一种基于双图案的卫星信号能量检测粗同步方法

doi:10.12263/DZXB.20200716

电子学报 ›› 2022, Vol. 50 ›› Issue (3): 524-532.DOI: 10.12263/DZXB.20200716

一种基于双图案的卫星信号能量检测粗同步方法

何其恢, 朱立东

电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室，四川成都 611731

收稿日期:2020-07-14 修回日期:2021-02-10 出版日期:2022-03-25
- 作者简介:
- 何其恢男，1996年生于甘肃嘉峪关. 现为电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室硕士研究生．主要研究方向为卫星通信信号处理、信号抗干扰抗截获技术．E-mail:hheeqihui@126.com
  朱立东男，1968年生于四川邻水．现为电子科技大学教授、博士生导师．主要研究方向为卫星通信信号处理、信道建模与仿真、资源管理等．
- 基金资助:
- 国家自然科学基金 (61871422)

Double Pattern Based Coarse Synchronization Method Using Energy Detection for Satellite Signal

HE Qi-hui, ZHU Li-dong

National Key Laboratory of Science and Technology on Communications, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu, Sichuan 611731, China

Received:2020-07-14 Revised:2021-02-10 Online:2022-03-25 Published:2022-03-25
- Supported by:
- National Natural Science Foundation of China (61871422)

摘要/Abstract

摘要：

PMF-FFT(Partial Matched Filters-Fast Fourier Transform)算法具有优秀的同步性能，但需要采用较短的搜索步长来保证其性能.在卫星通信环境下，很难在功率和处理能力受限的情况下使用这样的算法进行信号检测.本文提出了一种基于跳频和跳码扩频双图案的能量检测算法，该算法能够以符号周期为步长进行搜索.本文分析了这种同步方法的性能，确定了最佳参数并进行了蒙特卡洛仿真.将该算法性能和复杂度与一些其他的算法进行对比，证明了使用该算法作为粗同步算法，PMF-FFT算法作为精同步算法组成同步机制时，能够大幅降低运算量并维持PMF-FFT算法的良好同步性能.

关键词: 双图案, 能量检测, 粗同步, 低复杂度

Abstract:

The PMF-FFT(Partial Matched Filters-Fast Fourier Transform) algorithm has excellent synchronization performance and a short search step size is required to ensure its performance. In satellite communications, it is difficult to use such an algorithm for long time signal detection with limited power and processing ablities. In this paper, an energy detection algorithm based on double pattern with frequency hopping and code hopping spread spectrum is proposed, which can search with the symbol period as the step. We analyze the synchronization performance of this method, and determine the best parameters and perform Monte Carlo simulation. By comparing performance and complexity of this algorithm with some other algorithms, it is proved that when this algorithm is used as the coarse synchronization and the PMF-FFT algorithm is used as the fine synchronization to form the synchronization mechanism, the complexity can be reduce greatly and the synchronization performance of the PMF-FFT algorithm can be maintained good.

Key words: double pattern, energy detection, coarse synchronization, low complexity

中图分类号:

TN914.43

何其恢, 朱立东. 一种基于双图案的卫星信号能量检测粗同步方法[J]. 电子学报, 2022, 50(3): 524-532.

Qi-hui HE, Li-dong ZHU . Double Pattern Based Coarse Synchronization Method Using Energy Detection for Satellite Signal[J]. Acta Electronica Sinica, 2022, 50(3): 524-532.

图/表 13

图1 双图案帧结构示意图

图2 采用原始载频进行同步可能出现的情况

图3 双本地信号同步载频序列结构

图4 未对齐时本地信号与接收信号相关情况

图5 能量检测法的仿真结果

图6 跳频分量引起的虚警概率曲线

图7 白噪声影响理论虚警概率

图8 白噪声影响理论检测概率

表1 能量检测方法的仿真参数

数据速率	跳频次数	跳频频点数	频率范围
100bit/s	100次/s	200	1.28MHz~3.84MHz
信噪比	采样频率	多普勒频偏	扩频倍数
-20dB	38.4MHz	8kHz	128
时延范围	跳频间隔
0~0.5s	12.8kHz

图9 蒙特卡洛仿真结果与理论曲线对比结果

表2 同步方法仿真参数

匹配滤波点数	采样倍数	多普勒频偏	虚警概率	信号载频
64	4	8 kHz	<1%	1 MHz

图10 信号检测性能对比图

表3 不同算法的运算量比较

算法种类	乘法运算数量
PMF-FFT	$l o g 2 N ⋅ N / 2 + M D$
加窗PMF-FFT	$l o g 2 N ⋅ N / 2 + 2 M D + N$
PMF-apFFT	$l o g 2 N ⋅ N / 2 + M D + 2 N - 1$
设计算法	$2 M + P ⋅ (l o g 2 N ⋅ N / 2 + M D)$

表3 不同算法的运算量比较

算法种类	乘法运算数量
PMF-FFT	$l o g 2 N ⋅ N / 2 + M D$
加窗PMF-FFT	$l o g 2 N ⋅ N / 2 + 2 M D + N$
PMF-apFFT	$l o g 2 N ⋅ N / 2 + M D + 2 N - 1$
设计算法	$2 M + P ⋅ (l o g 2 N ⋅ N / 2 + M D)$

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一种基于双图案的卫星信号能量检测粗同步方法

Double Pattern Based Coarse Synchronization Method Using Energy Detection for Satellite Signal

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