專(zhuān)利名稱(chēng)：一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)的載波跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)的載波跟蹤裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)目前已經(jīng)開(kāi)展研制更新的探測(cè)器，用于對(duì)更遙遠(yuǎn)的天體進(jìn)行探測(cè)，包括金星、火星、木星等。月球到地球的最遠(yuǎn)距離約40萬(wàn)公里，而火星到地球的最遠(yuǎn)距離約4億公里，距離拓展了 1000倍。在深空探測(cè)中，接收信號(hào)的信噪比動(dòng)態(tài)范圍很大，C/N0從高信噪比的117dBHz到低信噪比的20dBHz，并且接收信號(hào)的多普勒頻率變化率的變化范圍很大，從高信噪比時(shí)的5KHz/s以上，到低信噪比時(shí)的20Hz/s左右，對(duì)星上應(yīng)答機(jī)的載波跟蹤技術(shù)提出了更高的要求。而目前已經(jīng)飛行的月球衛(wèi)星CE-1/2上應(yīng)答機(jī)的跟蹤靈敏度只達(dá)到了47dBHz以上，不能滿足更遠(yuǎn)的深空探測(cè)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)的載波跟蹤裝置，可根據(jù)對(duì)輸入信號(hào)基帶信號(hào)的估計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)上行載波信號(hào)的自適應(yīng)跟蹤。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)的載波跟蹤裝置，包括A/D轉(zhuǎn)換器，正交下變頻，數(shù)控振蕩器，估計(jì)模塊，積分器、主載波鑒頻鑒相器和環(huán)路濾波器，輸入信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后將產(chǎn)生的采樣信號(hào)輸出到正交下變頻模塊；所述正交下變頻模塊利用數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的本地參考信號(hào)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行下變頻產(chǎn)生基帶信號(hào)；所述數(shù)控振蕩器根據(jù)輸入的載波頻偏控制字和載波跟蹤頻率控制字產(chǎn)生本地參考信號(hào)，載波頻偏控制字由估計(jì)模塊根據(jù)基帶信號(hào)產(chǎn)生；載波跟蹤頻率控制字由環(huán)路濾波器根據(jù)主載波鑒頻鑒相器輸出的鑒頻鑒相誤差信號(hào)產(chǎn)生，所述主載波鑒頻鑒相器根據(jù)所述積分器對(duì)基帶信號(hào)的積分信號(hào)產(chǎn)生所述鑒頻鑒相誤差信號(hào)；其中，所述環(huán)路濾波器包括二階鎖相環(huán)和三階鎖相環(huán)。所述積分器和所述環(huán)路濾波器根據(jù)所述估計(jì)模塊產(chǎn)生的選擇參數(shù)確定積分時(shí)間和環(huán)路濾波參數(shù)，所述選擇參數(shù)由所述估計(jì)模塊根據(jù)基帶信號(hào)的信噪比確定。進(jìn)一步的，不同的選擇參數(shù)對(duì)應(yīng)于不同選擇參數(shù)范圍，當(dāng)所述基帶信號(hào)的信噪比處于某個(gè)選擇參數(shù)范圍之中時(shí)，則估計(jì)模塊輸出對(duì)應(yīng)于該選擇參數(shù)范圍的選擇參數(shù)。進(jìn)一步的,在所述選擇參數(shù)范圍中,相鄰選擇參數(shù)范圍具有相互重合的端點(diǎn)范圍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用多普勒和信噪比估計(jì)，選擇合適的初始環(huán)路參數(shù)。根據(jù)信號(hào)功率估計(jì)確定選擇參數(shù)，并根據(jù)選擇參數(shù)確定環(huán)路濾波器的濾波參數(shù)和積分器的積分時(shí)間，從而可以適應(yīng)上行信號(hào)的特點(diǎn)，完成載波跟蹤功能。能夠適應(yīng)高信噪比、高多普勒變化率的信號(hào)，也能適應(yīng)于極低信噪比、低速率多普勒變化率的信號(hào)。適應(yīng)于深空探測(cè)任務(wù)中的具有極大變化范圍的測(cè)控信號(hào)。


