结果采用归一化的点积功率鉴别算法进行伪码相位鉴别，鉴别结果经过环路滤波后与载波辅助量以及码速率固定偏置相加最终调整本地再生伪码发生器，完成对伪码相位的精确同步；由于码环接收载波跟踪环的载波辅助，基本上消除了码环的全部动态，采用简单的一阶环路滤波器；同时对伪码鉴别器的结果低通滤波，以判决伪码环路是否锁定，若判决伪码环路和载波环路均锁定，则将I路环路锁定标志置为锁定状态，输出多普勒频率和伪码相位精确跟踪值；否则将I路环路锁定标志置为失锁状态；向仲裁模块输出I路环路锁定标志。

在一个实施方式中，所述仲裁模块，具体用于接收Q路单载波捕获模块的载波捕获标志、Q路单载波跟踪模块的Q路环路锁定状态、I路伪码捕获模块的伪码捕获标志和I路跟踪模块的I路环路锁定状态，从而进行仲裁控制；当全局复位有效，或者判定Q路单载波捕获模块的载波捕获标志为捕获失败状态，或者Q路单载波跟踪模块的Q路环路锁定状态为失锁状态，或者I路伪码捕获模块的伪码捕获标志为捕获失败状态，或者I路跟踪模块的I路环路锁定状态为失锁状态，都需要将启动标志置为一段时间的无效状态，然后再置为有效状态，重新进行单载波捕获，远距离交会对接微波雷达重新开始同步。

第二方面，本发明公开一种远距离交会对接微波雷达快速同步方法，所述方法应用于上述第一方面所述的系统中，所述方法，包括：

所述Q路单载波捕获模块实现单载波信号多普勒频率的粗略估计，输出多普勒频率粗略估计值至所述Q路单载波跟踪模块；同时输出捕获标志至所述仲裁模块；

所述Q路单载波跟踪模块完成单载波信号多普勒频率精确同步，输出多普勒频率精确跟踪值至I路伪码捕获模块和I路跟踪模块，输出载波环锁定标志给仲裁模块；

所述I路伪码捕获模块实现伪码连续波信号伪码相位的粗略估计，输出伪码相位粗略估计值至I路跟踪模块，输出捕获标志至仲裁模块；

所述I路跟踪模块完成伪码连续波信号载波和伪码的精确同步并输出；

所述仲裁模块完成仲裁控制，输出启动标志至Q路单载波捕获模块。

在一个实施方式中，所述Q路单载波捕获模块实现单载波信号多普勒频率的粗略估计，输出多普勒频率粗略估计值至所述Q路单载波跟踪模块；具体包括：

所述Q路单载波捕获模块首先通过相位累加器产生本地载波信号，Q路数字中频信号与本地载波信号进行数字正交下变频，然后通过切比雪夫低通滤波器滤除高频部分；滤波后进行积累、抽取以及FFT处理，再经过平方检波器并进行M次非相干积累，最后通过判决逻辑判决是否捕获到信号；

若判决捕获失败，则仲裁模块控制Q路单载波捕获模块重新进行单载波捕获，远距离交会对接微波雷达重新开始同步；若捕获成功，则进入Q路单载波跟踪模块。

第三方面，提供一种计算装置，包括至少一个处理器以及至少一个存储器，其中，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器，用于读取存储器中的计算机程序，执行上述第二方面所述方法的任一步骤。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行上述第二方面所述方法的任一步骤。

本发明的有益技术效果是：

本发明先对Q路单载波信号进行多普勒频率的快速同步，然后对I路伪码连续波信号的伪码实现快速搜索，进而实现了远距离交会对接微波雷达的快速同步。该方法可以有效解决低信噪比高动态条件下伪码连续波信号同步慢、难度大的问题。Q路单载波信号的捕获算法和I路伪码连续波信号的捕获算法简单，能以较少的硬件资源实现载波和伪码的快速搜索，便于工程实际应用。

附图说明

图1一种远距离交会对接微波雷达快速同步系统的组成示意图。

1.Q路单载波捕获模块 2.Q路单载波跟踪模块 3.I路伪码捕获模块

4.I路跟踪模块 5.仲裁模块

具体实施方式

为了解决远距离交会对接微波雷达在高动态低信噪比的条件下同步慢以及工程实现难度大的问题，本发明实施例提供了一种远距离交会对接微波雷达快速同步的系统与方法。

本发明实施例中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，其为本发明实施例提供的一种远距离交会对接微波雷达快速同步系统的结构示意图，系统包括：Q路单载波捕获模块、Q路单载波跟踪模块、I路伪码捕获模块、I路跟踪模块以及仲裁模块，其中：

