本文關(guān)鍵詞：高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)的快速捕獲算法研究

  更多相關(guān)文章： 擴(kuò)頻通信 高動(dòng)態(tài) 偽碼捕獲 多普勒頻率捕獲 延時(shí)自相關(guān) FFT

【摘要】：隨著科技的飛速發(fā)展,飛機(jī)、衛(wèi)星等高速移動(dòng)體的應(yīng)用和服務(wù)逐漸深化,在軍用及民用領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景。由于信號(hào)傳輸對(duì)抗干擾、保密性等的要求,擴(kuò)頻技術(shù)得到了廣泛使用。但在高動(dòng)態(tài)下,速度、運(yùn)動(dòng)軌跡可能不斷變化,接收信號(hào)中既包含大范圍變化的多普勒頻率,還包含多普勒頻率的一次甚至高次變化率,同時(shí)多徑效應(yīng)等因素使擴(kuò)頻偽碼產(chǎn)生了相位延時(shí)。這些影響增大了高動(dòng)態(tài)信號(hào)快速捕獲的難度,而傳統(tǒng)捕獲算法捕獲能力有限,因此研究高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)的快速捕獲算法具有重要意義。本文主要研究擴(kuò)頻信號(hào)的快速捕獲算法。首先分析了擴(kuò)頻信號(hào)傳統(tǒng)的捕獲算法,如基于滑動(dòng)相關(guān)的捕獲算法以及基于FFT的捕獲算法。傳統(tǒng)算法捕獲時(shí)間受偽碼長(zhǎng)度或多普勒頻偏范圍大小的影響,捕獲時(shí)間較長(zhǎng),多普勒頻偏捕獲范圍窄,難以用于高動(dòng)態(tài)大多普勒頻偏信號(hào)的快速捕獲。本文針對(duì)高動(dòng)態(tài)信號(hào)捕獲存在的問(wèn)題,改進(jìn)了接收信號(hào)模型,引入了多普勒頻率變化率,提出了基于延時(shí)自相關(guān)的FFT頻率估計(jì)與基于FFT的偽碼并行估計(jì)的聯(lián)合捕獲算法。該算法將傳統(tǒng)對(duì)多普勒頻率和偽碼延時(shí)的二維捕獲化為了先捕獲多普勒頻率變化率和多普勒頻偏,再捕獲偽碼相位的二步捕獲。本文算法在多普勒頻率變化率和多普勒頻偏估計(jì)上,首先分析了匹配傅里葉變換算法,利用特定的基函數(shù)聚集信號(hào)的能量,具有抗噪聲能力強(qiáng)、捕獲精度高的優(yōu)點(diǎn),但直接計(jì)算運(yùn)算量龐大,捕獲時(shí)間長(zhǎng),無(wú)法直接用于實(shí)時(shí)捕獲;然后針對(duì)降低計(jì)算量進(jìn)行了研究,提出了基于延時(shí)自相關(guān)的FFT頻偏估計(jì)算法,通過(guò)延時(shí)相乘去除偽碼對(duì)多普勒頻偏估計(jì)的影響,再經(jīng)FFT運(yùn)算先后估計(jì)出多普勒頻率變化率和多普勒頻偏。算法計(jì)算量顯著減小,且捕獲精度較高,但延時(shí)相乘降低了信噪比。最后分析了信噪比惡化的機(jī)理并提出了改善信噪比的方法,改進(jìn)后能在接收信號(hào)信噪比為?15dB且不做任何降噪處理的情況下完成捕獲。本文算法在偽碼相位延時(shí)估計(jì)上,使用了基于FFT的偽碼并行捕獲算法。在頻率估計(jì)算法捕獲并補(bǔ)償了多普勒頻率變化率和多普勒頻偏之后,偽碼捕獲算法無(wú)需頻率搜索,只需一輪偽碼捕獲,顯著降低了計(jì)算量。然后針對(duì)低信噪比情況改進(jìn)了算法,分析了相干累加次數(shù)以及多普勒頻率變化率和多普勒頻偏的捕獲精度對(duì)偽碼捕獲性能的影響。通過(guò)分析和仿真,驗(yàn)證了本文算法的捕獲時(shí)間受偽碼長(zhǎng)度和多普勒頻偏范圍影響小,較傳統(tǒng)方案降低了算法的計(jì)算量,減小了信號(hào)捕獲時(shí)間,并且在一定信噪比范圍內(nèi)具有較高的捕獲精度,適用于高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)的快速捕獲。
【關(guān)鍵詞】：擴(kuò)頻通信 高動(dòng)態(tài) 偽碼捕獲 多普勒頻率捕獲 延時(shí)自相關(guān) FFT
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN914.42
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 緒論13-19
• 1.1 課題研究背景和意義13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 擴(kuò)頻信號(hào)捕獲算法概述14-16
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排16-17
• 1.4 本章小結(jié)17-19
• 2 擴(kuò)頻系統(tǒng)與擴(kuò)頻序列19-33
