基于压缩感知的DSSS信号双阶段捕获方法

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1、2015年4月第41卷第4期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsApril2015V01．41No．4http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0666基于压缩感知的DSSS信号双阶段捕获方法程艳合，杨文革+(装备学院光电装备系，北京101416)摘要：针对直接序列扩频(DSSS，DirectSequenceSpreadSpectrum)信号的捕获性能与硬件消耗或计算复杂度的

2、相互制约问题，基于压缩感知理论，提出了一种双阶段压缩捕获方法，第1阶段进行快速粗捕获，第2阶段在第1阶段基础上实现精确捕获．首先研究DSSS信号的相关域稀疏性，构造了稀疏变换矩阵；然后利用确定性沃尔什一阿达马矩阵，分别构造了2个阶段压缩测量矩阵及其检测算法；最后从检测概率和平均捕获时间两方面对提出算法的捕获性能进行了理论分析，并用蒙特卡罗法进行了验证．理论分析和仿真实验表明，该方法能够在显著降低相关次数的前提下，达到传统基于并行相关方法的捕获性能水平．关键词：直接序列扩频信号；压缩感知；测量矩阵；检测概率；平均捕获时间中图分类号：TN914．4文献标识码：A文章编号：

3、1001—5965(2015)04-0624-08直接序列扩频(DSSS，DirectSequenceSpreadSpectrum)信号具有抗干扰、抗噪声、抗多径干扰、低截获、测距性能好和可码分多址等优点，被广泛应用于军事通信、导航和航天测控等领域．扩频通信优越性以精确同步为前提，同步过程一般包括捕获阶段、跟踪阶段2个阶段，其中捕获是首要任务．信号捕获的主要限制因素是载波频率和伪码相位的不确定性．DSSS信号的捕获过程就是在整个多普勒频率和码相位上以固定间隔进行二维搜索，这对接收机的硬件或计算能力提出了很高的要求，尤其是在高动态情况下，长码DSSS信号的快速捕获实现困

4、难，捕获范围和平均捕获时间(MAT，MeanAcquisitionTime)是一对相互限制指标⋯．为了实现信号的快速捕获，接收机可以采用大量的并行相关器来降低捕获时间，但是随着捕获范围的增大，接收机硬件复杂度也会急剧增大¨1．在没有辅助情况下，同时降低相关器个数和捕获时问往往难以实现"1．另外一个选择就是基于快速傅里叶变换(FFT，FastFourierTransforiB)的DSSS信号捕获方法，通过专用数字信号处理器快速地实现大量的假设检验处理，能够降低接收机的硬件资源消耗．基于FFT的捕获方法首先分别对接收信号和本地生成伪码进行FFT变换，然后在频域进行复数相乘

5、，最后对相乘结果进行逆FFT变换，但是也存在计算量大和高动态适应性等问题H⋯．总之，相对于上述传统信号捕获方法，一种理想的捕获方法应该能够同时降低相关器和计算量需求．最近，出现了一种新型DSSS信号捕获方法，其采用折叠或双折叠技术。卜8

6、．折叠技术对本地生成PN码进行折叠处理，降低了MAT，但是会不可避免地引入信噪比(SNR，SignaltoNoiseRatio)恶化．为了降低折叠技术带来的SNR恶化，双折叠技术同时对接收信号进行折叠处理，但是MAT会有所增大．压缩感知(CS，CompressiveSensing)是另一种可能用来实现DSSS信号快捕的新兴技术．cs技

7、收稿日期：2014—10．28；录用15t期：2014．11-28；网络出版时间：2014．12-2211：14网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20141222．1114．004．html作者简介：程艳合(1987一)，男，河北衡水人，博士生，chen920130810@foxmail．corn}通讯作者：杨文革(1966一)，男，江西金溪人，教授，yangttcl508@foxmail．com，主要研究方向为空间飞行器测控与通信技术5t甩格式：程艳合．杨文革．基于压缩感知的DSSS信号双阶段捕获方法【J1．北京航空

8、航天大学学报，2015，41(4)：624．631．ChengYH．YangWG．Two-stageacquisitionMgorlthmforDSSSsignalbasedoncompressivesensing【1]．JournalofBeringUniversityofAeronautiesandAstronautics，2015，41(4)：624—631(inChinese)．第4期程艳合，等：基于压缩感知的DSSS信号双阶段捕获方法625术可以利用信号的稀疏性，降低能够完美表达信号所需的采样点数目．从理论上说，CS技术找到了能够解决欠定线