《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種改進(jìn)的分段FFT兩級(jí)快速捕獲方法
電子技術(shù)應(yīng)用
宋若宇1，王振嶺1，蔚小龍1，劉亞廷2
1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所； 2.火箭軍裝備部駐廊坊地區(qū)軍事代表室
摘要： 通導(dǎo)融合信號(hào)中一體化設(shè)計(jì)的導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)具有頻譜資源受限和非連續(xù)播發(fā)的特點(diǎn)，針對(duì)對(duì)低軌衛(wèi)星L頻段的高動(dòng)態(tài)短時(shí)突發(fā)導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)，提出了一種改進(jìn)的分段FFT兩級(jí)時(shí)頻域二維快速捕獲方法，通過兩級(jí)分段相關(guān)FFT的捕獲處理方式，同時(shí)獲取導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)到來時(shí)刻和信號(hào)多普勒頻移估計(jì)，實(shí)現(xiàn)低軌場(chǎng)景下信號(hào)快速實(shí)時(shí)捕獲處理。仿真驗(yàn)證結(jié)果表明，在信號(hào)載噪比48 dBHz以上時(shí)，快速捕獲算法可適應(yīng)±40 kHz的信號(hào)多普勒頻移并且可以適應(yīng)短時(shí)突發(fā)的播發(fā)模式，信號(hào)多普勒估計(jì)誤差控制在±80 Hz，信號(hào)到來時(shí)刻估計(jì)誤差控制在±1碼片。
中圖分類號(hào)：TN967.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.246098
中文引用格式： 宋若宇，王振嶺，蔚小龍，等. 一種改進(jìn)的分段FFT兩級(jí)快速捕獲方法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(4)：106-109.
英文引用格式： Song Ruoyu，Wang Zhenling，Yu Xiaolong，et al. An improved two-stage fast acquisition method based on FFT[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(4)：106-109.
An improved two-stage fast acquisition method based on FFT
Song Ruoyu1，Wang Zhenling1，Yu Xiaolong1，Liu Yating2
1.China Electronics Technology Group Corporation 54th Research Institute； 2.The PLA Rocket Force Equipment Department in Langfang District Military Representative Office
Abstract： The navigation enhancement signals in communication and navigation integration signals are characterized by limited spectrum resources and non-continuous transmission. For the high-dynamic, short-burst navigation enhancement signals in the L-band of low-earth orbit (LEO) satellites, an improved segmented Fast Fourier Transform (FFT) two-stage time-frequency domain two-dimensional rapid acquisition method is proposed. Through the two-stage segmented coherent FFT acquisition process, the arrival time of the navigation enhancement signal and the signal Doppler shift estimation are obtained simultaneously, enabling fast and real-time signal acquisition processing in LEO scenarios. Simulation results demonstrate that when the signal carrier-to-noise ratio is above 48 dBHz, the rapid acquisition algorithm can adapt to signal Doppler shifts of ±40 kHz and accommodate short-burst transmission modes, with the signal Doppler estimation error controlled within ±80 Hz and the signal arrival time estimation error controlled within ±1 chip.
Key words : communication and navigation integration；high dynamic；short burst；FFT；segment correlation；fast acquisition

引言

低軌（Low Earth Orbit，LEO）衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)因軌道和信號(hào)的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用潛力，已成為國(guó)內(nèi)外定位、導(dǎo)航和授時(shí)（Positioning Navigation and Timing，PNT）體系的研究熱點(diǎn)[1]。利用低軌星座進(jìn)行通導(dǎo)融合一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋的PNT服務(wù)，是低軌衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢(shì)[2]。但是低軌衛(wèi)星的場(chǎng)景以及通導(dǎo)融合一體化設(shè)計(jì)會(huì)給信號(hào)的捕獲帶來困難，與傳統(tǒng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System， GNSS）相比，有兩大難點(diǎn)需要解決：一是低軌衛(wèi)星與導(dǎo)航接收機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)給接收信號(hào)帶來較大的多普勒頻移[3]，在GNSS中信號(hào)多普勒頻移在±5 kHz左右，而在低軌衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)中，多普勒頻移可達(dá)幾十至幾百千赫茲[4]；二是低軌導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)的體制設(shè)計(jì)需要考慮到通信導(dǎo)航融合的需求，導(dǎo)航信號(hào)融合設(shè)計(jì)在低軌衛(wèi)星通信信號(hào)中，占用信號(hào)頻帶的一個(gè)或幾個(gè)子帶[5]，這使得導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)頻譜受限而且需要采用非連續(xù)信號(hào)播發(fā)方式。

傳統(tǒng)的捕獲算法難以適應(yīng)高動(dòng)態(tài)短時(shí)突發(fā)導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)的捕獲需求，快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform，FFT)算法在信號(hào)多普勒過大時(shí)或采樣頻率過高時(shí)，需要進(jìn)行FFT運(yùn)算的點(diǎn)數(shù)較大，算法運(yùn)算復(fù)雜度和處理難度以及硬件實(shí)現(xiàn)所需的資源會(huì)相應(yīng)增加[6]；部分匹配濾波器和快速傅里葉變換（Partial Matched Filter FFT，PMF-FFT）算法通?？蛇m應(yīng)±6 kHz左右的信號(hào)多普勒頻移范圍[7]，在處理大多普勒頻移信號(hào)時(shí)存在扇貝損失，檢測(cè)概率隨信號(hào)多普勒頻移增大而下降[8-9]。

針對(duì)低軌場(chǎng)景下的L頻段高動(dòng)態(tài)短時(shí)突發(fā)導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)的快速捕獲處理，需要同時(shí)兼顧大多普勒和導(dǎo)航信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性，可以考慮一種改進(jìn)的分段FFT兩級(jí)二維快速捕獲方法，通過兩級(jí)捕獲的處理以適應(yīng)低軌高動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景，可在有限時(shí)間內(nèi)完成捕獲，并滿足后續(xù)跟蹤等信號(hào)處理的精度，同時(shí)降低運(yùn)算復(fù)雜度滿足硬件設(shè)計(jì)需求。


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作者信息：

宋若宇1，王振嶺1，蔚小龍1，劉亞廷2

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；
2.火箭軍裝備部駐廊坊地區(qū)軍事代表室，河北 廊坊 065000）


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