【摘 要】
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2020年6月23日北斗三号最后一颗全球组网卫星发射成功,我国建立世界一流的卫星导航系统,为全世界人民提供服务。由于卫星体积和重量限制,通常卫星发射功率较低,卫星通信需要在较低信噪比的通信环境中传输信息。由于卫星通信系统高动态环境下完成通信,收发双方存在较大的相对速度,且由于卫星高速飞行,收发双方的相对速度随时间变化,使得本地接收机与接收信号存在较大的多普勒频偏和较大的频偏变化率。同时由于卫星通信
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2020年6月23日北斗三号最后一颗全球组网卫星发射成功,我国建立世界一流的卫星导航系统,为全世界人民提供服务。由于卫星体积和重量限制,通常卫星发射功率较低,卫星通信需要在较低信噪比的通信环境中传输信息。由于卫星通信系统高动态环境下完成通信,收发双方存在较大的相对速度,且由于卫星高速飞行,收发双方的相对速度随时间变化,使得本地接收机与接收信号存在较大的多普勒频偏和较大的频偏变化率。同时由于卫星通信系统广泛运用军事通信,但由于其空间信道开放性的特性,导致其安全性较差,容易被敌方检测和干扰,因此越来越多的学者深入研究低截获系统的设计。针对上述卫星通信的特点,本文主要研究在低信噪比以及高动态环境下的低截获同步捕获技术。针对卫星通信系统需要在低信噪比、高动态环境下完成信号传输的特性,本文提出了具有更好抗频偏性能的MS-FFT同步捕获算法,并搭建了系统模型。在该模型下将MS-FFT与常用的PMF-FFT同步算法进行捕获性能分析,得出在复杂度相当的情况下PMF-FFT拥有更好的抗噪声性能,MS-FFT拥有更好的抗频偏性能。针对卫星通信抗截获性能差的弊端,本文提出了低截获同步头设计方案,采用时域和频域联合随机化的方式,避免能量累积,大幅降低非合作方通过高阶统计量对通信参数估计的概率。考虑到芯片资源消耗,最后对PMF-FFT同步捕获算法作为系统实现算法,并对其进行部分改进,利用相关峰值位置大数判决代替门限判决,提升了系统的捕获性能;串行多个频点搜索,提高系统抗频偏性能;并行多路PMF-FFT对低截获同步头接收,提升系统抗截获性能,并在基于XCKU085芯片的中频板实现本系统。通过内场测试,验证了本系统可以在信噪比为-18d B,频偏为±250KHz的环境中完成同步捕获;并验证了低截获设计的同步头与常规同步头相比拥有更好的抗截获性能。证实本文设计的同步捕获系统适用于高速发展的卫星导航通信系统。
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