所述Q路单载波捕获模块，用于在启动标志有效的条件下，实现单载波信号多普勒频率的粗略估计，输出多普勒频率粗略估计值给Q路单载波跟踪模块，输出载波捕获标志给仲裁模块；

所述Q路单载波跟踪模块，用于根据单载波信号多普勒频率的粗略估计值，完成单载波信号多普勒频率精确同步，输出多普勒频率精确跟踪值给I路伪码捕获模块和I路跟踪模块，输出Q路环路锁定状态给仲裁模块；

所述I路伪码捕获模块，用于实现伪码连续波信号伪码相位的粗略估计，输出伪码相位粗略估计值给I路跟踪模块，输出伪码捕获标志给仲裁模块；

所述I路跟踪模块，用于根据伪码连续波信号伪码相位的粗略估计值，完成伪码连续波信号载波和伪码的精确同步并输出，输出I路环路锁定状态给仲裁模块；

所述仲裁模块，用于完成仲裁控制，输出启动标志给Q路单载波捕获模块。

具体实施时，所述Q路单载波捕获模块，具体用于在启动信号有效的条件下，通过相位累加器产生本地载波信号，Q路数字中频信号与本地载波信号进行数字正交下变频，然后通过切比雪夫低通滤波器滤除高频部分；滤波后进行积累、抽取以及FFT处理，再经过平方检波器并进行M次非相干积累，最后通过判决逻辑判决是否捕获到信号；

若判决捕获到信号，则将载波捕获标志置为捕获成功状态，向Q路单载波跟踪模块输出多普勒频率粗略估计值；否则将载波捕获标志置为捕获失败状态；向仲裁模块输出载波捕获标志；启动标志无效时，Q路单载波捕获模块处于复位状态。

具体实施时，所述Q路单载波跟踪模块，具体用于在Q路单载波捕获模块提供的多普勒频率粗略估计值的基础上，利用载波环完成多普勒频率的精确跟踪；载波环采用锁频环和锁相环串联的方式，由锁频环实现载波频率跟踪，锁相环实现精密载波相位跟踪；锁频环频率鉴别器采用四象限反正切鉴频方法，鉴别结果送入环路滤波器，滤波后的误差信号不断调整锁频环相位累加器，保持载波频率跟踪、锁定状态；对鉴别结果低通滤波，以判决锁频环路是否锁定；

锁相环相位鉴别器采用四象限反正切鉴相方法，鉴别结果送入环路滤波器，滤波后的误差信号不断调整锁相环相位累加器，保持载波相位的精确跟踪；对鉴别结果进行低通滤波，以判决锁相环路是否锁定；若判决锁频环和锁相环均锁定，则将Q路环路锁定状态置为锁定状态，向I路伪码捕获模块输出多普勒频率精确跟踪值；否则将Q路环路锁定状态置为失锁状态；向仲裁控制模块输出Q路环路锁定状态。

具体实施时，所述I路伪码捕获模块，具体用于在Q路单载波跟踪模块提供的多普勒频率精确值的基础上，采用基于FFT的伪码圆周相关捕获算法进行伪随机码相位的捕获；

基于FFT的伪码圆周相关捕获算法具体工作过程为：接收I路数字中频信号，由Q路单载波跟踪模块提供的载波跟踪环辅助对I路数字中频信号进行数字正交下变频，然后通过低通滤波器滤除高频部分；为了降低采样率，进行N点平均，补零后进行FFT处理，之后与本地存储的伪码FFT的复共轭相乘，再做IFFT，得到接收信号与本地伪码的快速相关结果；由于信号能量较微弱，需进行相干积累来提高信噪比；完成后再经过非相参积累平滑噪声，最后通过判决逻辑判断是否捕获到信号；

若判决捕获到信号，则将伪码捕获标志置为捕获成功状态，向I路跟踪模块输出伪码相位粗略估计值；否则伪码捕获标志置为捕获失败状态；向仲裁模块输出伪码捕获标志。

具体实施时，所述I路跟踪模块，具体用于在I路伪码捕获模块提供的伪码相位粗略估计值和Q路单载波跟踪模块提供的多普勒频率精确值的基础上，I路跟踪模块完成伪码连续波信号的载波及伪码的精确同步，其中，载波同步方法同Q路单载波跟踪模块中的载波环，而伪码同步采用伪码延迟锁定环，即码环；

