弱直扩信号长相关伪码捕获技术研究

论文摘要

随着科学技术的发展和人类日益改善的生活水平,人们对通信技术提出的更高的要求,即要在十分困难的情况下仍然有较好的通信概率和通信效果。尤其在深空探测领域,或者在室内和遮蔽条件下,要达到理想的通信效果,就对通信技术提出了更高的要求。由于直接序列扩频(DSSS)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,常被用于这些工作在信号十分微弱的通信系统中。在这样的工作环境中完成对伪码的捕获是重中之重的环节,是完成译码等后续操作的前提。因此本文研究的落脚点就是如何完成对这类弱信号捕获上。在伪码捕获中主要存在载波频偏和相位延迟这两大问题,由此又衍生出了诸如数据跳变、相关累加长度、频谱分辨率、多普勒变化和码频偏等一系列问题具体问题。本文深入研究了上述问题,分析了现有的解决方法,对关键问题的解决方案进行了改进,并设计出一个弱信号伪码捕获系统。本文中针对弱信号的检测问题,采用FFT技术代替直接相关运算来实现相位延迟的并行搜索,以提高捕获速度并节省硬件资源。在提高弱信号捕获系统增益方面,提出了一种利用延迟数据块分别进行相关累加的方法来避免数据跳变影响,提高了系统捕获弱信号的能力。与此同时,由于相关累加时间的增加使得系统对多普勒频偏又极为敏感,因此又提出了一种改进的频偏估计算法,通过一次估计就可以使系统的频偏剩余误差达到相关累加精度要求。通过仿真确定了利用峰均比检测的自适应门限确定方法。分析了多普勒频移变化很快的高动态环境下伪码捕获策略等实际应用中可能遇到的问题。最后经MATLAB验证系统可行性后,为了在FPGA上实现本系统,编写了核心模块的VHDL代码。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 扩频通信相关知识
• 1.2.1 扩频通信的发展
• 1.2.3 扩频通信基本原理
• 1.2.4 直扩系统模型
• 1.2.5 扩频通信特点
• 1.3 主要工作及内容安排
• 第二章 伪码捕获技术
• 2.1 伪随机码定义及性质
• 2.1.1 伪随机码定义
• 2.1.2 伪码性质
• 2.1.3 常用伪随机序列
• 2.2 伪码捕获常用方法
• 2.2.1 串行捕获方法
• 2.2.2 并行捕获法
• 2.2.3 串/并捕获方法
• 2.2.4 匹配滤波法
• 2.2.5 发射参考信号法
• 2.2.6 序贯估计法
• 2.3 本章小结
• 第三章 弱信号捕获算法设计
• 3.1 提高系统增益的方法
• 3.2 数据跳变沿解决方案
• 3.3 基于FFT 的相位搜索设计
• 3.3.1 利用FFT 实现并行搜索
• 3.3.2 弱信号捕获实现方法
• 3.3.3 弱信号捕获系统仿真
• 3.3.4 自适应门限控制
• 3.4 基于FFT 的频偏估计设计
• 3.4.1 载波频偏估计原理
• 3.4.2 频偏估计性能仿真
• 3.4.3 整个系统捕获时间
• 3.5 频率偏移带来的码频偏移
• 3.6 高动态环境下的伪码捕获
• 3.6.1 多普勒变化造成的影响
• 3.6.2 高动态捕获策略
• 3.7 系统的通用性改造
• 3.8 本章小节
• 第四章 关键模块的FPGA 实现
• 4.1 FPGA 简介
• 4.1.1 FPGA 概述
• 4.1.2 FPGA 组成及功能
• 4.1.3 FPGA 的优点
• 4.1.4 FPGA 的基本设计流程
• 4.2 弱信号捕获系统设计
• 4.2.1 系统整体设计
• 4.2.2 m 序列生成模块
• 4.2.3 频偏估计模块
• 4.2.4 相位搜索模块
• 4.3 本章小节
• 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 弱信号捕获系统相位搜索模块VHDL 代码