CN117060985A - 一种船载双天线pcma系统信号重捕方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船载双天线PCMA系统信号重捕方法及装置，具体为启动PCMA解调器的搜索模块，搜索信号；启动同步模块，基于同步模块中的信号，进行通信；启动重捕模块，获取同步模块中的本地信号与PCMA混合信号，分析所述本地信号与PCMA混合信号，得到第一信号质量值；分析所述第一信号质量值，判断所述信号是否出错；重捕模块从搜索模块和同步模块中获取捕获延迟量M和延迟量调整△M，从捕获前端获取相应的本地信号与PCMA混合信号得到第二信号质量值；根据第一信号质量值和第二信号质量值，判断是否符合通信要求。本发明通过信号质量选择不同的检测长度和方法，重捕信号，以最小的代价保持或恢复通信。

Description

一种船载双天线PCMA系统信号重捕方法及装置

技术领域

本发明涉及信号检测领域，尤其是一种船载双天线PCMA系统信号的重捕方法及装置。

背景技术

成对载波多址（PCMA：Paired Carrier Multiple Access）复用技术是由美国ViaSat公司于1998年提出。由于其具有节省带宽资源、保密性强，并对系统的误码性能仅有极少影响的特点，PCMA技术在卫星通信中被广泛采用。

PCMA卫星通信系统在工作中，由于参数的估计、信号的同步往往是在低信噪比下进行。以无噪声、且功率对称PCMA卫星通信系统为例，此刻PCMA解调器工作在0db处。在实际通信过程中由于噪声和端站功率不对称问题，信噪比可能低至-12db左右。同时，两组天线单元是独立的，在天线切换时刻（PCMA解调器无法通过其他渠道获得切换时刻信息），解调器必定会失步。一方面由于噪声太大，使得检测结果波动较大；另一方面由于用户体验感，使得检测速度要高；此外该应用场景也确实出现信道失步的情况。在船载双天线PCMA通信系统运行过程中，主要有如下几种情况导致信道失步：解调器因为噪声的原因，有极低的概率出现捕获错误或同步错误；天线因为遮挡或其他原因出现短时间工作不正常，而卫星在此期间的多普勒运动导致的信道变化不可预知，导致失步；双天线切换过程中，因为时钟不同源，频偏发生较大变化，导致失步的；双天线切换过程中，因为信号的突变或短时间无信号，同步模块异常，导致失步的。因此，设计一种稳定可靠的信号重捕方法是很符合实际需求的。

发明内容

发明目的：提供一种船载双天线PCMA系统信号重捕方法及装置，以解决上述问题。

技术方案：一种船载双天线PCMA系统信号的重捕方法，具体包括：

S1、启动PCMA解调器的搜索模块，搜索信号；

S2、启动同步模块，基于同步模块中的信号，进行通信；

S3、启动重捕模块，获取同步模块中的本地信号与PCMA混合信号，分析所述本地信号与PCMA混合信号，得到第一信号质量值；

S4、分析所述第一信号质量值，判断所述信号是否出错，如果出错，执行步骤S5；否则重复步骤S3；

S5、重捕模块从搜索模块和同步模块中获取捕获延迟量M和延迟量调整△M，基于捕获延迟量M和延迟量调整△M，从捕获前端获取相应的本地信号与PCMA混合信号；

S6、分析从捕获前端获取的本地信号与PCMA混合信号，得到第二信号质量值；

S7、根据第一信号质量值和第二信号质量值，判断是否符合通信要求，如果符合，则估算频率偏移，正常通信或校正频率偏移后再正常通信，重复步骤S3；如果不符合，输出系统复位信号。

根据本申请的一个方面，步骤S1具体为：

S11、启动搜索模块，根据设备输入参数，初始化搜索模块的参数；

S12、预定时间窗口，将时间窗口等分为预定个数时隙，选定所述预定个数时隙的中值作为信号区间，采集信号区间内的数据，得到采样点；

S13、判断时间窗口内的采样点数是否大于第一阈值，当时间窗口内的采样点数小于第一阈值时，对采样点数填充至第一阈值；当时间窗口内的采样点数大于第一阈值且小于第二阈值时，对信号进行分区间搜索，采样点不足第一阈值的部分填充至第一阈值；当时间窗口内的采样点数大于第二阈值时，对信号进行抽取，采用了可变速率抽取器，将时间窗口内的点数抽取至小于第二阈值；将转变过采样点的信号区间内的数据进行快速傅里叶变换，使其转换成频域表示；

