题目：卫星综合基带系统关键技术研究

近年来，综合基带系统已成为卫星遥测、跟踪和遥控任务的关键组成部分。卫星综合基带系统是指将测控通信系统中的测距、测速、遥控、遥测、数传等多项功能有机地综合在一起的终端系统。随着我国北斗卫星导航系统的快速发展与建设，卫星发射前的地面测试任务日益繁重。如何将卫星遥控、遥测、测距、模拟、测试及数传等功能融合在一个系统框架下，建立统一扩频测控体制，满足抗干扰、高保密性、精密测距、高数据速率、便于实现CDMA多目标测控信号混合传输等需求，已经成为当前卫星测控技术的重要任务。

本文以北斗卫星导航系统的地面测试设备为背景，针对卫星综合基带系统中的一系列关键技术展开研究。针对卫星精密测距所需要的长周期伪码，分析了其在低信噪比和高动态环境下的初始同步问题，并提出一种快速捕获方法；针对高动态环境下的大多普勒频率偏移导致的扩频接收设备性能下降的问题，提出了一种适用于各种伪码捕获结构的本地频率单元叠加方法，并且在不增加系统复杂性的前提下，设计了该方法的硬件实现并分析了其在极端条件下的性能；针对高动态及高数据速率的数传模式，提出了无数据干扰的复合式载波捕获的数据同步系统。具体而言，本文主要研究工作和贡献如下：

1、针对多普勒效应对捕获的影响进行了深入分析，在此基础上建立了最小频率步长及相关长度等捕获系统参数设置的指导原则；提出了一种以相关模块为分析单元的平均捕获时间算法，将该算法应用在短码和各种类型的长码捕获中，并特别针对长码的平均法和折叠法建立了平均捕获时间的分析模型。

2、分析了高动态环境下码多普勒频偏以及残余频差对已有的长码快速捕获技术应用的限制。在此限制条件下提出了长周期伪码双通道快速捕获方法，分析了其动态范围，相关运算结果的特点及其统计特性。为适应卫星接收信号低信噪比的特点，提出了以最大值检测和统计策略为主的捕获验证方法，分析了在双通道结构以及该验证方法基础上的虚警概率的特点，推导出了捕获概率及平均捕获时间的表达式。对同一虚警概率下的双通道法、一般补零法和基于本地码折叠的方法（XFAST）进行的仿真对比显示，高动态环境下双通道法的长周期伪码捕获性能要优于已有的伪码捕获方法。

3、提出了一种针对高动态环境下大多普勒频移的伪码捕获频率补偿方法。通过对本地频率区间的叠加，替代了结构繁琐且效率低下的传统频率搜索技术。首先，针对本地频率叠加总结出了最简等效表达式及适用于其它主流伪码捕获结构的硬件实现，分析了叠加次数及区间划分对系统性能的影响；其次，针对该方法提出了一种相干累加的结构以提高其捕获性能。仿真结果表明基于该频率折叠的伪码捕获方法性能优于传统的频率搜索，并且对接收信号的信噪比下降不敏感。

4、针对综合基带系统的数传模式对高数据速率和高动态环境的要求，提出了一种载波捕获方法。该方法将IQ两路接收数据合并以消除高速数据对跟踪环路的影响，通过FFT以及非相干累加实现了峰值检测、精确载噪比估计以及噪声功率估计等一系列功能。理论分析和仿真推导出了这种方法在不同载噪比环境下的适应性。硬件调试结果表明，复合数据同步系统通过消除数据影响，大幅减小了同步性能与传输数据速率的相关性，且配合灵活可配置参数的高阶CIC滤波器和数字环路可以较低信噪比环境下各种高速数据的可靠跟踪，具有令人满意的信号同步性能。