具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

需要说明的是，本申请主要应用于低轨卫星短帧突发通信，通信体制为直接序列扩频+BPSK，适用于需要处理多种业务，多种通信速率，且资源严重受限的通信系统。对于低轨卫星通信系统，为实现多业务、低复杂度、多速率的接收需要对用户帧结构进行设计。如图2所示。帧结构包括导频段、勤务段以及数据段。导频段与勤务段采用固定扩频比，数据段的扩频比根据用户数据的通信速率调整。导频段不包含调制信息，接收机算法中的捕获和跟踪模块使用导频段信号进行频偏和码相位偏移估计，并对信号进行频率补偿。勤务段包括帧开始标志，用户地址、传输业务及通信速率等重要信息。数据段为用户传输的信息。即需要在用户端到来之前，完成对勤务段的解调译码，并及时将通信速率信息反馈至解扩模块和解调模块，解扩模块准备切换扩频码码字，进行数据段解扩，解调模块准备切换数据速率，进行数据段解调。

图1是本申请实施例提供的星载接收机的信号处理方法的步骤流程图，图2是本申请实施例提供的用户帧的结构示意图，图3是本申请实施例提供的星载接收机的信号处理流程图，图4是本申请实施例提供的捕获扩频信号的示意图，图5是本申请实施例提供的解调处理示意图，图6是本申请实施例提供的终端星历预补偿的示意图。下面结合图1至图6对本申请实施例提供的星载接收机的信号处理方法进行详细解释和说明。

如图1所示，本申请实施例提供的星载接收机的信号处理方法，包括：

步骤101：捕获用户发送的扩频信号；

在本步骤中，基于串并结合的搜索方式在多个频偏通道中对用户发送的扩频信号进行全相干捕获。具体的，使用串行并行结合通道搜索的全相干捕获，将基带数据与本地扩频码进行相关，进行时频二维平面搜索。完成二维平面搜索后，进行峰值检测，并与门限进行判决，若超过门限，则信号进行频偏粗补偿以及本地码相位粗调整。如果没有超过门限，则重新开始信号搜索。其中，在捕获阶段由于存在多路捕获通道并行处理，若多个并行处理通道分别存储本地扩频码序列则需要消耗大量的硬件存储资源。因此，本申请采用本地扩频码序列复用的方法，即只使用1个本地扩频码序列存储模块，在多个并行处理通道间进行复用，从而可以节省大量的硬件存储资源。此外，本申请采用全相干捕获算法，搜索频偏精度高，降低了后续算法模块的复杂度，同时能够在更低的信噪比下进行工作。

需要说明的是，本申请实施例提供的串行并行结合通道搜索的全相干捕获方式，相比于传统方法（全并行搜索或全串行搜索）可以在时间、硬件资源均受限的条件下完成直接序列扩频信号的全相干捕获。

步骤102：根据所述扩频信号的导频段，对所述扩频信号进行频偏和本地码相位偏移的估计和粗补偿，以及，在预设搜索范围内，持续跟踪粗补偿后的扩频信号的码相位偏移，精细调整本地码相位，以实现所接收的所述扩频信号的码相位与本地码相位的精同步；

在本步骤中，可选的，对进行频偏粗补偿以及本地码相位粗调整的信号进行码相位偏移进行精度为0.5Chip，搜索范围为±1Chip的持续搜索，精细地调整本地码相位，使接收信号的码相位与本地码相位实时同步，完成本地码相位的精同步。具体的，在本地使用相同扩频码的前后移位作为不同通道，多个通道同时与输入信号进行相关解扩运算。积累若干符号后进行判决，相关值最大的通道即判决为中间通道，以该通道为基准进行调整，以完成本地码相位的精细调整，同时对信号进行解扩。在跟踪开始后，帧头同步模块持续对解扩结果进行相关，在相关结果高于门限后，即接收到帧的开始时，解调模块开始工作。

步骤103：在所述扩频信号跟踪稳定后，将各个用户发送的扩频信号的勤务段分为多个子勤务段进行缓存，并依次对缓存好的子勤务段数据进行解调；

在本步骤中，如图5所示，将各个用户的勤务段分为多个子勤务段进行缓存。当某一用户完成当前子勤务段的缓存后，即对这一子勤务段数据进行解调，此时认为处理数据的时延很短，其处理速度要远快于缓存数据存满的速度。而对于多个用户，每个用户分别缓存了一段数据后，均需要等待一定时间才能存满下一段需要处理的数据。因此在此段时间内，可以时分复用一个接收机，对已经缓存好的多个用户的数据依次进行解调。需要说明的是，对用户数据进行解调的整个流程需要在接收满该用户下一段数据全部子段数据前完成，由此保证在处理各个用户当前缓存好的子勤务段数据的时候，不会出现下一段数据存满缓存器，而本段数据还在处理的情况，从而避免了解调过程中数据溢出丢失，导致解调结果出现的问题。