S14、取预定值个本地信号序列，对预定值个本地信号进行倍数插值，得到倍数插值后的本地信号，对倍数插值后的本地信号的尾部补零至第一阈值，对补零后的本地信号做快速傅里叶变换；

S15、取S13、S14的快速傅里叶变换结果，共轭复乘进行快速傅里叶逆变换，使其转换成时域表示；

S16、在时域表示中搜索峰值，判断所述峰值是否大于设定阈值，若所述峰值大于设定阈值，则搜索成功，转步骤S17，若所述峰值小于设定阈值，转步骤S18;

S17、记录搜索成功时的信号区间，判断该次搜索是否经过抽取处理，如果信号为未抽取信号，则确定信号的到达时刻；否则转S12；

S18、判断所述信号区间是否是最后一个区间，若是最后一个区间，则转步骤S11，若不是最后一个区间，则在所述信号区间附近重新选定信号区间，采集重新选定的信号区间内的数据，转步骤S13。

根据本申请的一个方面，步骤S12的预定时间窗口具体为:

S121、根据预设条件，确定时间窗口，计算窗口区内的样本点数，采集待搜索信号的样本数据；

S122、根据样本点数的不同，选择不同的搜索方式；

S123、基于样本数据建立一个概率模型，用来描述待搜索信号在不同时间窗口内出现的概率分布；

S124、基于概率模型选择出现概率最大的时间窗口作为优先搜索对象。

根据本申请的一个方面，步骤S7中估算频率偏移具体为：

S71、基于从端站传输的信号和从卫星接收的信号，生成辅助数据序列；

S72、计算所述辅助数据序列的自相关；

S73、在自相关序列上执行离散傅立叶变换，找到峰值；

S74、根据所述峰值及其相应的频率指数估算频率偏移。

根据本申请的一个方面，还包括使用盲估计方法将步骤S71中的从卫星接收的信号恢复为从端站传输的信号，具体步骤为：

S711、使用滑动窗口技术将从卫星接收的信号分段；

S712、基于分段的信号，计算功率谱并找到其峰值；

S713、根据所述峰值及其对应的频率指数估算从端站传输的信号。

根据本申请的一个方面，步骤S7中估算频率偏移具体为：

S7a、基于本地信号与PCMA混合信号，生成辅助数据序列；

S7b、计算所述辅助数据序列的自相关；

S7c、在自相关序列上执行分数傅里叶变换，找到峰值；

S7d、根据所述峰值及其对应的分数频率指数估算频率偏移。

根据本申请的一个方面，船载双天线PCMA系统信号的重捕装置，具体包括：

搜索模块，用于搜索信号，输出捕获延迟量和信号区间；

同步模块，接收来自搜索模块的信号，用于搜索的信号进行同步处理，输出同步后的信号和延迟量调整；

抵消模块，接收来自同步模块的信号，用于对同步后的信号进行抵消处理，消除本地信号对目标信号的干扰，输出抵消后的信号；

重捕模块，接收来自同步模块和搜索模块的信号，用于对信号进行重捕处理，检测信号是否出现异常或失步，根据情况进行恢复或复位，输出系统复位信号或频率偏移估计。

有益效果：本发明通过不同的信号质量选择不同的检测长度和方法，判断信道是否失步以及失步的原因，重捕信号，以最小的代价保持或恢复通信。

附图说明

图1为PCMA信号传输示意图。

图2为船载PCMA卫星设备安装图。

图3为PCMA卫星信号处理流程示意图。

图4为PCMA解调器各模块信号传输关系图。

图5为船载双天线PCMA系统信号重捕流程图。

图6为实施例一的不同位置信号的频谱特征图。

图7为实施例二的不同位置信号的频谱特征图。

图8为实施例三的不同位置信号的频谱特征图。

图9为实施例四的频谱特征图。

图10为实施例五的频谱特征图。

具体实施方式

成对载波多址（PCMA：Paired Carrier Multiple Access）复用技术是由美国ViaSat公司于1998年提出。由于其具有节省带宽资源、保密性强，并对系统的误码性能仅有极少影响的特点，PCMA技术在卫星通信中被广泛采用。

