● 摘要
深空通信具有距离远、接收信号微弱和多普勒动态大等特点，信号的接收检测是其面临的首要问题。现有的方法普遍存在着频率捕获范围较窄，估计精度不足，无法适应低信噪比(SNR)、高动态环境的缺点。同时，随着近年来深空通信技术的进一步发展及国际间空间通信合作的要求，不同通信体制的探测器需要相互通信，它们可能使用不同的调制方式、符号速率、纠错码等，因此需要在信号类型未知的条件下进行自主检测。
本文围绕深空微弱高动态信号自主检测问题展开研究工作，主要研究成果归纳如下：
(1) 针对低SNR、高动态环境下信号的捕获跟踪问题，采用了多普勒变化率消除的FFT捕获算法以及二阶FLL辅助三阶PLL的跟踪算法，在Eb/N0低至4dB时能够容忍较高的多普勒动态。为了进一步降低接收信号的同步解调门限，提出了一种基于判决反馈环的编码辅助同步算法，采用最大似然估计准则，利用译码后的判决信息更新载波同步环的误差信号，去除调制信息、提高相位估计精度，以获得误比特率性能的提升。
(2) 针对SNR范围未知的信号自主检测问题，提出了一种函数修正的自适应滤波算法，设计噪声统计参数自适应调整策略，并在此过程中构造修正函数保证噪声方差矩阵的非负定性，从而保证滤波的收敛性。结果表明提出算法的跟踪精度高于广泛使用的Sage-Husa自适应滤波算法。在此基础上，提出一种自适应融合的交互式多模型(IMM)算法，根据系统收敛判断条件自适应调整模型集中各模型概率，与函数修正自适应滤波算法相比，收敛时间缩短了一倍左右，在一定程度上兼顾了跟踪精度与收敛时间的要求。
(3) 针对调制方式未知的信号自主检测问题，提出了一种TONG锁定检测算法，构造出各种调制方式的锁定检测量，采用多次驻留的信号检测策略来快速检测出当前的调制方式，在Eb/N0为3dB以上时，检测概率可达到90%以上。
(4) 针对码速率未知的信号自主检测问题，提出了一种改进的分离符号矩估计(SSME)算法，在极低SNR条件下分区计算符号SNR并进行比较选大，从而求出实际码速率，并考虑码元起始点未知的情况。在相同的误估计概率情况下，该算法的计算复杂度不到多次累加延迟相乘法的10%。位同步采用了一种简化的分段抛物线Farrow多项式内插方法，在单个码元采样点很少的时，其BER性能依然接近于BER性能理论值。