步骤104：在用户的勤务段数据解调完成后，根据用户的勤务段指示的用户传输业务，确定用户的通信速率；

在本步骤中，当用户的勤务段数据解调完成后，准备开始进行用户数据段的解调，由于每个用户的传输业务不同，其数据段速率和长度均有所不同。因此，对不同用户的数据段首先根据其勤务段指示的用户传输业务对用户进行分组，将速率接近或相同的用户分为一组，共用一个解调接收机。

步骤105：将通信速率偏差值在预设阈值范围内的用户的数据段分为多个子数据段进行缓存，并依次对缓存好的子数据段数据进行解调。

在本步骤中，对于通信速率相同或接近的用户，首先将其数据段分为多个子数据段进行缓存，当某一用户完成一个子数据段数据缓存后，即对其进行解调。需要说明的是，对用户数据进行解调的整个流程需要在接收满该用户下一段数据全部子段数据前完成，由此保证在处理各个用户当前缓存好的子数据段数据的时候，不会出现下一段数据存满缓存器，而本段数据还在处理的情况，从而避免了解调过程中数据溢出丢失，导致解调结果出现的问题。其中，预设阈值范围为[250SPS，256KSPS]，即既包括两个端点值250SPS和256KSPS，也包括中间值。

需要说明的是，传统的解调方式需要将用户数据全部离线缓存，后根据本地搜索或FFT的方法估计出的频偏和相位对离线缓存的数据进行补偿，使用此方法对于单用户的解调就会耗费大量的资源。而对于多用户解调来说，传统方法直接采取增加解调模块的方法并不可取。本申请实施例对于每个用户的解调，采用本地模板对用户的频偏和相位进行并行搜索，大大节约了星上资源和时间损耗，相比于传统的本地FFT搜索频偏和相位的解调方法，精度更高，消耗资源更少。

由上面技术方案可知，本申请实施例在捕获阶段：捕获用户发送的扩频信号；在跟踪阶段：根据所述扩频信号的导频段，对所述扩频信号进行频偏和本地码相位偏移的估计和粗补偿，以及，在预设搜索范围内，持续跟踪粗补偿后的扩频信号的码相位偏移，精细调整本地码相位，以实现接收所述扩频信号的码相位与本地码相位的精同步；在解调阶段：将各个用户发送的扩频信号的勤务段分为多个子勤务段进行缓存，并依次对缓存好的子勤务段数据进行解调；在用户的勤务段数据解调完成后，根据用户的勤务段指示的用户传输业务，确定用户的通信速率；将通信速率相同或接近的用户的数据段分为多个子数据段进行缓存，并依次对缓存好的子勤务段数据进行解调。由此可见，本申请实施例可以实现对不同业务，不同速率的信号的低延时处理。同时本申请实施例具有低复杂度的特点，以应对星上通信接收机的资源、功耗受限的情景。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述捕获用户发送的扩频信号，包括：

基于串并结合的搜索方式在多个频偏通道中对用户发送的扩频信号进行全相干捕获。

在本实施例中，需要说明的是，在捕获阶段需要对多个频偏通道进行搜索，现有方法为全并行搜索或全串行搜索。在该设计中由于码片速率较高，频偏通道数较多，不满足全串行搜索的时序要求；同时由于星上载荷硬件资源受限，不足以支持全并行搜索的硬件资源消耗。故本申请采用串行并行结合通道搜索的全相干捕获方法，能够在满足时序要求的串行搜索中插入并行搜索，在时间、硬件资源均受限的条件下完成直接序列扩频信号的全相干捕获。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，对缓存好的子勤务段数据进行解调，以及，对缓存好的子数据段数据进行解调，包括：

采用本地模板搜索用户的频偏和相位的方式，对用户缓存好的子勤务段数据和子数据段数据进行解调。

在本实施例中，需要说明的是，本申请可以适应不同业务的多速率信号的解调。相比于传统算法的恒定速率解调，本申请可以对不同速率进行不同精度的频偏相位估计，选择适合本速率的最优模板进行频偏搜索，具有效率高，低资源消耗的特点。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述扩频信号是基于用户设备根据所读取的星历信息进行频偏和码相位偏移预补偿后发送的。

