直扩系统中基于DMF的伪码捕获和窄带干扰抑制技术研究

论文摘要

直接序列扩频通信是扩谱技术与通信技术相结合的产物,该技术具有抗干扰能力强、截获概率低、多址能力强、抗多径和保密性好等优点,所以在军事通信和民用通信中都获得了广泛的应用。尤其是在军用无线通信领域,没有扩展频谱技术,迅速、准确、保密、不间断的通信很难保障。在直接序列扩频接收系统中,伪码的快速捕获是关键技术问题,尤其是扩频系统工作在高动态、低信噪比和低信干比的条件下。和其它伪码捕获方法相比,数字匹配滤波法具有捕获速度快、数字实现容易和工作稳定可靠等优点。文章首先介绍了数字匹配滤波法的基本原理和捕获方法,然后分别分析了数字匹配滤波法在高斯非衰落信道下、瑞利衰落信道下、频偏条件下和干扰环境下的伪码捕获检测概率、虚警概率和平均捕获时间,并给出了详细的计算机仿真结果和分析。针对瑞利衰落对伪码捕获的影响,给出了后期积分法来提高捕获性能;利用复矢量的FFT法能够进行较高精度的频差估计,有效的提高了大频偏条件下的伪码捕获性能。直扩通信系统中的窄带干扰对伪码捕获和数据传输产生了严重的影响,本文给出了两种有效抑制直扩系统中窄带干扰的方法,可以有效的提高干扰环境下的伪码捕获性能,同时大大地降低了误码率。针对在伪码捕获的过程中固定门限不能满足抗干扰和抗衰落的要求,首先讨论了采用自适应门限的必要性,其次给出了两种自适应门限估计方法,其中基于最大似然估计的限定虚警概率法具有普遍的适用性,使得自适应门限电路设计简单化,而且具有良好的性能。最后在理论分析和计算机仿真的基础上,根据在不同条件下给出的伪码捕获方法,设计了基于FPGA的电路实现方案,并且对关键技术模块给出了详细的设计步骤和方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题应用背景
• 1.2 直接序列扩频系统概述
• 1.2.1 直接序列扩频抗干扰原理
• 1.2.2 直接序列扩频通信的关键技术
• 1.3 本文的主要工作及内容安排
• 第二章 基于DMF伪码捕获的基本原理
• 2.1 m序列的性质
• 2.1.1 m序列的自相关特性
• 2.1.2 m序列的频谱特性
• 2.2 基于数字匹配滤波器（DMF）的PN码捕获
• 2.2.1 匹配滤波器伪码捕获基本原理
• 2.2.2 基于DMF的捕获电路原理
• 2.2.3 基于DMF捕获系统的平均捕获时间分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 高斯白噪声环境下DMF的伪码捕获技术
• 3.1 非衰落信道下的PN码捕获
• 3.1.1 非衰落信道下的捕获性能分析
• 3.1.2 非衰落信道下的捕获性能仿真与分析
• 3.2 瑞利衰落信道的伪码捕获
• 3.2.1 瑞利衰落信道下的捕获性能分析
• 3.2.2 瑞利衰落信道下的捕获性能仿真与分析
• 3.3 频偏条件下基于DMF伪码捕获技术
• 3.3.1 频偏对DMF伪码捕获性能分析
• 3.3.2 频差条件下DMF的伪码捕获检测概率和虚警概率
• 3.3.3 频差条件下DMF的伪码捕获仿真结果与分析
• 3.3.4 大频差下的PN码捕获技术
• 3.4 本章小结
• 第四章 直扩系统中的窄带干扰抑制技术
• 4.1 窄带干扰信号对DMF伪码捕获性能分析
• 4.1.1 窄带干扰环境下伪码捕获的检测概率和虚警概率
• 4.1.2 窄带干扰环境下伪码捕获仿真与分析
• 4.2 窄带干扰抑制技术
• 4.2.1 低信噪比下基于自适应门限的窄带干扰抑制算法
• 4.2.2 基于门限判决的窄带干扰抑制频域自适应算法
• 4.3 本章小结
• 第五章 自适应门限检测技术
• 5.1 基于窗口计数器的自适应门限算法
• 5.1.1 基本原理
• 5.1.2 基于窗口计数器的自适应门限算法电路实现
• 5.2 基于最大似然估计的限定虚警概率自适应门限算法
• 5.2.1 统计检测变量在不同信道下的统计特性
• 5.2.2 等效高斯白噪声方差的最大似然估计
• 5.2.3 限定虚警概率的自适应门限估计
• 5.2.4 计算机仿真与分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 基于FPGA的捕获电路设计与实现
• 6.1 中频A/D模块
• 6.2 数字下变频模块
• 6.3 窄带干扰抑制电路
• 6.3.1 电路总体设计
• 6.3.2 汉明窗模块
• 6.3.3 FFT/IFFT模块
• 6.3.4 干扰抑制模块
• 6.4 PN码捕获模块
• 6.4.1 数字匹配滤波器子模块
• 6.4.2 自适应门限判决模块
• 6.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 折叠匹配滤波器VHDL程序