如图1所示，在卫星通信过程中，站型1、站型2发射信号分别为y1(t)和y2(t)，而接收信号为y1(t)+y2(t)。y1(t)、y2(t)是在同一空间、时间和频率发射的信号，而接收机如果采用传统的解调方式是无法进行通信的。由于本站的发射序列是已知的，因此采用PCMA复用技术就可以解决这样条件下的通信问题。在工程应用中，产品常采用非对称协作通信方式的PCMA复用技术。在通信过程中，发射端序列是已知的，而整个卫星链路的延迟、衰减和噪声是未知的，在工程设计过程中，PCMA卫星设备需要从卫星接收信号中抵消掉本地信号的分量。

本发明聚焦PCMA卫星通信系统中解调信号质量的评价。PCMA卫星通信系统在工作中，由于参数的估计、信号的同步往往是在低信噪比下进行。以无噪声、且功率对称PCMA卫星通信系统为例，此刻PCMA解调器工作在0db处。在实际通信过程中由于噪声和端站功率不对称问题，信噪比可能低至-12db左右。同时，两组天线单元是独立的，在天线切换时刻（PCMA解调器无法通过其他渠道获得切换时刻信息），解调器必定会失步。一方面由于噪声太大，使得检测结果波动较大；另一方面由于用户体验感，使得检测速度要高；此外该应用场景也确实出现信道失步的情况。

舰船的天线安装位置如图2所示，舰船的中间位置有桅杆和船舱遮挡，当卫星的位置位于舰船右侧时，左侧天线无法正常对星；反之亦然。当舰船在海上航行进行转向时，天线通过对星强度值进行自动切换。由于两组天线独立馈钟、馈电，当天线进行切换时，基带信号的参数会有较大变化，导致PCMA通信终端解调不正常，以至通信失败；此外由于其它操作和信号检测有极低出错的情况，解调器必须有自我修复能力。本发明提供了一种船载双天线PCMA系统信号的重捕方法，具体为：

S1、启动PCMA解调器的搜索模块，搜索信号。

搜索信号时，聚焦PCMA卫星通信系统信号解调中的延迟估计模块，其在信号解调处理的位置如图3所示。延迟τ的估计是接收端信号处理的第一步，决定了后续的解调是否能正常。同时，由于卫星链路状况不明，τ的估计具有搜索范围广，计算量大，处理时间长的特点，十分影响用户的体验感。延迟τ的估计往往需要通过卫星的参数和卫星设备所在地的经纬度估计出大概延迟值，然后通过信号处理方法，精确获得星地延迟。当外部参数给的越精确，信号处理的方法越简单，但在实际使用过程中，由于外部条件制约，往往给出的估计值有较大误差，因此信号延迟τ的估计往往变得复杂。

S11、启动搜索模块，根据设备输入参数，初始化搜索模块的参数。

具体操作为当外部设备接入GPS信号时，设备初始化为快速同步模式；若是通过界面参数配置，设备初始化为标准同步模式；若是无外部参数辅助或外部信息无法同步时，设备初始化为模糊同步模式。

S12、预定时间窗口，将时间窗口等分为预定个数时隙，选定所述预定个数时隙的中值作为信号区间，采集信号区间内的数据，得到采样点。

在进一步的实施例中，设定其中时间窗口的预定参数为：快速同步模式：6us；标准同步模式：2ms；模糊同步模式：36ms。在快速同步模式下，高精度GPS定位误差在几米左右，而普通定位误差也不超过几百米，因此6us的时间窗口足够；标准同步模式下，手动输入的经纬度可能误差较大，但通常不超过100km~200km，2ms的时间窗口也足够。而模糊同步模式时，由于解调器获得不到任何位置信息，因此以北纬45°（南纬45°）的中值逐步向两极和赤道方向搜索，两极到赤道的延迟差不大于36ms。搜索窗口的中值可以通过星地延迟公式计算。延迟估计最终要达到延迟计算值与真值误差不大于0.5Ts，其中Ts为符号周期，Ts=1/Rb。而数字信号处理是基于采样率的基础上，并与Rb有关联，而Rb在解调器端是可以通过通信参数获得。

进一步的，当Rb为40Msps时，采用中星6D卫星作为转发器、地理位置为南京。采用快速同步时，采样率为4*Rb，时间窗口的中值为246.3ms，时间窗口为246.297ms-246.303ms，对应窗口内的采样点数为960；采用标准同步时，采样率为4*Rb，时间窗口的中值为246.3ms，时间窗口为245.3ms-247.3ms，对应窗口内的采样点数为320k；采用模糊同步时，采样率为4*Rb，时间窗口的中值为256ms，时间窗口为238ms-274ms，对应窗口内的采样点数为5760k;当Rb参数可以获得时，三种模式对应的点数为6us*4*Rb、2ms*4*Rb、36ms*4*Rb，当Rb未知时，取Rb=40Msps。