在本实施例中，需要说明的是，由于低轨卫星通信系统具有高动态的特性，星地之间的多普勒范围较大，而随着捕获范围的增大，捕获消耗的资源不断增加。因此，本申请通过地面终端读取星历信息，根据星历信息计算出相对的多普勒效应，从而对信号的频偏和码偏进行预补偿。可见，本申请通过星历预补偿的方式，解决了传统捕获模块搜索范围大，补偿码偏所带来的巨量资源消耗的问题，大大降低了接收机复杂度。可见，本申请能够适应卫星上运算资源、存储资源以及能量供给严重受限的场景。通过模块的复用，算法的改进以及星历预补偿的方式实现了低复杂度的星载接收机。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述依次对缓存好的子勤务段数据进行解调，包括：

根据用户完成当前子勤务段缓存的顺序，依次对各个用户的子勤务段数据进行解调。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述依次对缓存好的子数据段数据进行解调，包括：

根据用户完成当前子数据段缓存的顺序，依次对各个用户的子数据段数据进行解调。

基于上述实施例的内容，在本实施例中，本申请支持报文、语音等多种业务的低轨卫星通信服务，适应多种不同的数据速率。相对于传统的单业务通信载荷卫星，功能全面，能够根据业务类型选择合适的通信速率，可以实现更加合理的功率分配。

基于相同的发明构思，本发明另一实施例提供了一种星载接收机的信号处理装置，如图7所示，所述装置包括：

捕获模块1，用于捕获用户发送的扩频信号；

第一处理模块2，用于根据所述扩频信号的导频段，对所述扩频信号进行频偏和本地码相位偏移的估计和粗补偿，以及，在预设搜索范围内，持续跟踪粗补偿后的扩频信号的码相位偏移，精细调整本地码相位，以实现所接收的所述扩频信号的码相位与本地码相位的精同步；

第二处理模块3，用于在所述扩频信号跟踪稳定后，将各个用户发送的扩频信号的勤务段分为多个子勤务段进行缓存，并依次对缓存好的子勤务段数据进行解调；

第三处理模块4，用于在用户的勤务段数据解调完成后，根据用户的勤务段指示的用户传输业务，确定用户的通信速率；

第四处理模块5，用于将通信速率偏差值在预设阈值范围内的用户的数据段分为多个子数据段进行缓存，并依次对缓存好的子数据段数据进行解调。

在本实施例中，基于串并结合的搜索方式在多个频偏通道中对用户发送的扩频信号进行全相干捕获。具体的，使用串行并行结合通道搜索的全相干捕获，将基带数据与本地扩频码进行相关，进行时频二维平面搜索。完成二维平面搜索后，进行峰值检测，并与门限进行判决，若超过门限，则信号进行频偏粗补偿以及本地码相位粗调整。如果没有超过门限，则重新开始信号搜索。其中，在捕获阶段由于存在多路捕获通道并行处理，若多个并行处理通道分别存储本地扩频码序列则需要消耗大量的硬件存储资源。因此，本申请采用本地扩频码序列复用的方法，即只使用1个本地扩频码序列存储模块，在多个并行处理通道间进行复用，从而可以节省大量的硬件存储资源。

需要说明的是，本申请实施例提供的串行并行结合通道搜索的全相干捕获方式，相比于传统方法（全并行搜索或全串行搜索）可以在时间、硬件资源均受限的条件下完成直接序列扩频信号的全相干捕获。

在本实施例中，可选的，对进行频偏粗补偿以及本地码相位粗调整的信号进行码相位偏移进行精度为0.5Chip，搜索范围为±1Chip的持续搜索，精细地调整本地码相位，使接收信号的码相位与本地码相位实时同步，完成本地码相位的精同步。同时对信号进行解扩。在跟踪开始后，帧头同步模块持续对解扩结果进行相关，在相关结果高于门限后，即接收到帧的开始时，解调模块开始工作。

在本实施例中，如图5所示，将各个用户的勤务段分为多个子勤务段进行缓存。当某一用户完成当前子勤务段的缓存后，即对这一子勤务段数据进行解调，此时认为处理数据的时延很短，其处理速度要远快于缓存数据存满的速度。而对于多个用户，每个用户分别缓存了一段数据后，均需要等待一定时间才能存满下一段需要处理的数据。因此在此段时间内，可以时分复用一个接收机，对已经缓存好的多个用户的数据依次进行解调。需要说明的是，对用户数据进行解调的整个流程需要在接收满该用户下一段数据全部子段数据前完成，由此保证在处理各个用户当前缓存好的子勤务段数据的时候，不会出现下一段数据存满缓存器，而本段数据还在处理的情况，从而避免了解调过程中数据溢出丢失，导致解调结果出现的问题。

在本实施例中，当用户的勤务段数据解调完成后，准备开始进行用户数据段的解调，由于每个用户的传输业务不同，其数据段速率和长度均有所不同。因此，对不同用户的数据段首先根据其勤务段指示的用户传输业务对用户进行分组，将速率接近或相同的用户分为一组，共用一个解调接收机。

