高动态猝发扩频信号低复杂度快速捕获技术

吴宇飞，刘 琰，高军军

(北京控制与电子技术研究所，北京，西城 100038)

1 引言

在通信系统中，由于发送端和接收端的动态产生的多普勒效应可由下式表示

(1)

其中f为发送信号的载波频率，v为发送端和接收端的相对速度，θ为发送信号和接收机运动路径之间的夹角。

在空间对地的通信，以北斗卫星信号举例，其北斗卫星发送信号的载波频率f=1561.098MHz，最小的可观测角为5°。北斗卫星的的运行速度约为7km/s，由式(1)可计算得北斗卫星信号在传播过程中会产生约10.5kHz的多普勒频偏[1]。

本文是以飞行器协同控制所需的组网通信为研究背景。出于通信抗干扰能力的考量，载波会选用厘米波甚至是毫米波的频段，比北斗卫星信号的载波频率高出了一个数量级以上。飞行器组网通信信号在传播过程中产生约200kHz频偏，飞行器组网通信信号时多普勒搜索范围远大于捕获卫星导航信号时多普勒搜索范围。

同时北斗卫星将星历信息持续广播发送，使得接收机在捕获信号时可以进行长时间的相关积累，这个时间通常超过10ms。而空间飞行器组网通信信息是猝发的，并且用于捕获的帧同步步头时间通常在1ms以下。接收机只能利用如此短时间的信息快速完成信号的捕获，以便对帧内信息进行解扩。

面对大频偏猝发信号的捕获，已有的双块补零信号捕获算法[2]效果并不好，主要体现在算法计算量大，捕获时间长。而双块补零算法目前研究的重点集中在对双块补零算法引入额外的如运动补偿[3]或粒子滤波[5]等环节，以实现对长相关时间信号更精准的捕获。……