其中预定时间窗口具体为:

S121、根据预设条件，确定时间窗口，计算窗口区内的样本点数，采集待搜索信号的样本数据；

S122、根据样本点数的不同，选择不同的搜索方式；

S123、基于样本数据建立一个概率模型，用来描述待搜索信号在不同时间窗口内出现的概率分布；

S124、基于概率模型选择出现概率最大的时间窗口作为优先搜索对象。

其中预定个数时隙为N个时隙，其中N≤8。

S13、判断时间窗口内的采样点数是否大于4096，当时间窗口内的采样点数小于4096时，对采样点数填充至4096；当时间窗口内的采样点数大于4096且小于4096*8时，对信号进行分区间搜索，采样点不足4096的部分填充至4096；当时间窗口内的采样点数大于4096*8时，对信号进行抽取，采用了可变速率抽取器，将时间窗口内的点数抽取至小于4096*8；将转变过采样点的信号区间内的数据进行快速傅里叶变换，使其转换成频域表示。

当模糊同步模式确定了第一次搜索后，样本点数会大幅度降低，在第二次搜索时，时间窗口必定落在快速同步或标准同步的时间窗口内。因此当S7状态转移过来时，不再进入模糊同步模式。

S14、取本地信号序列512个，对本地信号进行4倍插值，得到2048个点，对本地信号尾部补零至4096个点，对补零后的本地信号做快速傅里叶变换。

S15、取S13、S14的快速傅里叶变换结果，共轭复乘进行快速傅里叶逆变换，使其转换成时域表示。

S16、在时域表示中搜索峰值，判断所述峰值是否大于设定阈值，若所述峰值大于设定阈值，则搜索成功，转步骤S17，若所述峰值小于设定阈值，转步骤S18。

S17、记录搜索成功时的信号区间，判断该次搜索是否经过抽取处理，如果信号为未抽取信号，则确定信号的到达时刻；否则转S12。

S18、判断所述信号区间是否是最后一个区间，若是最后一个区间，则转步骤S11，若不是最后一个区间，则在所述信号区间附近重新选定信号区间，采集重新选定的信号区间内的数据，转步骤S13。

S2、启动同步模块，基于同步模块中的信号，进行通信。

S3、启动重捕模块，获取同步模块中的本地信号与PCMA混合信号，分析所述本地信号与PCMA混合信号，得到第一信号质量值。

S4、分析所述第一信号质量值，判断所述信号是否出错，如果出错，执行步骤S5；否则重复步骤S3。

S5、重捕模块从搜索模块和同步模块中获取捕获延迟量M和延迟量调整△M，基于捕获延迟量M和延迟量调整△M，从捕获前端获取相应的本地信号与PCMA混合信号。

S6、分析从捕获前端获取的本地信号与PCMA混合信号，得到第二信号质量值。

S7、根据第一信号质量值和第二信号质量值，判断是否符合通信要求，如果符合，则估算频率偏移，正常通信或校正频率偏移后再正常通信，重复步骤S3；如果不符合，输出系统复位信号。

估算频率偏移具体为：

S71、基于从端站传输的信号和从卫星接收的信号，生成辅助数据序列。

辅助数据序列是通过将端站传输的信号和卫星接收的信号相乘而得到的。局部样品序列是从站点传输的信号，混合信号是从卫星接收的信号，它包含信号和来自另一个端站的干扰信号，通过相乘，得到一个包含了信号和干扰信号之间频率偏移信息的辅助数据序列。频率偏移是指信号和干扰信号的频率之差，可能是由多普勒效应、时钟误差或通道失真等原因造成的。

S72、计算所述辅助数据序列的自相关。

自相关是一种度量辅助数据序列在不同时间延迟下的相似程度的方法。时间延迟是指辅助数据序列中两个样本之间的时间差。要计算自相关，需要先将辅助数据序列与其自身的不同延迟版本相乘，然后对乘积求平均值。自相关可以显示出辅助数据序列中是否存在周期性的模式，这些模式与信号的频率偏移有关。

