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《电子科技大学》 2018年
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深空通信信号的捕获与检测技术研究

黄长文  
【摘要】:随着人类对太空的不断探索,太空领域成了各国争相研究的热点。为了保证深空探测活动的顺利进行,飞行器与地球之间的正常通信变得至关重要。由于信号受到很多干扰,信号很容易淹没在噪声之中。作为深空通信的关键技术,如何快速捕获高动态低信噪比的深空通信信号是目前学者研究的热点。本文主要研究了深空通信信号的捕获与检测问题。首先,介绍了深空通信中的信道特性以及造成深空通信信号的高动态、低信噪比的信道因素,重点分析了多普勒效应和信号时延问题。并分析了三种传统的深空通信信号的捕获搜索方法以及三种传统的深空通信信号的捕获检测方法。最后,分析了深空通信信号的捕获与检测的常用性能指标。其次,研究了基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Tansformation,FFT)的信号捕获算法,该算法使用了部分匹配滤波器(Partial Matched Filter,PMF),大大降低了FFT运算的点数,解决了单独使用FFT导致捕获时间过长的问题。针对该算法存在频偏估计精度低的问题,结合FFT补零的思想以及加入窗函数降低FFT栅栏效应的思想,提出了改进的信号捕获算法。结合谱相关函数对能够集中频率功率的特性,提出了基于谱相关的信号捕获算法。然后,针对深空通信信号高动态的特点,在信号的捕获过程中考虑多普勒频移变化率的影响。针对现有的基于匹配傅里叶变换(Matching Fourier Transform,MFT)算法,进行了理论推导和仿真分析。并针对该算法处理复杂度过高、不能满足对深空通信信号的快速捕获需求问题,结合延时自相关算法的优势,对现有算法做出了改进,减少了原算法的运算量,降低了算法处理复杂度。最后,研究伪随机码的频域特性,利用分段码相位相关捕获方式来简化信号捕获过程。对信号进行FFT运算,通过将信号捕获的时域问题转化为频域问题,大大降低了算法的运算量。针对传统码相位相关算法的不足之处,对传统算法进行了部分改进,通过仿真对比分析,改进后对信噪比的容忍度大大增加。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN911

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