码环以I路伪码捕获模块提供的伪码相位粗略估计值为基础进行伪码相位的精确跟踪，分别产生超前码片、即时、滞后码片三路伪码序列，得到三路积分清除结果；此三路积分清除结果采用归一化的点积功率鉴别算法进行伪码相位鉴别，鉴别结果经过环路滤波后与载波辅助量以及码速率固定偏置相加最终调整本地再生伪码发生器，完成对伪码相位的精确同步；由于码环接收载波跟踪环的载波辅助，基本上消除了码环的全部动态，采用简单的一阶环路滤波器；同时对伪码鉴别器的结果低通滤波，以判决伪码环路是否锁定，若判决伪码环路和载波环路均锁定，则将I路环路锁定标志置为锁定状态，输出多普勒频率和伪码相位精确跟踪值；否则将I路环路锁定标志置为失锁状态；向仲裁模块输出I路环路锁定标志。

具体实施时，所述仲裁模块，具体用于接收Q路单载波捕获模块的载波捕获标志、Q路单载波跟踪模块的Q路环路锁定状态、I路伪码捕获模块的伪码捕获标志和I路跟踪模块的I路环路锁定状态，从而进行仲裁控制；当全局复位有效，或者判定Q路单载波捕获模块的载波捕获标志为捕获失败状态，或者Q路单载波跟踪模块的Q路环路锁定状态为失锁状态，或者I路伪码捕获模块的伪码捕获标志为捕获失败状态，或者I路跟踪模块的I路环路锁定状态为失锁状态，都需要将启动标志置为一段时间的无效状态，然后再置为有效状态，重新进行单载波捕获，远距离交会对接微波雷达重新开始同步。

本发明先对Q路单载波信号进行多普勒频率的快速同步，然后对I路伪码连续波信号的伪码实现快速搜索，进而实现了远距离交会对接微波雷达的快速同步。该方法可以有效解决低信噪比高动态条件下伪码连续波信号同步慢、难度大的问题。Q路单载波信号的捕获算法和I路伪码连续波信号的捕获算法简单，能以较少的硬件资源实现载波和伪码的快速搜索，便于工程实际应用。

实施例2

一种远距离交会对接微波雷达快速同步的方法的具体步骤为：

第一步 搭建远距离交会对接微波雷达快速同步系统

远距离交会对接微波雷达快速同步系统，包括：Q路单载波捕获模块1、Q路单载波跟踪模块2、I路伪码捕获模块3、I路跟踪模块4和仲裁模块5。

Q路单载波捕获模块1实现单载波信号多普勒频率的粗略估计，输出多普勒频率粗略估计值与Q路单载波跟踪模块2的输入端连接，输出捕获标志与仲裁模块5的输入端连接；Q路单载波跟踪模块2完成单载波信号多普勒频率精确同步，输出多普勒频率精确跟踪值与I路伪码捕获模块3和I路跟踪模块4的输入端连接，输出载波环锁定标志与仲裁模块5的输入端连接；I路伪码捕获模块3实现伪码连续波信号伪码相位的粗略估计，输出伪码相位粗略估计值与I路跟踪模块4的输入端连接，输出捕获标志与仲裁模块5的输入端连接；仲裁模块5完成仲裁控制，输出启动标志与Q路单载波捕获模块1的输入端连接。

第二步 Q路单载波捕获模块1实现单载波信号多普勒频率的粗略估计

Q路单载波捕获模块1通过相位累加器产生本地载波信号，Q路数字中频信号与本地载波信号进行数字正交下变频，然后通过切比雪夫低通滤波器滤除高频部分。滤波后进行积累、抽取以及FFT处理，再经过平方检波器并进行M次非相干积累，最后通过判决逻辑判决是否捕获到信号。若判决捕获失败，则仲裁模块5控制Q路单载波捕获模块1重新进行单载波捕获，远距离交会对接微波雷达重新开始同步；若捕获成功，则进入Q路单载波跟踪模块2。