在本实施例中，对于通信速率相同或接近的用户，首先将其数据段分为多个子数据段进行缓存，当某一用户完成一个子数据段数据缓存后，即对其进行解调。需要说明的是，对用户数据进行解调的整个流程需要在接收满该用户下一段数据全部子段数据前完成，由此保证在处理各个用户当前缓存好的子数据段数据的时候，不会出现下一段数据存满缓存器，而本段数据还在处理的情况，从而避免了解调过程中数据溢出丢失，导致解调结果出现的问题。

需要说明的是，传统的解调方式需要将用户数据全部离线缓存，后根据本地搜索或FFT的方法估计出的频偏和相位对离线缓存的数据进行补偿，使用此方法对于单用户的解调就会耗费大量的资源。而对于多用户解调来说，传统方法直接采取增加解调模块的方法并不可取。本申请实施例对于每个用户的解调，采用本地模板对用户的频偏和相位进行并行搜索，大大节约了星上资源和时间损耗，相比于传统的本地FFT搜索频偏和相位的解调方法，精度更高，消耗资源更少。

由上面技术方案可知，本申请实施例在捕获阶段：捕获用户发送的扩频信号；在跟踪阶段：根据所述扩频信号的导频段，对所述扩频信号进行频偏和本地码相位偏移的估计和粗补偿，以及，在预设搜索范围内，持续跟踪粗补偿后的扩频信号的码相位偏移，精细调整本地码相位，以实现所接收的所述扩频信号的码相位与本地码相位的精同步；在解调阶段：将各个用户发送的扩频信号的勤务段分为多个子勤务段进行缓存，并依次对缓存好的子勤务段数据进行解调；在用户的勤务段数据解调完成后，根据用户的勤务段指示的用户传输业务，确定用户的通信速率；将通信速率偏差值在预设阈值范围内的用户的数据段分为多个子数据段进行缓存，并依次对缓存好的子数据段数据进行解调。由此可见，本申请实施例可以实现对不同业务，不同速率的信号的低延时处理。同时本申请实施例具有低复杂度的特点，以应对星上通信接收机的资源、功耗受限的情景。

图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行星载接收机的信号处理方法，该方法包括：捕获用户发送的扩频信号；根据所述扩频信号的导频段，对所述扩频信号进行频偏和本地码相位偏移的估计和粗补偿，以及，在预设搜索范围内，持续跟踪粗补偿后的扩频信号的码相位偏移，精细调整本地码相位，以实现所接收的所述扩频信号的码相位与本地码相位的精同步；在所述扩频信号跟踪稳定后，将各个用户发送的扩频信号的勤务段分为多个子勤务段进行缓存，并依次对缓存好的子勤务段数据进行解调；在用户的勤务段数据解调完成后，根据用户的勤务段指示的用户传输业务，确定用户的通信速率；将通信速率偏差值在预设阈值范围内的用户的数据段分为多个子数据段进行缓存，并依次对缓存好的子数据段数据进行解调。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的星载接收机的信号处理方法，该方法包括：捕获用户发送的扩频信号；根据所述扩频信号的导频段，对所述扩频信号进行频偏和本地码相位偏移的估计和粗补偿，以及，在预设搜索范围内，持续跟踪粗补偿后的扩频信号的码相位偏移，精细调整本地码相位，以实现所接收的所述扩频信号的码相位与本地码相位的精同步；在所述扩频信号跟踪稳定后，将各个用户发送的扩频信号的勤务段分为多个子勤务段进行缓存，并依次对缓存好的子勤务段数据进行解调；在用户的勤务段数据解调完成后，根据用户的勤务段指示的用户传输业务，确定用户的通信速率；将通信速率偏差值在预设阈值范围内的用户的数据段分为多个子数据段进行缓存，并依次对缓存好的子数据段数据进行解调。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的星载接收机的信号处理方法，该方法包括：捕获用户发送的扩频信号；根据所述扩频信号的导频段，对所述扩频信号进行频偏和本地码相位偏移的估计和粗补偿，以及，在预设搜索范围内，持续跟踪粗补偿后的扩频信号的码相位偏移，精细调整本地码相位，以实现所接收的所述扩频信号的码相位与本地码相位的精同步；在所述扩频信号跟踪稳定后，将各个用户发送的扩频信号的勤务段分为多个子勤务段进行缓存，并依次对缓存好的子勤务段数据进行解调；在用户的勤务段数据解调完成后，根据用户的勤务段指示的用户传输业务，确定用户的通信速率；将通信速率偏差值在预设阈值范围内的用户的数据段分为多个子数据段进行缓存，并依次对缓存好的子数据段数据进行解调。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。