低轨卫星扩频系统中的pn码混合并行捕获技术研究

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1、第10期帅涛等：低轨卫星扩频系统中的PN码混合并行捕获技术研究·83·低轨卫星扩频系统中的PN码混合并行捕获技术研究帅涛，任前义，刘会杰，梁旭文，杨根庆(中国科学院微小卫星联合重点实验室，上海200050)摘要：以低轨卫星信道多普勒特性为背景，给出一种适用于大频偏条件下突发通信系统直接扩频序列混合并行捕获结构，并以门限信噪比下平均捕获时间最小为设计目标，对检测积分时间和判决门限设置进行讨论，给出最优配置方案。关键词：扩频通信系统；并行捕获；检测积分时间；自适应门限；低轨卫星中图分类号：TN927.23文献标识码：A文章编号：

2、1000-436X(2007)10-0079-06HybridparallelPNcodeacquisitiontechniqueforLEOsatellitespreadspectrumcommunicationSHUAITao,RENQian-yi,LIUHui-jie,LIANGXu-wen,YANGGen-qing(Micro-satelliteStateKeyJointLaboratory,ChineseAcademyofScience,Shanghai200050,China)Abstract:Ahybridba

3、rallelPNcodeacquisitionschemewasinvestigatedforburstmodespreadspectrumcommunicationwithhighdopplerfrequencyoffset.BasedonLEOsatellitechannelandaimedatminimumacquisitiontime,anoptimalthresholdanddetectionintegrationwereputforward.Keywords:spreadspectrumsystem;parall

4、elacquisition;postdetectionintegration;adaptivethreshold;LEOsatellite第10期帅涛等：低轨卫星扩频系统中的PN码混合并行捕获技术研究·83·1引言由于伪随机序列具有保密性、抗干扰性和可多趾复用等优点，直接序列扩频通信在军事和商业通信系统中得到广泛应用；伪随机序列良好的测距特性也使直扩系统成为一种主流的卫星定位方式。以直扩方式为基础的DS-CDMA低轨卫星通信系统在欧美得到了成功应用；我国也在这方面展开了相应的研究，并发射了自己的试验卫星。收稿日期：2006-

5、06-28；修回日期：2007-08-10在低轨小卫星通信系统中，由于信号发射功率低，到达接收机的信号通常仅略高于解调门限信噪比；另外，低轨卫星相对地面用户具有较高的移动速度，使信号具有较大的多普勒频移。低信噪比和大多普勒频移下，扩频信号捕获相对较难，特别是以突发方式传输的短数据通信系统，由于捕获时间决定了系统容量，信号快速捕获具有重要意义。文献[1]较早提出以捕获时间作为扩频信号捕获性能评估指标，并采用信号流图理论对PN码捕获时间进行了严密推导。文献[2]完备地讨论了直扩系统捕获问题，提出将匹配滤波应用于直扩系统信号捕获以

6、实现捕获时间的大幅度降低。对于突发扩频信号捕获，文献[3]指出一定时间内的捕获概率为更有效的性能评估参数。然而捕获概率的计算相对较难，实际应用表明，当采用混合并行捕获方式时，先优化平均捕获时间，再设计用于捕获的前导字长，通常可以达到符合要求的捕获概率。本文以低轨卫星扩频通信为背景，采用混合并行捕获结构[4]第10期帅涛等：低轨卫星扩频系统中的PN码混合并行捕获技术研究·83·，从解析式分析预检测积分时间、判决门限选择对平均捕获时间的影响，并以一个实际通信系统为例，采用函数绘图求极值的方法给出在大频偏和门限信噪比下，预检测积分

7、时间和判决门限最优设置。文章第2节给出一种适合于FPGA实现的混合并行捕获接收机结构和信号检测策略，第3节分析了该结构在卫星信道条件下的检测概率、虚警概率、判决门限等数学表达式，第4节对平均捕获时间进行分析，给出最优参数设置方法，最后在第5节为结束语。2混合并行捕获接收机结构与信号检测策略本系统设计的混合并行捕获接收机主要由下变频滤波模块、捕获模块和同步模块三部分组成，接收机结构如图1所示。第10期帅涛等：低轨卫星扩频系统中的PN码混合并行捕获技术研究·83·图1混合并行捕获接收机结构第10期帅涛等：低轨卫星扩频系统中的PN

8、码混合并行捕获技术研究·83·图1中，中频输入信号首先经过AD采样实现由模拟信号至数字信号的转换，AD采样通常选取4~8倍码片速率。采样后信号经下变频模块正交下变频，分别形成同相（I）正交（Q）两路信号。重采样滤波完成码片码型（如根升余弦）匹配，并进行信号重采样抽取。重采样后信号以单倍码片