高动态扩频接收机的捕获与跟踪算法研究

摘要

由于扩频技术具有很强的抗噪能力和良好的隐蔽性，扩频技术诸如直接信号扩频(DSSS)技术常被用在诸如弹道导弹、高速战机及航空飞行器等采用卫星制导的军事通信领域；其中扩频接收机主要实现对接收扩频信号的正确解扩，它的设计好坏决定了扩频系统的性能。同步解扩技术是扩频接收机的关键技术，它主要包括捕获和跟踪两部分。捕获指对接收机产生的本地信号与接收信号，实现两者的伪码相位近似对齐、载波频率粗略相同的过程。捕获完成后的跟踪指实现前面两者的伪码相位完全对齐、载波频率精确相同的过程。
　　高动态下由于发送和接收端的相对运动速度和加速度均很大，它们给扩频信号带来的多普勒频偏和频偏变化率会很大；普通的捕获与跟踪算法难以及时地实现同步解扩，从而导致系统误码率的增加。为了解决该问题，本文在分析了高动态对普通捕获和跟踪算法影响的基础上，提出了本扩频系统的动态指标：相对运动最大速度10km/s、最大加速度21g(g?9.8 m/s)，最低比特信噪比?22 dB；并基于该指标设计了基于PMF-FFT的捕获算法和基于载波跟踪辅助伪码跟踪的算法。
　　针对 PMF-FFT捕获算法，本文分析了部分相关长度X、FFT运算点数N对算法性能的影响，并通过仿真确定它们的取值；比较了门限值判决和择大值判决两种捕获判决策略的优缺点，并通过仿真确定了基于 Tong检测器的 CFAR(恒虚警率)门限值判决策略为该捕获算法的判决策略。最后基于系统动态指标进行测试，发现捕获功概率为86%，平均经历的伪码周期个数为327。
　　在针对载波跟踪算法，本文设计了基于卡尔曼滤波的改进PLL跟踪结构，包括基于线性卡尔曼滤波和基于扩展卡尔曼滤波的跟踪结构，并分别建立了两种结构关于载波相位、频偏和频偏变化率等3个参数的状态方程与观测方程；通过分析鉴相器的鉴频局限，确定了基于扩展卡尔曼滤波的跟踪结构。针对伪码跟踪算法，设计了基于延迟锁定环的跟踪结构，确定了基于归一化超前减滞后相关值包络的鉴别算法和其相关间隔；通过仿真确定了环路带宽值。最后基于系统动态指标进行测试，发现能有效跟踪归一化频偏的线性变化，且最大跟踪误差为3210。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容与结构安排

2 扩频接收机的捕获和跟踪算法原理

2.1引言

2.2扩频接收机

2.3捕获算法

2.4跟踪算法

2.5高动态对扩频接收机的影响

2.6本章小结

3 基于PMF-FFT的高动态捕获算法研究

3.1引言

3.2 PMF-FFT实现流程和参数特性

3.3部分相关长度与FFT点数选取

3.4捕获判决策略

3.5仿真测试

3.6本章小结

4 基于载波跟踪辅助伪码跟踪的高动态跟踪算法研究

4.1引言

4.2载波跟踪辅助伪码跟踪算法结构

4.3基于卡尔曼滤波的载波跟踪环

4.4基于延迟锁定环的伪码跟踪环

4.5仿真测试

4.6本章小结

5 总结与展望

5.1论文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献