S73、在自相关序列上执行离散傅立叶变换，找到峰值。

离散傅立叶变换（DFT）是一种数学操作，可将时域信号转换为频域信号。时域是一种用时间函数来表示信号的方式，频域是一种用正弦波的线性组合来表示信号的方式，其中每个正弦波的频率都是一个整数。要执行DFT，需要先计算信号的自相关序列，然后用不同的频率指数来对其进行加权，最后对加权后的序列求和。DFT可以显示出自相关序列中每个频率所占的能量或功率。DFT的峰值表示自相关序列中最显著的频率，它与信号的频率偏移有关。

S74、根据所述峰值及其相应的频率指数估算频率偏移。

频率索引是一种数字标识，它表示DFT中每个频率的位置。它的取值范围是从零到自相关序列的长度减一。要估计信号的频率偏移，需要先用一个由采样周期和调制顺序决定的系数来乘以频率索引。采样周期是指信号中相邻两个样本之间的时间差，调制顺序是指信号中可能出现的符号或值的个数。然后，将得到的频率偏移估计值与一个阈值进行比较，以判断它是否足够大。

进一步的还包括使用盲估计方法将从卫星接收的信号恢复为从端站传输的信号，具体步骤为：

S711、使用滑动窗口技术将从卫星接收的信号分段。

混合信号是从卫星接收的信号，其中包含信号和干扰信号。滑动窗口技术是将混合信号分割成较小的片段或子信号的方法，这可以更易于分析，要使用滑动窗口技术，需要选择一个适合信号和应用的窗口大小和窗口移动。窗口大小是每个段的长度，窗口移动是相邻段之间的重叠或间隔的程度，还需要选择一个窗函数（例如矩形、汉明或汉宁窗），为在窗内部为非零值，在窗外部为零值的函数。窗函数用于与混合信号相乘，并选择其一部分作为片段。它也用于减少片段的边缘效应和频谱泄漏。边缘效应是由于信号在片段边界处发生突变而导致的扭曲现象。频谱泄漏是由于片段的有限长度而导致信号的能量扩散到其他频率的现象。从混合信号的开始处，应用窗函数提取第一个片段，然后，将窗口沿着混合信号移动一定距离，再次应用窗函数提取下一个片段，重复这个过程，直到到达混合信号的结束处，或者得到足够的片段进行分析。

S712、基于分段的信号，计算功率谱并找到其峰值；

对于每个段，计算其功率谱并找到其峰值。功率谱是每个频率在段中具有多少功率或能量的度量。频率是信号随时间变化的速度或慢速变化的度量。要计算功率谱，需要将傅立叶变换应用于该段，该段将时域信号转换为频域信号。时域是将信号表示为时间函数的一种方式，频域是将信号表示为具有不同频率的正弦波和的一种方式。傅立叶变换可以写为：

X（f）=∫_-∞ ^∞x（t）e^-j2pftdt

其中x（t）是信号在时域中的表示，x（f）是x（t）的傅立叶变换，j是虚数单位，f是频率，t是时间。

可以通过取出x（f）的平方幅度来获得功率谱，这可以写为：

P（f）=｜X（f）｜²=X（f）X*（f）

其中p（f）是x（t）的功率谱，而*是复共轭。峰值是p（f）的最高值，它表示该数据片段中的主要频率。

S713、根据所述峰值及其对应的频率指数估算从端站传输的信号。

局部样品序列是从端站传输的信号，该信号具有周期性特征，可以通过其功率谱p（f）检测到。频率索引是一种数字标识，它表示功率谱p（f）中每个频率的位置，它的取值范围是从零到p（f）的长度减一。要估计本地样品序列，需要将每个峰值乘与其对应的频率索引相乘，然后求平均值，这样可以估算本地样品序列的频率，然后，使用此频率重建本地样品序列，将其表示为正弦波。

进一步的，估算频率偏移为：

S7a、基于本地信号与PCMA混合信号，生成辅助数据序列；

S7b、计算所述辅助数据序列的自相关；

S7c、在自相关序列上执行分数傅里叶变换，找到峰值；

分数傅里叶变换（FRFT）是一种数学操作，可将时域信号转换为分数频域信号。时域是一种用时间函数来表示信号的方式，而分数频域则一种用复杂指数波的线性组合来表示信号的方式，其中每个指数波的频率都是一个分数。要执行FRFT，需要先计算信号的自相关序列，然后用不同的分数频率指数来对其进行加权，最后对加权后的序列求和。FRFT可以显示出自相关序列中每个分数频率所占的能量或功率。峰值是FRFT的最高值，表示自相关序列中最显著的分数频率，它与信号的频率偏移有关。

