非相干扩频接收机伪码跟踪环设计及FPGA实现

伪码跟踪环的设计是实现非相干扩频接收机的关键环节。为了实现非相干扩频接收机的伪码跟踪,设计了能量归一化的延迟锁定跟踪环,给出了环路的实现结构及环路参数的计算方法。分析了非相干扩频的特点,指出环路设计的关键点,在此基础上阐述了码环鉴别器、环路滤波器、超前滞后码发生器的设计及实现方法,并给出一套具体的实现参数。Modelsim仿真结果及FPGA实测数据表明所设计的环路能对伪码进行精确跟踪。     

非相干扩频捕获的匹配滤波器参数分析

在直接序列扩频传输系统中,接收端通常利用匹配滤波器实现扩频信号的初始捕获,扩频码同步时匹配滤波器的输出信噪比是决定捕获性能的一个重要因素。针对非相干直接序列扩频信号,通过理论推导和仿真验证得到了匹配滤波器输出信噪比与载波频差、扩频比以及匹配滤波器参数之间的关系,该结论可以为匹配滤波器的设计提供依据。     

一种基于波形的直扩信号伪随机码估计算法

非合作通信条件下估计未知直接序列扩频信号的伪随机（PN）码是截获直接序列扩频信号信息内容的关键。本文提出一种基于固有时间尺度分解（ITD）的时域波形处理算法,可以在很低信噪比的条件下准确地估计直接序列扩频信号的PN码。该算法充分利用ITD时频分辨率高和适于实时处理的优势,直接分解直扩信号波形,借助于多个周期的伪随机码信号的相干累加提高信噪比,通过对载频处瞬时幅度累加值与第一上过零点频率处瞬时幅度累加值的差分信号波动特性的分析,找到一个PN码周期内相邻码片极性变化的位置,从而揭示PN码,而不必猜测其代数结构。与已有PN码估计算法相比,该算法具有采样精度要求低,对载频估计误差不敏感,适用于各种类型PN码等优势。计算机仿真验证了所提算法的可行性。      

扩频通信中PN码序列的捕获

扩频信号的捕获与跟踪是扩频接收机进行定位解扩的基础,文中基于FPGA进行了扩频信号捕获与跟踪的设计实现。分析了该方案的匹配滤波器、载波跟踪环、码跟踪环的设计与实现方法。并通过BPSK调制,使用非相干扩频通信的PN码并行捕获算法实现信号的捕获。     

基于Haar小波变换的直扩信号伪码盲同步方法

为了解决非合作条件下短码直接序列扩频信号的盲同步问题,提出了一种基于Haar小波变换的伪码同步方法。该方法不需要事先知道扩频序列,先将直扩信号进行延迟相乘和低通滤波处理,计算其Haar小波变换,再按照伪码周期分段进行累加,搜索幅度累计平均的峰值,即可估计出直扩信号的伪码同步时间。理论分析和仿真实验表明在低信噪比下,该方法仍具有较好的性能,而且计算量较小、数值稳定性好,易于工程实现。     

基于定向天线的导航信号参数估计方法研究

为了实现非合作导航信号的监测,必须估计非合作导航信号的多普勒频率、伪码速率、伪码周期、信号功率和码序列等多个参数。提出一套非合作导航信号盲检测与参数盲估计方法,利用导航信号循环平稳特性估计信号频率、码速率和信号功率,再根据周期信号自相关方法估计伪码周期,最后使用滑动相关和数据累加方法估计信号码序列。仿真结果验证了提出方法的正确性。     

扩频信号的捕获与跟踪

针对直接序列扩频信号,介绍了其发射和接收部分基本组成,给出了系统接收部分的具体设计框图。重点讨论了对扩频信号的捕获与跟踪的方法,其中包括扩频码的捕获与跟踪以及载波的捕获与跟踪。对各模块的性能进行了分析,提出了在高速信号处理板(以FPGA和DSP为基础)中对扩频信号的捕获与跟踪的实现方案。经工程验证,能够实现伪码同步和载波同步,解调出所需信号。     

基于FPGA非相干包络码跟踪环设计

非相干的包络同步码跟踪环不依赖载波跟踪的相位特性,可以解决在信噪比非常低的条件下的本地扩频码和接收扩频码的码同步,进而完成扩频码的稳定跟踪。根据非相干的包络码跟踪环的原理,利用Verilog设计了一个完整的非相干的包络码跟踪环的电路。在设计过程中利用IP核中的乘法器、IIR滤波器、DDS数字频率合成器,简化设计难度并快速形成设计模块。在采用XilinxISE实现上述关键部分电路的设计基础上,同时利用SynplifyPro对设计模块进行了综合,并在Modelsim6.0中对电路进行了功能波形仿真,证明了设计的可行与合理性。这种解决方案相对常规方法既具有软件验证的灵活性,又具有硬件的执行效率。     

基于截断非相干累加的长码捕获方法

随着电子对抗的逐渐加剧,卫星信号的扩频体制日益复杂,对接收端的扩频码捕获造成了严峻挑战。提出一种基于截断非相干累加的Y码捕获方法,该方法以W码和P码的特定时序关系为先验知识,通过对Y码信号的截断处理、FFT相关和多段数据的非相干累加,实现低信噪比条件下的Y码信号捕获。仿真结果表明,由于加密W码的干扰,传统捕获方法已无法完成Y码信号的有效捕获,而所提截断非相干累加法仍可实现捕获,具有显著优势。     

一种扩频接收机的设计分析

基于直接序列(DSSS)扩频通信原理,阐述了直接序列扩频接收机的组成和工作原理,对解扩解调部分进行了详细设计,给出了关键模块的原理和实现方法;尤其对扩频信号的自动增益控制、伪码捕获、伪码跟踪、载波跟踪以及定时同步等电路进行了细致论述,并说明了注意事项;最后,给出了硬件实现方式和测试数据。设计采用低成本的现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)实现,具有灵活性强、速度快等特点,而且通过工程应用证明了设计是正确可行的。