大频偏、高动态扩频信号捕获跟踪技术及其FPGA实现.pdf

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1、大频偏、高动态扩频信号捕获跟踪技术及其FPGA实现祁东杰2015年1月中图分类号：TN914.42UDC分类号：654大频偏、高动态扩频信号捕获跟踪技术及其FPGA实现作者姓名祁东杰学院名称信息与电子学院指导教师贾丽娟副教授答辩委员会主席王祖林教授申请学位级别工学硕士学科专业信息与通信工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月22日AFastAcquisitionandTrackingTecnologyofSpreadSpectrumSignalinLargeFrequencyOffsetandHighDyn

2、amicCircumentsandItsFPGAImplementationCandidateName:DongjieQiSchoolorDepartment:DepartmentofInformationandElectronicsFacultyMentor:AssociateProf.LijuanJiaChairThesisCommittee:Prof.ZulinWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:InformationandCommunicationEngineer

3、ingDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位

4、论文摘要扩频通信具有保密性好、抗干扰能力强等诸多优点，广泛应用于天基测控等领域。在这种环境中，由于发射端与接收端往往存在较高的相对速度和加速度，且载频较高，使得接收端要承受较大的多普勒频偏和多普勒频率变化率。另外，由于传输路径复杂，信号容易受到强干扰，接收端收到的信号信噪比较低。因此，接收机如何在大频偏、高动态和低信噪比的条件下实现信号解调等功能，是完成通信、测控等目的的关键问题。而捕获和跟踪是扩频接收端十分关键的技术。本文主要研究怎样实现大频偏、高动态条件下扩频信号的快速捕获和跟踪。本文的主要内容如下：（1）对扩频通信

5、基本原理和扩频接收机的主要结构进行简要介绍。主要内容包括扩频码、伪随机序列、m序列和Gold序列等相关概念。对扩频接收机，简要提及了其前端、DSP处理等结构，着重强调了扩频接收机中捕获、跟踪的重要性。（2）详细介绍了扩频信号捕获的概念。对传统的基于滑动相关的时域串行搜索技术和基于FFT循环相关的捕获技术进行了详细的分析。针对大频偏、高动态的情况，设计了基于部分匹配滤波和快速傅里叶变换的快速捕获方案。针对低信噪比的情况，设计了基于Tong检测的检测方案。并对所涉及的恒虚警检测等相关技术做了详细的介绍。文中给出了相关方法的仿

6、真结果。结果验证该方法是行之有效的。（3）针对高动态的情况，本文设计了一种二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环。该方法充分利用了二阶锁频环动态性能、噪声性能好而锁相环跟踪精度高的优点，使二者优势互补，相辅相成。由仿真和实验结果知，该方法能有效跟踪50g的动态。（4）最后，在Xilinx的KC705开发板对该方案实现了实验验证。实验结果表明，该方案可实现对频偏在800kHz以内，动态小于50g，数据速率为10k，扩频码速率为3.069M，符号信噪比为7dB的信号进行快速捕获和跟踪。关键词：扩频通信；载波跟踪；捕获；大频偏；

7、高动态；锁频环；锁相环I北京理工大学硕士学位论文AbstractSpreadspectrumcommunicationtechnologyhasbeenwidelyusedinmanyfieldsforitsmultipleadvantages.Undercertaincircumstances，thereisoftenahighrelativevelocityandaccelerationbetweenthetransmitterandthereceiver,andthecarrierfrequencyishigh,s

8、othereceivingendissubjectedtogreatdopplershiftanddopplerfrequencyrate-of-change.Further,sincethetransmissionpathiscomplexandthesignalissusceptibletostronginter