圖I為本發(fā)明的載波跟蹤裝置組成示意圖；圖2為環(huán)路濾波器的組成示意圖；圖3為選擇參數(shù)范圍的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。如圖I所示，本發(fā)明所述自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)的載波跟蹤裝置包括A/D轉(zhuǎn)換器，正交下變頻，數(shù)控振蕩器NC0，估計(jì)模塊，積分器、主載波鑒頻鑒相器和環(huán)路濾波器。 輸入信號(hào)通A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，形成中頻數(shù)字采樣序列并輸出到正交下變頻模塊。正交下變頻模塊利用數(shù)控振蕩器NCO提供的兩路正交的本地參考信號(hào)對(duì)中頻數(shù)字采樣序列下變頻到基帶，獲得I、Q兩路正交的基帶信號(hào)。估計(jì)模塊對(duì)兩路正交的基帶信號(hào)進(jìn)行載波頻偏估計(jì)、多普勒變化率估計(jì)、以及信號(hào)功率估計(jì)，形成載波頻偏估計(jì)控制字。在估計(jì)模塊中采用FFT運(yùn)算對(duì)I、Q兩路正交的基帶信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，查找基帶信號(hào)的最大峰值。峰值的位置代表了頻率偏移量，而峰值的大小代表了信號(hào)功率，可以體現(xiàn)出信噪比SNR。連續(xù)進(jìn)行兩次FFT運(yùn)算，兩次測(cè)量峰值位置的變化量就反映了多普勒變化率。NCO利用載波頻偏估計(jì)控制字對(duì)輸出參考信號(hào)的頻率進(jìn)行控制，使輸出的本地參考信號(hào)與輸入中頻信號(hào)頻率相同。積分器對(duì)I、Q兩路正交的基帶信號(hào)進(jìn)行積分，積分后輸出的兩路積分信號(hào)送入主載波鑒頻鑒相器。由主載波鑒頻鑒相器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒頻和鑒相，后產(chǎn)生輸出到環(huán)路濾波器的鑒頻鑒相誤差信號(hào)。環(huán)路濾波器對(duì)鑒頻鑒相誤差信號(hào)進(jìn)行環(huán)路濾波后形成載波跟蹤頻率控制字，控制NCO使其輸出的參考信號(hào)與輸入的中頻數(shù)字采樣序列同頻同相，完成載波鎖定。所述積分器的積分時(shí)間和所述環(huán)路濾波器的環(huán)路濾波參數(shù)由估計(jì)模塊輸出的選擇參數(shù)確定。積分器和環(huán)路濾波器根據(jù)選擇參數(shù)完成對(duì)基帶信號(hào)的載波跟蹤。載波跟蹤的作用在于不斷消除本地載波和基帶信號(hào)載波的頻差，使本地參考信號(hào)和輸入信號(hào)的載波同頻同相，也即消除載波信號(hào)的多普勒影響。載波跟蹤是以載波頻偏估計(jì)和信號(hào)功率估計(jì)為基礎(chǔ)的。通過(guò)頻偏估計(jì)消除了信號(hào)絕大部分多普勒分量，使得信號(hào)載波和本地載波的頻偏控制在跟蹤環(huán)路的牽弓丨帶寬內(nèi)。積分器對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行積分累積，累積的時(shí)間長(zhǎng)度T即為積分器的積分時(shí)間。積分后的基帶信號(hào)分別通過(guò)鑒頻和鑒相得到用于表征瞬時(shí)頻率差和瞬時(shí)相位差的鑒頻鑒相