• 2.1 擴(kuò)頻通信概述19-21
• 2.1.1 擴(kuò)頻通信原理與特點(diǎn)19-20
• 2.1.2 擴(kuò)頻系統(tǒng)的分類20-21
• 2.2 直接擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)分析21-24
• 2.2.1 直接擴(kuò)頻系統(tǒng)原理21-23
• 2.2.2 直擴(kuò)系統(tǒng)接收信號(hào)的相關(guān)處理23-24
• 2.3 偽隨機(jī)碼序列24-32
• 2.3.1 擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中偽隨機(jī)碼的引入24-25
• 2.3.2 偽隨機(jī)碼序列的特點(diǎn)25
• 2.3.3 偽隨機(jī)序列的相關(guān)函數(shù)25-27
• 2.3.4 典型的偽隨機(jī)碼序列27-32
• 2.3.4.1 m序列27-29
• 2.3.4.2 Gold序列29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 3 擴(kuò)頻信號(hào)的捕獲算法33-49
• 3.1 偽碼延時(shí)和多普勒頻移對(duì)相關(guān)捕獲的影響33-37
• 3.1.1 延時(shí)與頻偏對(duì)捕獲影響的推導(dǎo)33-35
• 3.1.2 延時(shí)與頻偏對(duì)捕獲影響的仿真分析35-37
• 3.2 基于滑動(dòng)相關(guān)的串行捕獲方法37-39
• 3.2.1 典型的滑動(dòng)串行捕獲算法37-38
• 3.2.2 改進(jìn)的滑動(dòng)串行捕獲算法38-39
• 3.3 基于滑動(dòng)相關(guān)的并行捕獲算法39-41
• 3.3.1 偽碼多通道并行捕獲算法39
• 3.3.2 匹配濾波器法39-41
• 3.4 基于FFT的捕獲算法41-48
• 3.4.1 基于FFT的載波并行捕獲算法41-46
• 3.4.1.1 基于FFT的載波并行捕獲算法原理41-42
• 3.4.1.2 捕獲算法的頻率響應(yīng)42-46
• 3.4.2 基于FFT的偽碼并行捕獲算法46-48
• 3.4.2.1 基于FFT的偽碼并行捕獲原理46-47
• 3.4.2.2 基于FFT的偽碼并行捕獲算法的改進(jìn)47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 4 高動(dòng)態(tài)擴(kuò)頻信號(hào)的捕獲算法49-77
• 4.1 高動(dòng)態(tài)接收信號(hào)模型49-50
• 4.2 多普勒頻率變化率對(duì)相關(guān)幅度的影響50-52
• 4.3 基于匹配傅里葉變換的頻偏估計(jì)算法52-58
• 4.3.1 匹配傅里葉變換的定義53-54
• 4.3.2 匹配傅里葉變換算法的仿真54-55
• 4.3.3 匹配傅里葉變換性能分析55-58
• 4.3.3.1 匹配聚焦性能分析55-57
• 4.3.3.2 匹配傅里葉變換計(jì)算量分析57-58
• 4.4 基于延時(shí)自相關(guān)的FFT頻偏估計(jì)算法58-67
• 4.4.1 算法原理及仿真結(jié)果58-61
• 4.4.2 低信噪比下算法的改進(jìn)及仿真61-64
• 4.4.2.1 相關(guān)算法的改進(jìn)61-63
• 4.4.2.2 多周期圖平均法譜估計(jì)63-64
• 4.4.3 算法對(duì)信噪比的影響64-67
• 4.4.3.1 FFT運(yùn)算對(duì)信噪比的影響64-65
• 4.4.3.2 相乘運(yùn)算對(duì)信噪比的影響65-67
• 4.5 基于FFT的偽碼并行捕獲算法的應(yīng)用與改進(jìn)67-75
• 4.5.1 基于FFT的偽碼并行捕獲算法的應(yīng)用67-70
• 4.5.2 低信噪比下算法的改進(jìn)70-74
• 4.5.3 頻率變化率和多普勒頻偏的捕獲精度對(duì)偽碼捕獲的影響74-75
• 4.6 本章小結(jié)75-77
• 5 算法流程與性能對(duì)比77-89
• 5.1 算法捕獲流程77-79
• 5.2 捕獲門(mén)限設(shè)計(jì)79-80
• 5.3 算法性能對(duì)比80-86
• 5.3.1 算法捕獲時(shí)間對(duì)比80-81
• 5.3.2 算法計(jì)算量對(duì)比81-85
• 5.3.3 并行算法對(duì)比85-86
• 5.4 偽碼和載波的跟蹤方法86-87
• 5.5 本章小結(jié)87-89
• 6 總結(jié)與展望89-91
• 6.1 全文總結(jié)及主要?jiǎng)?chuàng)新89-90
• 6.2 工作展望90-91
• 參考文獻(xiàn)91-93
• 攻讀碩士期間完成的學(xué)術(shù)論文93-94
• 致謝94

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