第三步 Q路单载波跟踪模块2完成单载波信号多普勒频率精确同步

在Q路单载波捕获模块1提供的多普勒频率粗略估计值的基础上，Q路单载波跟踪模块2利用载波环完成多普勒频率的精确跟踪。载波环采用锁频环和锁相环串联的方式，由锁频环消除大部分动态，锁相环实现精密载波相位跟踪。锁频环频率鉴别器采用四象限反正切鉴频方法，鉴别结果送入环路滤波器，滤波后的误差信号不断调整锁频环相位累加器，保持载波频率跟踪、锁定状态；对鉴别结果低通滤波，以判决锁频环路是否锁定。锁相环相位鉴别器采用四象限反正切鉴相方法，鉴别结果送入环路滤波器，滤波后的误差信号不断调整锁相环相位累加器，保持载波相位的精确跟踪；对鉴别结果进行低通滤波，以判决锁相环路是否锁定。若判决载波环失锁，则仲裁模块5控制Q路单载波捕获模块1重新进行单载波捕获，远距离交会对接微波雷达重新开始同步；若判决载波环锁定，则进入I路伪码捕获模块3。

第四步 I路伪码捕获模块3实现伪码连续波信号伪码相位的粗略估计

在Q路单载波跟踪模块2提供的多普勒频率精确值的基础上，I路伪码捕获模块3采用基于FFT的伪码圆周相关捕获算法进行伪随机码相位的捕获。

基于FFT的伪码圆周相关捕获算法具体工作过程为：接收I路数字中频信号，由Q路单载波跟踪模块2提供的载波跟踪环辅助对I路数字中频信号进行数字正交下变频，然后通过低通滤波器滤除高频部分。为了降低采样率，进行N点平均，补零后进行FFT处理，之后与本地存储的伪码FFT的复共轭相乘，再做IFFT，得到接收信号与本地伪码的快速相关结果。由于信号能量较微弱，需进行相干积累来提高信噪比。完成后再经过非相参积累平滑噪声，最后通过判决逻辑判断是否捕获到信号。若判决捕获失败，则仲裁模块5控制Q路单载波捕获模块1重新进行单载波捕获，远距离交会对接微波雷达重新开始同步；若捕获成功，则进入I路跟踪模块4。

第五步 I路跟踪模块4完成伪码连续波信号载波和伪码的精确同步

在I路伪码捕获模块3提供的伪码相位粗略估计值和Q路单载波跟踪模块2提供的多普勒频率精确值的基础上，I路跟踪模块4完成伪码连续波信号的载波及伪码的精确同步。其中，载波同步方法同Q路单载波跟踪模块2中的载波环。而伪码同步采用伪码延迟锁定环(以下简称码环)。

码环以I路伪码捕获模块3提供的伪码相位粗略估计值为基础进行伪码相位的精确跟踪，分别产生超前码片、即时、滞后码片三路伪码序列。此三路积分清除结果采用归一化的点积功率鉴别算法进行伪码相位鉴别，鉴别结果经过环路滤波后与载波辅助量以及码速率固定偏置相加最终调整本地再生伪码发生器，完成对伪码相位的精确同步。由于码环接收载波跟踪环的载波辅助，消除了码环的大部分动态，可以采用简单的一阶环路滤波器。同时对伪码鉴别器的结果低通滤波，以判决伪码环路是否锁定。若判决失锁，则仲裁模块5控制Q路单载波捕获模块1重新进行单载波捕获，远距离交会对接微波雷达重新开始同步；若判决锁定，则输出多普勒频率和伪码相位精确跟踪值。

第六步 仲裁模块5完成仲裁控制

Q路单载波捕获模块1的捕获标志、Q路单载波跟踪模块2的锁定标志、I路伪码捕获模块3的捕获标志和I路跟踪模块4的锁定标志输入至仲裁模块5进行仲裁控制。如果判定Q路单载波捕获模块1的捕获标志为捕获失败状态，或者Q路单载波跟踪模块2的锁定标志为失锁状态，或者I路伪码捕获模块3的捕获标志为捕获失败状态，或者I路跟踪模块4的锁定标志为失锁状态，都需重新进行单载波捕获，重新启动同步流程。

本发明先对Q路单载波信号进行多普勒频率的快速同步，然后对I路伪码连续波信号的伪码实现快速搜索，进而实现了远距离交会对接微波雷达的快速同步。该方法可以有效解决低信噪比高动态条件下伪码连续波信号同步慢、难度大的问题。Q路单载波信号的捕获算法和I路伪码连续波信号的捕获算法简单，能以较少的硬件资源实现载波和伪码的快速搜索，便于工程实际应用。