誤差號(hào)。如圖2所示，為環(huán)路濾波器示意圖。環(huán)路濾波器的基本結(jié)構(gòu)采用二階鎖頻環(huán)輔助三階鎖相環(huán)。頻率差和相位差通過(guò)五個(gè)乘法器、兩個(gè)T時(shí)間延遲器以及三個(gè)積分器計(jì)算得到跟蹤環(huán)頻率控制字。在跟蹤過(guò)程中，環(huán)路濾波器的結(jié)構(gòu)保持不變，但其中的環(huán)路濾波參數(shù)可以動(dòng)態(tài)改變。包括積分器的積分時(shí)間Tl、延遲器延遲時(shí)間T2、鎖頻環(huán)和鎖相環(huán)系數(shù)Cfl，Cf2, Cpl,Cp2，Cp3。如果設(shè)置Cfl = Cf2 = 0，則構(gòu)成三階鎖相環(huán)PLL。如果選擇Cp3 = 0，則構(gòu)成二階鎖相環(huán)PLL。通常對(duì)于強(qiáng)信噪比的信號(hào)，采用具有較寬環(huán)路帶寬和較短積分時(shí)間的參數(shù)，從而加快鎖定；對(duì)于弱信噪比信號(hào)，選擇具有較長(zhǎng)積分時(shí)間和較窄環(huán)路帶寬的參數(shù)，從而提高信噪比；對(duì)于具有較高多普勒變化率的信號(hào)，采用二階環(huán)路輔助三階環(huán)路的結(jié)構(gòu)，從而減小跟蹤相位差；對(duì)于具有較低多普勒變化率的信號(hào)，可以選擇構(gòu)成二階環(huán)路的參數(shù)，從而提高穩(wěn)定性。估計(jì)模塊輸出的選擇參數(shù)包括(Tl，Cfl，Cf2, Cpl，Cp2，Cp3)，其中，Tl為積分器的積分時(shí)間；cn，Cf2為2階鎖頻環(huán)的環(huán)路參數(shù)；Cpl，Cp2，Cp3為3階鎖相環(huán)的環(huán)路參數(shù)。多個(gè)預(yù)先設(shè)定的選擇參數(shù)構(gòu)成選擇參數(shù)集，每個(gè)選擇參數(shù)對(duì)應(yīng)于一個(gè)選擇參數(shù)范圍。如圖3所示，選用選擇參數(shù)I條件為，鎖相環(huán)正常工作的范圍是SNR >門(mén)限I-;選用選擇參數(shù)2的條件為，鎖相環(huán)正常工作的范圍是門(mén)限2+ > SNR >門(mén) 限2-;選用選擇參數(shù)3的條件為，鎖相環(huán)正常工作的范圍是門(mén)限3+ > SNR >門(mén)限3-;選用選擇參數(shù)4的條件為，鎖相環(huán)正常工作的范圍是門(mén)限4+ > SNR >門(mén)限4_。且對(duì)應(yīng)于選擇參數(shù)I 選擇參數(shù)4的選擇參數(shù)范圍中,相鄰選擇參數(shù)范圍在端點(diǎn)處有一定的重疊，即門(mén)限I- <門(mén)限2+。門(mén)限2+ >門(mén)限I-,門(mén)限3+ >門(mén)限2_，門(mén)限4+ >門(mén)限3_。在估計(jì)模塊中，采用I * I+Q * Q的公式對(duì)基帶信號(hào)功率持續(xù)進(jìn)行計(jì)算觀察，作為SNR估計(jì)。根據(jù)環(huán)路濾波器當(dāng)前所處的狀態(tài)，將SNR與參數(shù)選擇范圍的端點(diǎn)作比較。如果鎖相環(huán)當(dāng)前采用了選擇參數(shù)1，則在跟蹤過(guò)程中，SNR應(yīng)當(dāng)處于門(mén)限I-之上。如果SNR <門(mén)限1-，且SNR >門(mén)限2_，則改變(T，Cfl，Cf2，Cpl，Cp2，Cp3)，采用選擇參數(shù)2。如果重新發(fā)現(xiàn)SNR >門(mén)限2+，則變?yōu)檫x擇參數(shù)1，如果SNR <門(mén)限2_，且SNR >門(mén)限3_，則采用選擇參數(shù)3。以此類(lèi)推，隨著信噪比的高低變化，鎖相環(huán)根據(jù)相鄰選擇參數(shù)范圍間確定的選擇參數(shù)進(jìn)行切換，從而實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡。而各個(gè)相鄰選擇參數(shù)范圍具有相互重合的端點(diǎn)范圍(即的端點(diǎn)互相交叉)，保證了環(huán)路參數(shù)不會(huì)由于信噪比恰好等于某一個(gè)選擇參數(shù)范圍的端點(diǎn)處而來(lái)回振蕩。在兩個(gè)選擇參數(shù)范圍之間切換時(shí)，只改變鑒頻鑒相積分器的積分時(shí)間T和濾波器系數(shù)，保留環(huán)路中的延遲累積單元的累積值，從而確保環(huán)路切換時(shí)保持之前的記憶效應(yīng),不會(huì)發(fā)生突變。