S7d、根据所述峰值及其对应的分数频率指数估算频率偏移。

分数频率指数是一种数字标识，它表示FRFT中每个分数频率的位置。它的取值范围是从零到自相关序列的长度减一。要估计信号的频率偏移，需要先用一个由采样周期和调制顺序决定的系数来乘以分数频率指数。采样周期是指信号中相邻两个样本之间的时间差，调制顺序是指信号中可能出现的符号或值的个数。然后，将得到的频率偏移估计值与一个阈值进行比较，以判断它是否足够大。

如图4所示，一种船载双天线PCMA系统信号的重捕装置，具体包括以下模块：

搜索模块，用于搜索信号，输出捕获延迟量和信号区间；

同步模块，接收来自搜索模块的信号，用于搜索的信号进行同步处理，输出同步后的信号和延迟量调整；

抵消模块，接收来自同步模块的信号，用于对同步后的信号进行抵消处理，消除本地信号对目标信号的干扰，输出抵消后的信号；

重捕模块，接收来自同步模块和搜索模块的信号，用于对信号进行重捕处理，检测信号是否出现异常或失步，根据情况进行恢复或复位，输出系统复位信号或频率偏移估计。

在进一步的实施例中，信号重捕模块从信号同步模块获得一组信号（4096点PCMA混合解调信号样本S_r和4096点本地解调信号样本S_t），经计算获得一个统计量Ф₁=［T_-2，T_-1，T₀，T₁，T₂］；获得128个统计量后，记为A=［Ф₁,Ф₂,…Ф₁₂₇,Ф₁₂₈］。信号重捕模块从搜索模块获得初始位置信息，从同步模块获得位置调整信息，按此位置信息获得相应信号（4096点PCMA混合原始信号样本S_r′和4096点本地原始信号样本S_t′），按上述方法再次获得128个统计量，记为A′=［Ф₁′,Ф₂′,…Ф₁₂₇′,Ф₁₂₈′］。通过矩阵A、A′的内容分析得出信号质量的软信息。具体如图5所示，

a.模块初始化，信号重捕模块获得信号，并计算第一次A值，初始化为N=128、N′=128组信号样本；

T_n=∑（S_t-S_r-n′）

Ф₁=［T_-2，T_-1，T₀，T₁，T₂］

A=［Ф₁,Ф₂,…Ф₁₂₇,Ф₁₂₈］

b.令σ=f（Ф）=（T_-1+T₀+T₁）/（T_-2+T₂）；

获得A的实际度量A_q=∑_n=1 ^Nσ_n；

当N=128时，A(-)_q=A_q；

否则，A(-)_q=mean（A_q1，A_q2，…）。

A(-)_q表示A_q的均值。

c.根据仿真数据可以判定A_q的度量区间为：

当A(-)_q≥12800，则信道同步正常，令N=128，转至a，并进行下一次检测；

当A(-)_q＜12800，且N=2048，则信道质量不高，转至d进一步检测；

其他情况，则令N=2N，转至a；

d.根据搜索模块、同步模块获得的信号延迟信息，从接收信号中取得相应的信号块；

S′（k）=∑_n=0 ^N-1S_t′.S_r′*e^{-j（2p/N）kn}

其中，S_t′为发送原始信号，S_r′*为接收原始信号的共轭，N=4096,0≤k≤N-1；

e.依据d方法，依次产生S₁′，S₂′，…S₁₂₇′，S₁₂₈′；

f.令

S_sum′=abs（S₁′+S₂′+…+S₁₂₈′）

S_max′=max（S_sum′）

S_mean′=mean（S_sum′）

式中，abs()表示取模，max()表示取序列中最大值，mean()表示取序列均值，如果S_max′/S_mean′＞8，则转至g，否则转至h；

g.根据S_max′在S序列中的位置，用rife算法算出频偏，并且对同步模块进行校正；转至a，并进行下一次检测；

h.当N′＜2048，则N′=2N′，并转至d；否则转至i；

i.给出系统复位信号，直到搜索模块及同步模块复位，同时模块初始化，转至a。

设计中牵涉到各种信号的截取、分组、计算及分析，这些通过信号模块的建立与仿真可以获得这些参数，以符号速率为10Msps，采样率为40M为例：

在实施例一中，如图6所示，为当信号质量较高时，S_t.S_r-2 ^*，S_t.S_r-1 ^*，S_t.S_r ^*，S_t.S_r1 ^*，S_r2 ^*信号相关性特征，此刻归一化后，Ф=［0.70，57.70，170.00，74.81，1.30］，σ=151.23。依次继续取剩余127组数据，明显结果A(-)_q≥12800，因此显示信号同步正常，按步骤C中相关操作进行；