本发明公开了一种远距离交会对接微波雷达快速同步的系统与方法，远距离交会对接微波雷达快速同步系统包括：Q路单载波捕获模块、Q路单载波跟踪模块、I路伪码捕获模块和I路跟踪模块。本发明首先对Q路的单载波进行多普勒频率估计，然后利用载波跟踪环实现单载波信号多普勒频率的精确同步。在此基础上，采用基于FFT的伪码圆周相关捕获算法对I路伪码连续波信号的伪码相位进行快速估计，最后对I路伪码连续波信号进行精确跟踪。该方法可以有效解决低信噪比高动态条件下伪码连续波信号同步慢、难度大的问题，以较少的硬件资源快速实现载波和伪码的同步，便于工程实际应用。

为了描述的方便，以上各部分按照功能模块划分为各模块(或单元)分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块(或单元)的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

基于相同的技术构思，本发明提供了一种计算装置，包括至少一个处理器以及至少一个存储器，其中，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器，用于读取存储器中的计算机程序，执行一种远距离交会对接微波雷达快速同步的方法。

基于相同的技术构思，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行一种远距离交会对接微波雷达快速同步的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种远距离交会对接微波雷达快速同步系统，其特征在于，所述系统包括：Q路单载波捕获模块、Q路单载波跟踪模块、I路伪码捕获模块、I路跟踪模块以及仲裁模块，其中：

所述Q路单载波捕获模块，用于在启动标志有效的条件下，实现单载波信号多普勒频率的粗略估计，输出多普勒频率粗略估计值给Q路单载波跟踪模块，输出载波捕获标志给仲裁模块；

所述Q路单载波跟踪模块，用于根据单载波信号多普勒频率的粗略估计值，完成单载波信号多普勒频率精确同步，输出多普勒频率精确跟踪值给I路伪码捕获模块和I路跟踪模块，输出Q路环路锁定状态给仲裁模块；

所述I路伪码捕获模块，用于实现伪码连续波信号伪码相位的粗略估计，输出伪码相位粗略估计值给I路跟踪模块，输出伪码捕获标志给仲裁模块；

所述I路跟踪模块，用于根据伪码连续波信号伪码相位的粗略估计值，完成伪码连续波信号载波和伪码的精确同步并输出，输出I路环路锁定状态给仲裁模块；

所述仲裁模块，用于完成仲裁控制，输出启动标志给Q路单载波捕获模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述Q路单载波捕获模块，具体用于在启动信号有效的条件下，通过相位累加器产生本地载波信号，Q路数字中频信号与本地载波信号进行数字正交下变频，然后通过切比雪夫低通滤波器滤除高频部分；滤波后进行积累、抽取以及FFT处理，再经过平方检波器并进行M次非相干积累，最后通过判决逻辑判决是否捕获到信号；

若判决捕获到信号，则将载波捕获标志置为捕获成功状态，向Q路单载波跟踪模块输出多普勒频率粗略估计值；否则将载波捕获标志置为捕获失败状态；向仲裁模块输出载波捕获标志；启动标志无效时，Q路单载波捕获模块处于复位状态。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述Q路单载波跟踪模块，具体用于在Q路单载波捕获模块提供的多普勒频率粗略估计值的基础上，利用载波环完成多普勒频率的精确跟踪；载波环采用锁频环和锁相环串联的方式，由锁频环实现载波频率跟踪，锁相环实现精密载波相位跟踪；锁频环频率鉴别器采用四象限反正切鉴频方法，鉴别结果送入环路滤波器，滤波后的误差信号不断调整锁频环相位累加器，保持载波频率跟踪、锁定状态；对鉴别结果低通滤波，以判决锁频环路是否锁定；

锁相环相位鉴别器采用四象限反正切鉴相方法，鉴别结果送入环路滤波器，滤波后的误差信号不断调整锁相环相位累加器，保持载波相位的精确跟踪；对鉴别结果进行低通滤波，以判决锁相环路是否锁定；若判决锁频环和锁相环均锁定，则将Q路环路锁定状态置为锁定状态，向I路伪码捕获模块输出多普勒频率精确跟踪值；否则将Q路环路锁定状态置为失锁状态；向仲裁控制模块输出Q路环路锁定状态。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述I路伪码捕获模块，具体用于在Q路单载波跟踪模块提供的多普勒频率精确值的基础上，采用基于FFT的伪码圆周相关捕获算法进行伪随机码相位的捕获；