本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)的載波跟蹤裝置，包括Α/D轉(zhuǎn)換器，正交下變頻，數(shù)控振蕩器，估計(jì)模塊，積分器、主載波鑒頻鑒相器和環(huán)路濾波器， 輸入信號(hào)經(jīng)Α/D轉(zhuǎn)換器后將產(chǎn)生的采樣信號(hào)輸出到正交下變頻模塊；所述正交下變頻模塊利用數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的本地參考信號(hào)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行下變頻產(chǎn)生基帶信號(hào)；所述數(shù)控振蕩器根據(jù)輸入的載波頻偏控制字和載波跟蹤頻率控制字產(chǎn)生本地參考信號(hào)，載波頻偏控制字由估計(jì)模塊根據(jù)基帶信號(hào)產(chǎn)生；載波跟蹤頻率控制字由環(huán)路濾波器根據(jù)主載波鑒頻鑒相器輸出的鑒頻鑒相誤差信號(hào)產(chǎn)生，所述主載波鑒頻鑒相器根據(jù)所述積分器對(duì)基帶信號(hào)的積分信號(hào)產(chǎn)生所述鑒頻鑒相誤差信號(hào)；其中，所述環(huán)路濾波器包括二階鎖相環(huán)和三階鎖相環(huán)， 其特征在于所述積分器和所述環(huán)路濾波器根據(jù)所述估計(jì)模塊產(chǎn)生的選擇參數(shù)確定積分時(shí)間和環(huán)路濾波參數(shù)，所述選擇參數(shù)由所述估計(jì)模塊根據(jù)基帶信號(hào)的信噪比確定。
2.如權(quán)利要求I所述的一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)的載波跟蹤裝置，其特征在于不同的選擇參數(shù)對(duì)應(yīng)于不同選擇參數(shù)范圍，當(dāng)所述基帶信號(hào)的信噪比處于某個(gè)選擇參數(shù)范圍之中時(shí)，則估計(jì)模塊輸出對(duì)應(yīng)于該選擇參數(shù)范圍的選擇參數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)的載波跟蹤裝置，其特征在于在所述選擇參數(shù)范圍中，相鄰選擇參數(shù)范圍具有相互重合的端點(diǎn)范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)的載波跟蹤裝置，包括A/D轉(zhuǎn)換器，正交下變頻，數(shù)控振蕩器，估計(jì)模塊，積分器、主載波鑒頻鑒相器和環(huán)路濾波器，正交下變頻模塊利用本地參考信號(hào)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器輸出的采樣信號(hào)進(jìn)行下變頻產(chǎn)生基帶信號(hào)；數(shù)控振蕩器根據(jù)載波頻偏控制字和載波跟蹤頻率控制字產(chǎn)生本地參考信號(hào)，載波頻偏控制字由估計(jì)模塊根據(jù)基帶信號(hào)產(chǎn)生；載波跟蹤頻率控制字由環(huán)路濾波器根據(jù)鑒頻鑒相誤差信號(hào)產(chǎn)生，主載波鑒頻鑒相器根據(jù)積分信號(hào)產(chǎn)生鑒頻鑒相誤差信號(hào)；積分器和環(huán)路濾波器根據(jù)選擇參數(shù)確定積分時(shí)間和環(huán)路濾波參數(shù)，選擇參數(shù)由所述估計(jì)模塊根據(jù)基帶信號(hào)的信噪比確定。本發(fā)明可根據(jù)對(duì)輸入信號(hào)基帶信號(hào)的估計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)上行載波信號(hào)的自適應(yīng)跟蹤。
文檔編號(hào)H04L7/033GK102801671SQ20121025237
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者吉欣, 任經(jīng)緯, 翟盛華, 張宗攀 申請(qǐng)人:西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所