在实施例二中，如图7所示，为当信噪比较低，信号较弱时，S_t.S_r-2 ^*，S_t.S_r-1 ^*，S_t.S_r ^*，S_t.S_r1 ^*，S_r2 ^*信号相关性特征，此刻归一化后，Ф=［1.44，6.59，21.36，12.68，0.56］，σ=20.3。依次继续取剩余127组数据，结果A(-)_q＜12800，需对观测信号长度N加倍处理，按步骤C中相关操作进行；

当N=2048时，如果A(-)_q＜12800，进一步测试，按步骤d执行下去。

获取M+△M的值，从接收信号处获取接收信号和本地发送信号，S′的频谱特性如果满足S_max′/S_mean′＞8，则显示信号同步正常，按步骤c中相关操作进行。

在实施例三中，如图8所示，为当信噪比较低，信号较弱时，S_t.S_r-2 ^*，S_t.S_r-1 ^*，S_t.S_r ^*，S_t.S_r1 ^*，S_r2 ^*信号相关性特征，此刻归一化后Ф=［0.58，2.69，5.54，4.23，1.42］，σ=6.20。依次继续取剩余127组数据，结果A(-)_q＜12800，需对观测信号长度N加倍处理，按步骤c中相关操作进行；

当N=2048时，如果A(-)_q＜12800，进一步测试，按步骤d执行下去。

获取M+△M的值，从接收信号处获取接收信号和本地发送信号，S′的频谱特性如果满足S_max′/S_mean′＞8，则显示信号同步正常，按步骤c中相关操作进行。

在进一步的实施例四中，通信符号速率10Msps，采样率40MHz。天线被遮挡时间过长，因多普勒原因，卫星与船载站产生了60米的相对位移，结果同步模块显示失步，按上述步骤b操作，

当N=128，Ф₁=［0.06，2.21，2.21，0.37，1.94］：A(-)_q＜12800，不满足条件，则N=256；

当N=256，Ф₂=［0.90，0.21，1.34，0.33，1.10］：A(-)_q＜12800，不满足条件，则N=512；

……

当N=2048，Ф₅=［0.02，0.00，0.11，0.94，1.98］：A(-)_q＜12800，不满足条件，转下一步检测；

当N′=128，N′=256，N′=512，N′=1024，N′=2048时，S₁′+S₂′+…+S₁₂₈′的频谱特性如图9所示。

最后判定S_max′/S_mean′＞8不成立，因此需要对搜索模块进行复位；

在此过程中，共需要4096×2048×2/40M≈0.42S时长进行检测，假定搜索模块需要120ms能将信号捕获，则设备可以在对星完成后不超过1s恢复通信。

在进一步的实施例五中，通信符号速率10Msps，采样率40MHz。天线不共源导致本振差在5kHz，因载波相位不连续，并且存在载波频率突变，结果同步模块显示失步，按上述步骤b操作，其检测结论与上一个实施例一致，当转至步骤d时，则如图10所示。

最后判定S_max′/S_mean′＞8成立，因此需要对同步模块进行频偏补偿；

在此过程中，共需要（4096×2048+4096）/40M≈0.21S时长进行检测，则设备可以在天线切换完成后不超过0.3s恢复通信。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种船载双天线PCMA系统信号重捕方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、启动PCMA解调器的搜索模块，搜索信号；

S2、启动同步模块，基于同步模块中的信号，进行通信；

S3、启动重捕模块，获取同步模块中的本地信号与PCMA混合信号，分析所述本地信号与PCMA混合信号，得到第一信号质量值；

S4、分析所述第一信号质量值，判断所述信号是否出错，如果出错，执行步骤S5；否则重复步骤S3；

S5、重捕模块从搜索模块和同步模块中获取捕获延迟量M和延迟量调整△M，基于捕获延迟量M和延迟量调整△M，从捕获前端获取相应的本地信号与PCMA混合信号；

S6、分析从捕获前端获取的本地信号与PCMA混合信号，得到第二信号质量值；

S7、根据第一信号质量值和第二信号质量值，判断是否符合通信要求，如果符合，则估算频率偏移，正常通信或校正频率偏移后再正常通信，重复步骤S3；如果不符合，输出系统复位信号。