基于FFT的伪码圆周相关捕获算法具体工作过程为：接收I路数字中频信号，由Q路单载波跟踪模块提供的载波跟踪环辅助对I路数字中频信号进行数字正交下变频，然后通过低通滤波器滤除高频部分；为了降低采样率，进行N点平均，补零后进行FFT处理，之后与本地存储的伪码FFT的复共轭相乘，再做IFFT，得到接收信号与本地伪码的快速相关结果；由于信号能量较微弱，需进行相干积累来提高信噪比；完成后再经过非相参积累平滑噪声，最后通过判决逻辑判断是否捕获到信号；

若判决捕获到信号，则将伪码捕获标志置为捕获成功状态，向I路跟踪模块输出伪码相位粗略估计值；否则伪码捕获标志置为捕获失败状态；向仲裁模块输出伪码捕获标志。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述I路跟踪模块，具体用于在I路伪码捕获模块提供的伪码相位粗略估计值和Q路单载波跟踪模块提供的多普勒频率精确值的基础上，I路跟踪模块完成伪码连续波信号的载波及伪码的精确同步，其中，载波同步方法同Q路单载波跟踪模块中的载波环，而伪码同步采用伪码延迟锁定环，即码环；

码环以I路伪码捕获模块提供的伪码相位粗略估计值为基础进行伪码相位的精确跟踪，分别产生超前码片、即时、滞后码片三路伪码序列，得到三路积分清除结果；此三路积分清除结果采用归一化的点积功率鉴别算法进行伪码相位鉴别，鉴别结果经过环路滤波后与载波辅助量以及码速率固定偏置相加最终调整本地再生伪码发生器，完成对伪码相位的精确同步；由于码环接收载波跟踪环的载波辅助，基本上消除了码环的全部动态，采用简单的一阶环路滤波器；同时对伪码鉴别器的结果低通滤波，以判决伪码环路是否锁定，若判决伪码环路和载波环路均锁定，则将I路环路锁定标志置为锁定状态，输出多普勒频率和伪码相位精确跟踪值；否则将I路环路锁定标志置为失锁状态；向仲裁模块输出I路环路锁定标志。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述仲裁模块，具体用于接收Q路单载波捕获模块的载波捕获标志、Q路单载波跟踪模块的Q路环路锁定状态、I路伪码捕获模块的伪码捕获标志和I路跟踪模块的I路环路锁定状态，从而进行仲裁控制；当全局复位有效，或者判定Q路单载波捕获模块的载波捕获标志为捕获失败状态，或者Q路单载波跟踪模块的Q路环路锁定状态为失锁状态，或者I路伪码捕获模块的伪码捕获标志为捕获失败状态，或者I路跟踪模块的I路环路锁定状态为失锁状态，都需要将启动标志置为一段时间的无效状态，然后再置为有效状态，重新进行单载波捕获，远距离交会对接微波雷达重新开始同步。

7.一种远距离交会对接微波雷达快速同步方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1～6任一权利要求所述的系统中，所述方法，包括：

所述Q路单载波捕获模块实现单载波信号多普勒频率的粗略估计，输出多普勒频率粗略估计值至所述Q路单载波跟踪模块；同时输出捕获标志至所述仲裁模块；

所述Q路单载波跟踪模块完成单载波信号多普勒频率精确同步，输出多普勒频率精确跟踪值至I路伪码捕获模块和I路跟踪模块，输出载波环锁定标志给仲裁模块；

所述I路伪码捕获模块实现伪码连续波信号伪码相位的粗略估计，输出伪码相位粗略估计值至I路跟踪模块，输出捕获标志至仲裁模块；

所述I路跟踪模块完成伪码连续波信号载波和伪码的精确同步并输出；

所述仲裁模块完成仲裁控制，输出启动标志至Q路单载波捕获模块。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述Q路单载波捕获模块实现单载波信号多普勒频率的粗略估计，输出多普勒频率粗略估计值至所述Q路单载波跟踪模块；具体包括：

所述Q路单载波捕获模块首先通过相位累加器产生本地载波信号，Q路数字中频信号与本地载波信号进行数字正交下变频，然后通过切比雪夫低通滤波器滤除高频部分；滤波后进行积累、抽取以及FFT处理，再经过平方检波器并进行M次非相干积累，最后通过判决逻辑判决是否捕获到信号；

若判决捕获失败，则仲裁模块控制Q路单载波捕获模块重新进行单载波捕获，远距离交会对接微波雷达重新开始同步；若捕获成功，则进入Q路单载波跟踪模块。

9.一种计算装置，其特征在于，包括至少一个处理器以及至少一个存储器，其中，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器，用于读取存储器中的计算机程序，执行权利要求7～8任一权利要求所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行权利要求7～8任一权利要求所述的方法。

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