1.1目的及意义：

扩频通信，Spread Spectrum Communication，即扩展频谱通信是一种信息传递方式，其信号所占用的频带宽度远大于所传输信息必须的最小带宽。扩频通信具有抗干扰性强、可进行多址通信、保密性强、抗多径衰落、低功率密度谱，和适合数字话音和数据传输的特点。扩频通信频带的展宽是通过一个独立的扩频码来进行扩频编码和调制实现的，与所传信息数据并无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩和恢复信息数据。因而，选用什么样的扩频码成为了一个重要的问题。香农编码定理指出，在某些条件下为了实现最有效的通信，应采用具有高斯统计特性的白噪声信号。另外，为了实现可靠的保密通信，也希望利用白噪声。但是，由于白噪声信号的产生、加工和复制至今仍存在着许多困难，因此人们找到了一些容易产生又便于加工和复制的伪随机序列。由于伪随机序列的统计特性逼近高斯白噪声的统计特性，故扩频通信通常使用伪随机序列充当扩频码，对待传送的信号进行调制，实现频谱扩展后再传输。

但是，扩频通信系统也有许多比普通通信系统更加复杂的技术问题，这也使扩频通信的发展受到一定的限制。扩频通信要求接收机本地产生的伪随机码必须与接受到的伪随机码对齐，才能进行数据接收，故扩频通信比普通通信多了一个伪码同步的步骤。伪码同步共分为两个阶段：一是捕获阶段，调整和选择本地扩频码序列，使它与接收到的扩频码序列相位保持在一个码元宽度内；二是跟踪阶段，使本地扩频码序列的相位一直跟踪接收到的扩频码相位变化，且一直保持在一个码片内。其中伪码的捕获技术正是扩频系统能否捕获并完成解扩信号的关键，也是本文的重点研究内容。

伪码捕获涉及四个步骤：相关、积累、检测，和判决。其中相关，是指的通过本地伪码和接收信号之间的相关运算，来实现对信号的捕获，具体的方法有时域串行搜索和匹配滤波等方法；积累，是指将本地伪码信号与接收信号的相关结果进行积累，提高了进入检波器中信号的信噪比，这就避免了捕获门限值设置过低而导致虚警概率提高的问题，可以提高接收器的可靠性，积累方法有：相干积累、非相干积累。虚警概率是指雷达探测过程中，采用门限检测的方法时由于噪声的普遍存在和起伏，实际不存在目标却判断为有目标的概率；检测，是指从带有干扰的波动信号中检测出有用信号。从检测方式考虑，伪码捕获有单驻留、多驻留和序贯检测方式；从门限设置有，固定门限检测法、最大观测量选择法，和恒虚警检测法。本文主要讨论恒虚警检测法和双驻留检测方式。常见的信号捕获判决策略有：单次判决、M/N判决、（M/N 1）判决，和Tong判决算法。本文主要研究Tong判决，Tong判决可以在低信噪比环境中获得较好的捕获性能。

鉴于扩频通信所具有的众多优点，这种技术越来越受到人们的重视，并广泛地应用于众多领域，例如天基测控。天基测控是火箭、导弹等航天运载器在飞行过程中，通过中继卫星进行数据中继传输，并与地面站进行通信的一种测控模式，它弥补了地基测控覆盖率低、机动性差和费用高等缺点。随着航空技术的发展对于高速运动目标的信息捕获提出了更高的要求，传统的S频段天基测控传输速率不高，无法满足高速数据的需求。而Ka频段具有频率范围高，干扰小，可以利用的带宽资源多，同一时间内传输数据量大的优点，使其多运用于高动态目标的伪码捕获，这也就对伪码捕获提出了更高的要求。首先，高动态目标要求伪码捕获的速度尽可能的快。但是传统的捕获方法为了提高捕获精度往往对捕获时间进行了限制，但是若缩短捕获时间又无法对捕获精度进行保障。高动态目标对捕获精度和捕获时间同时提出了更高的要求；其次，高动态目标也就代表着运动目标相对于测试点具有很高的径向加速度和加速度，这也使得接收信号的载波多普勒较高，对于低轨道卫星的多普勒频偏则可以达到几十千赫兹。在存在如此大的多普勒频偏时，会使相关能量检测器输出急剧衰减（研究表明4KHz的多普勒频偏会导致相关输出衰减3dB，而天基测控中的多普勒频偏范围在0-40KHz），也就是检测不到伪码是否同步。如果仅仅简单的降低检测门限又会导致虚警概率过高，将实际并未同步的情况判断为同步，使捕获精度大大降低。因而对Ka频段的天基测控如何解决大多普勒频偏和快速捕获成为现在研究的热门问题。我国在2015年于西昌卫星发射中心发射的“通信技术试验卫星一号”，就是用于Ka频段通信链路的测试验证。

同时扩频通信在导航定位系统中也有广泛应用，如我国自主研发的用于有源三维卫星定位与通信的北斗卫星导航定位系统。其中北斗卫星信号的捕获是北斗用户接收机的关键技术之一，捕获性能的优劣直接影响着北斗导航系统的精度和实时性要求。因此如何提高信噪比，提高信号的捕获效率是实现伪码捕获的关键性问题。

本文研究的内容主要集中在信噪比很低或者是存在大多普勒频偏时，如何有效的完成伪码捕获。

1.2国内外研究现状（除理论上，还有那些最新研究成果）

伪码捕获主要分为两大类，串行捕获和并行捕获。串行捕获简单容易实现，但捕获时间较长；并行捕获捕获时间短，但捕获电路的硬件设备量很大。

关于串行捕获主要分为时域下的串行捕获和频域下基于FFT的串行捕获。时域下的串行捕获最早由G.F.Sage于1964年提出了滑动串行捕获法：它是通过按一定步长，如1/2chip，不断步进本地伪码，并在每个相位进行相关检测来判断该相位是否同步。为了减少捕获时间，又提出了双向滑动串行捕获法。双向滑动系统的区别在于它产生两个本地伪码序列，一个不断滞后1/2chip，另一个不断超前1/2chip，分别与接收序列进行相关运算。任一个大于门限则捕获成功，否则继续滑动。由于串行搜索对一个伪码相位完成一次积分的时间是固定的，且是由采样周期决定的。所以完成全部码相位搜索的时间也是固定的，这样就大大限制了搜索速度。但是它只需要少数几个数字相关器，并且这些相关器随后也可以用于信号跟踪，从而降低了硬件设计的复杂程度。