2.根据权利要求1所述的船载双天线PCMA系统信号重捕方法，其特征在于，步骤S1具体为：

S11、启动搜索模块，根据设备输入参数，初始化搜索模块的参数；

S12、预定时间窗口，将时间窗口等分为预定个数时隙，选定所述预定个数时隙的中值作为信号区间，采集信号区间内的数据，得到采样点；

S13、判断时间窗口内的采样点数是否大于第一阈值，当时间窗口内的采样点数小于第一阈值时，对采样点数填充至第一阈值；当时间窗口内的采样点数大于第一阈值且小于第二阈值时，对信号进行分区间搜索，采样点不足第一阈值的部分填充至第一阈值；当时间窗口内的采样点数大于第二阈值时，对信号进行抽取，采用了可变速率抽取器，将时间窗口内的点数抽取至小于第二阈值；将转变过采样点的信号区间内的数据进行快速傅里叶变换，使其转换成频域表示；

S14、取预定值个本地信号序列，对预定值个本地信号进行倍数插值，得到倍数插值后的本地信号，对倍数插值后的本地信号的尾部补零至第一阈值，对补零后的本地信号做快速傅里叶变换；

S15、取S13、S14的快速傅里叶变换结果，共轭复乘进行快速傅里叶逆变换，使其转换成时域表示；

S16、在时域表示中搜索峰值，判断所述峰值是否大于设定阈值，若所述峰值大于设定阈值，则搜索成功，转步骤S17，若所述峰值小于设定阈值，转步骤S18;

S17、记录搜索成功时的信号区间，判断该次搜索是否经过抽取处理，如果信号为未抽取信号，则确定信号的到达时刻；否则转S12；

S18、判断所述信号区间是否是最后一个区间，若是最后一个区间，则转步骤S11，若不是最后一个区间，则在所述信号区间附近重新选定信号区间，采集重新选定的信号区间内的数据，转步骤S13。

3.根据权利要求2所述的船载双天线PCMA系统信号重捕方法，其特征在于,步骤S12的预定时间窗口具体为:

S121、根据预设条件，确定时间窗口，计算窗口区内的样本点数，采集待搜索信号的样本数据；

S122、根据样本点数的不同，选择不同的搜索方式；

S123、基于样本数据建立一个概率模型，用来描述待搜索信号在不同时间窗口内出现的概率分布；

S124、基于概率模型选择出现概率最大的时间窗口作为优先搜索对象。

4.根据权利要求1所述的船载双天线PCMA系统信号重捕方法，其特征在于,步骤S7中估算频率偏移具体为：

S71、基于从端站传输的信号和从卫星接收的信号，生成辅助数据序列；

S72、计算所述辅助数据序列的自相关；

S73、在自相关序列上执行离散傅立叶变换，找到峰值；

S74、根据所述峰值及其相应的频率指数估算频率偏移。

5.根据权利要求4所述的船载双天线PCMA系统信号重捕方法，其特征在于,还包括使用盲估计方法将步骤S71中的从卫星接收的信号恢复为从端站传输的信号，具体步骤为：

S711、使用滑动窗口技术将从卫星接收的信号分段；

S712、基于分段的信号，计算功率谱并找到其峰值；

S713、根据所述峰值及其对应的频率指数估算从端站传输的信号。

6.根据权利要求1所述的船载双天线PCMA系统信号重捕方法，其特征在于,步骤S7中估算频率偏移具体为：

S7a、基于本地信号与PCMA混合信号，生成辅助数据序列；

S7b、计算所述辅助数据序列的自相关；

S7c、在自相关序列上执行分数傅里叶变换，找到峰值；

S7d、根据所述峰值及其对应的分数频率指数估算频率偏移。

7.船载双天线PCMA系统信号重捕装置，其特征在于，使用所述权利要求1-6中任一项的船载双天线PCMA系统信号的重捕方法，具体包括：

搜索模块，用于搜索信号，输出捕获延迟量和信号区间；

同步模块，接收来自搜索模块的信号，用于搜索的信号进行同步处理，输出同步后的信号和延迟量调整；

抵消模块，接收来自同步模块的信号，用于对同步后的信号进行抵消处理，消除本地信号对目标信号的干扰，输出抵消后的信号；

重捕模块，接收来自同步模块和搜索模块的信号，用于对信号进行重捕处理，检测信号是否出现异常或失步，根据情况进行恢复或复位，输出系统复位信号或频率偏移估计。