具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

本实施例提供的高动态环境下双M元编码扩频方法，是针对高动态环境下扩频通信系统的精准发送与同步捕获接收方法，如图1所示，具体包括：

步骤S1、数字信号的产生与处理

发射端产生的信号s_k为信息流，则发送信号s(t)可表示为：

其中，R_s为码元速度，T_s为码元宽度，s_n为信息码， T_s＝1/R_s。

此外，需要对信号流进行串并转换处理，并依据扩频系统的设计要求进行初始化参数设置。

步骤S2、对发送信号进行双调制处理。

对发送信号进行双调制处理，分别为扩频调制和BPSK调制。其中，扩频调制基于双M元编码扩频方式进行，此种扩频方式产生的扩频码，不仅保证了良好的自相关特性，且可降低选码难度，降低实际系统开发的复杂度。

1.扩频调制

本发明中，基于m序列来构造性能良好的扩频码。一般用生成函数来表示一个序列，如图3所示，若{b_m}＝{b₀,b₁,b₂,…}表示移位寄存器的输出序列，其下标的数字表示时间，则输出序列的生成函数G(x)为：

若

在本发明中，待发送的信息序列按每K比特划分为一个符号，那么所需M条扩频码对应传输每个输入符号的信息内容。双M元编码的具体步骤如下：

(1)首先随机选择一条扩频码作为原型扩频码，此扩频码的长度为L，用c_0～L-1表示扩频码中的码片，其中L≥M，M＝2^K；

(2)将原型扩频码在同一方向顺次移动，每次移动d个单位长度，d为正整数，d的取值需保证循环移位后的扩频码与已产生的扩频码不重复，经次循环移位后，可对应生成条扩频码；

(3)剩余的条扩频码可对已生成的扩频码取反获得；取反的含义为：对已生成的条扩频码中-1对应变成1,1对应变成-1。

循环移位后的扩频码可用q_i进行表示，具体产生方式见图4。

由于采用双M元编码扩频方式，因此只需要产生条扩频码即可，极大降低了生成扩频码的复杂度。

将生成的M条扩频码与原始信号进行扩频调制得到扩频信号。

2.BPSK调制

扩频后的信号，需要通过BPSK进行二次调制。信号经过双调制后，可表示为：

其中，E代表平均功率，p(t)为扩频码波形，θ为随机载波相位，f_c为载波频率，τ为接收的扩频码相位偏差，f_d为频率偏差。

对于未知的τ和f_d来说，两者的平均似然函数是r的条件概率密度函数中关于θ期望的极限。其表示为：

步骤S3、输入信道进行传输

在信道传输过程中，假想干扰是不存在的，仅仅存在AWGN信道的噪声对信号产生干扰，噪声信号用n(t)表示，E[n(t)]＝0。由于噪声是零均值的，故E[r_i]＝s_i，且高斯白噪声的自相关函数为

步骤S4、获取接收信号

通过AWGN信道后，接收信号可以表示为：

r(t)＝s(t)+n(t)0≤t≤T

其中，s(t)为发送信号，n(t)为加性高斯白噪声，T为观察持续的时间。

由于在时间间隔T内保持正交的基函数完备集满足：

那么发送信号和接收信号可表示为：

利用基函数完备集和求得上述式子的展开系数，分别表示为：

步骤S5、扩频码捕获处理

如图6所示，扩频码捕获过程主要是：将采样的信号与本地NCO产生的本振信号混频后，输入到部分匹配滤波器进行相关运算；对部分匹配滤波器输出的数据进行加海明窗处理，再采用FFT算法进行频域分析，最后进行阈值逼近判决，从而完成扩频码相位和频率偏差的二维搜索。

其中，采用海明窗进行处理，可使旁瓣显著减小，其序列为：

如图5所示，经过海明窗进行处理，能够减小傅里叶变换输出频谱峰值衰减程度并减小频谱泄漏。

若FFT计算出的频谱峰值高于捕获判决预设的阈值，则判定当前接收信号的扩频码与本地扩频码相位一致，从而完成扩频码相位和频率偏差的二维搜索。此时接收信号的扩频码长度为L，频率偏差为f_d，长度为W的部分匹配滤波器的数量为Q，经归一化处理，并对Q个部分匹配滤波器输出的相关值进行N点FFT运算后，FFT结果中的第k点的归一化幅频响应为：

若Q≠2ⁿ，那么FFT结果中的第k点的归一化幅频响应为：

步骤S6、参数估计及优化。

在r(t)展开式中，系数是高斯的、统计独立的，方差为因此，

带入似然函数的求解公式当中，将最大似然估计无关因子消去，可得：

通过积分运算，交换求极限和积分运算的次序，可得：

那么平均似然函数为：

其中，S为信号波形在观察时间间隔内的能量。因为S在所选参数范围内变化不大，因此可以将包含其的因子删去，可得：

假设接收载波的相位θ在[0,2π]内均匀分布，关于θ的三角展开式及积分可写为：

其中，

通过遍历τ和f_d的所有可能值，并选择R(τ,f_d)的最大值来确定估计参数的值，则有：

步骤S7、解扩解调恢复信号

为在接收端获得有效的数据信息，在接收端需要对接收的信号进行正确解扩，而解扩的前提是扩频码的同步，本发明的捕获算法有效的保证了扩频码的同步。在接收端进行解扩处理，将信号的频带恢复为原始信号序列的带宽，即为中频调制信号。然后紧接着进行解调处理，最后恢复出所传输的信息s(t)，完成信息的传输。

本发明提供的另一个实施例是一种高动态环境下双M元编码扩频系统，如图2所示，该系统包括发射端101、接收端102和传输信道103。

其中，发射端101用于产生原始数字信号，并对原始信号串并转换后，基于双M元编码扩频方式，生成扩频码，将生成的扩频码与原始信号进行扩频调制得到扩频信号，再将扩频信号经BPSK二次调制，获得发送信号。

发送信号经传输信道103传输至接收端102。

接收端102，首先对接收的信号采用PMF-H-FFT-LF捕获算法，实现扩频码的同步，具体为：

捕获单元将采样的发送信号与本地NCO产生的本振信号混频后，输入到部分匹配滤波器进行相关运算；对部分匹配滤波器输出的数据进行加海明窗处理，再采用FFT算法进行频域分析，最后进行阈值逼近判决，从而完成扩频码相位和频率偏差的二维搜索。

然后，解扩解调单元对接收的有效信号进行解扩处理，将信号的频带恢复为原始信号序列的带宽，即为中频调制信号。然后紧接着进行解调处理，最后恢复出所传输的信息，完成信息的传输。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。