高动态卫星通信系统快速捕获和跟踪算法研究

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1、学校代码10699分类号TN927+.23密级学号2013201266西北工业大学题目高动态卫星通信系统快速捕获和跟踪算法研究作者南花妮学科、专业通信与信息系统指导教师姚如贵副教授申请学位日期2016年3月西北工业大学硕士学位论文（学位研究生）题目：高动态卫星通信系统快速捕获和跟踪算法研究作者：南花妮学科专业：通信与信息系统指导教师：姚如贵副教授二零一六年三月Title:ResearchonFastAcquisitionAlgorithmandTrackingAlgorithmforSatelliteCommunicationSyste

2、minHighDynamicEnvironmentByNanHua-niUndertheSupervisionofProfessorYaoRu-guiADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofCommunicationandinformationsystemXi’anP.R.ChinaMarch2016摘要摘要随着国防技术的飞速发展，我国即将发射第

3、一颗完全由我国自主拥有同步轨道通信卫星，可面向军队和地方提供移动通信服务，该系统建立在IS-95标准上。面对日益复杂的电磁环境，卫星通信系统不可避免受到各种干扰的影响，尤其是窄带干扰。干扰信号呈现时变性，研究适用于星间/星地通信的窄带干扰检测及其抑制技术具有重要的现实意义和社会价值。而“动中通”的迫切需求，推动了高动态载体接收机技术的发展。高动态环境下，载体高速、高加速度运动引起的多普勒效应给卫星信号的捕获和跟踪带来了挑战。本文针对卫星通信系统，研究窄带干扰检测技术，以及高动态环境下的快速捕获和跟踪技术。主要研究内容包括以下三方面：(1

4、)介绍了调制重叠变换(ModulationLappedTransformation,MLT)工作原理，对比DFT和MLT的衰减特性，并分析了频域自适应门限干扰检测算法和双门限算法的性能。针对这两种干扰检测算法的不足，提出了一种基于调制重叠变换的改进的干扰检测算法。该算法通过将变换域内两组系数大小均值的比值之和与设定门限比较，弱化了信号在高低信噪比下不同分布的影响，改善了频域自适应门限算法和双门限算法对高信噪比的敏感性。研究结果表明：在保证低信噪比条件下较高干扰检测概率的同时，有效降低高信噪比、无干扰下的干扰误检概率，以及高信噪比、小干扰

5、的检测概率，适用于信噪比变化较大的星间/星地通信。(2)研究了PMF-FFT快速捕获算法的工作原理，通过对比不同捕获算法的性能，进一步验证了该算法的有效性和高速性，提出采用“分段相关+FFT”的多通道搜索架构实现PMF-FFT算法，简化PMF-FFT的控制机制，提高资源复用率。针对FFT捕获精度低的问题，研究了6种频率插值估计算法的性能，融合Rife算法和Quinn算法，提出了一种改进的频率估计算法。通过理论分析和仿真验证发现，将改进算法与幅相联合内插算法结合，可获得更好的频率估计精度。(3)介绍了锁相环与锁频环的工作原理，分析了锁相环

6、与锁频环阶数选取依据，并对比了不同鉴相和鉴频算法的性能。针对高动态环境，研究了2阶FLL辅助3阶PLL的载波跟踪策略，并在分析环路误差的基础上，求得了环路的最优噪声带宽，引入了一种自适应噪声带宽调整的载波跟踪方法。最后，提出了一种适用于系统模型的载波跟踪方案，该方案采用信道估计辅助FFT的方法完成载波剥离。研究表明，该方法充分利用了系统特性，可有效完成载波剥离，实现更为简单。关键词：IS-95，动中通，干扰检测，捕获，频率精度，跟踪IAbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofnationaldef

7、ensethchnology,ourcountrywillsoonlaunchthefirstsynchronousorbitcommunicationssatellitebasedontheIS-95standard.Itmeansourcountrywillownthesatellitemobilecommunicationsystemthatcanprovidemobilecommunicationserviceformilitaryandlocalcompletelyandautonomously.Intheincreasing

8、lycomplexelectromagneticenvironment,thesatellitecommunicationssystemsareaffectedbyvariousdisturbancesin