一种在大多普勒频移下的时钟恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种在大多普勒频移下的时钟恢复方法，涉及对地卫星数据接收领域。该方法包括：分别已完成载波同步和低通滤波后的对I路信号和Q路信号进行数字采样，并将采样后的数据和采样时钟输入到FPGA中；对采样后的I路信号和Q路信号进行数据判决，生成与I路输出数据和Q路输出数据同步的输出时钟；分别将I路输出数据和Q路输出数据存储在两个存储单元中，每个存储单元分别通过写指针进行写入，读指针进行读取；根据读指针和写指针的值的大小，对输出时钟进行调整。本发明专利技术提供的时钟恢复方法，在面对多普勒变化率较大的情况下，能够满足低轨卫星的数据通信要求。

【技术实现步骤摘要】
一种在大多普勒频移下的时钟恢复方法
本专利技术涉及对地卫星数据接收领域，尤其涉及一种大多普勒频移的QPSK数据判决和时钟恢复方法。
技术介绍
在卫星通信当中，在地面对下行卫星信号进行解调时，需要对其进行载波同步和时钟同步，即恢复发端的数据和时钟。目前国内常用的时钟恢复方法有两种：微分整流型数字锁相法和同相正交积分数字锁相法。然而在低轨卫星通信过程中，由于卫星相对地面卫星信号接收站做高速运动，其径向运动速率将对调制信号产生一个较大的载波频偏，即多普勒频移。在面对多普勒变化率较大的情况下，上述方法不能满足低轨卫星的数据通信要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种时钟恢复方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种时钟恢复方法，包括：获取卫星下行的调制信号经载波同步和低通滤波后得到的I路信号和Q路信号；分别对所述I路信号和所述Q路信号进行数字采样，并将采样后的数据和采样时钟输入到FPGA中；根据预设计数规则分别对采样后的所述I路信号和所述Q路信号的最高位的采样值进行计数判决，得到I路输出数据和Q路输出数据，并对所述采样时钟进行频率综合，生成与所述I路输出数据和所述Q路输出数据同步的输出时钟；分别将所述I路输出数据和所述Q路输出数据存储在两个存储单元中，每个所述存储单元分别通过写指针进行写入，读指针进行读取；根据所述读指针和所述写指针的值的大小，对所述输出时钟进行调整。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的时钟恢复方法，通过对低轨卫星发送到地面的射频信号进行载波同步和低通滤波后的I路信号和Q路信号进行QPSK(QuadraturePhaseShiftKeyin，正交相移键控)数据判决，并对判决后的结果进行读取速度和写入速度的检测，然后根据检测结果对输出时钟进行调整恢复，在面对多普勒变化率较大的情况下，能够满足低轨卫星的数据通信要求。本专利技术解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种时钟恢复系统，包括：卫星接收器和处理器，其中：所述卫星接收器用于获取卫星发送的I路信号和Q路信号；所述处理器用于分别对所述I路信号和所述Q路信号进行数字采样，并生成采样时钟；根据预设计数规则分别对采样后的所述I路信号和所述Q路信号的最高位的采样值进行计数判决，得到I路输出数据和Q路输出数据，并对所述采样时钟进行频率综合，生成与所述I路输出数据和所述Q路输出数据同步的输出时钟；分别将所述I路输出数据和所述Q路输出数据存储在两个存储单元中，每个所述存储单元分别通过写指针进行写入，读指针进行读取；根据所述读指针和所述写指针的值的大小，对所述输出时钟进行调整。本专利技术解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述技术方案中任一项所述的方法。本专利技术附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术实践了解到。附图说明图1为本专利技术一种时钟恢复方法的实施例提供的流程示意图；图2为本专利技术一种时钟恢复系统的实施例提供的结构框架图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术提供的时钟恢复方法与国内常用的两种时钟恢复方法：微分整流型数字锁相法和同相正交积分数字锁相法都不同。本专利技术提供的时钟恢复方法可实现在数据率为300Mbps的QPSK解调中最大多普勒变化率为73Khz/s和多普勒速率偏移小于73.24Kbps进行正确的数据判决和时钟输出，而低轨卫星在300Mbps时的最大多普勒变化率约为1.6Khz/s，最大多普勒速率偏移约为58.7Kbps，此方法完全满足低轨卫星QPSK数据通信要求。如图1所示，为本专利技术一种时钟恢复方法的实施例提供的流程示意图，该时钟恢复方法包括：S1，获取卫星下行的调制信号经载波同步和低通滤波后得到的I路信号和Q路信号。需要说明的是，I路信号和Q路信号是卫星发送到地面的两路模拟基带信号，由调制信号经过载波同步和低通滤波后得到。例如，卫星可以为低轨卫星。S2，分别对I路信号和Q路信号进行数字采样，并将采样后的数据和采样时钟输入到FPGA中。需要说明的是，将两路数字信号和采样时钟输入到FPGA中进行处理。可选地，对I路信号和Q路信号进行数字采样时，可以采用6倍过采样。S3，根据预设计数规则分别对采样后的I路信号和Q路信号的最高位的采样值进行计数判决，得到I路输出数据和Q路输出数据，并对采样时钟进行频率综合，生成与I路输出数据和Q路输出数据同步的输出时钟。应理解，I路信号和Q路信号的最高位的采样值可以为0或1，那么计数规则可以根据实际需求设置，对0或1进行计数，当计数达到一定条件时，输出I路输出数据和Q路输出数据。例如，计数规则可以为，当对0进行计数达到n个时，输出判决数据。又例如，计数规则还可以为，当对1进行计数达到n个时，输出判决数据。再例如，计数规则还可以为，当对0进行计数达到n个时或对1进行计数达到n个时，输出判决数据。其中，n的取值可以根据实际需求设置，因此，计数规则也可以根据实际需求设置。应理解，I路输出数据和Q路输出数据可以为根据计数结果输出的判决值。当计数满足计数规则的要求条件时，那么可以输出预设的输出数据。例如，对1进行计数时，当计数值达到6时，就可以判决输出相应的值，这个值就是I路输出数据或Q路输出数据。应理解，本专利技术可以通过两个计数器分别对I路信号和Q路信号的最高位的采样值进行计数判决。S4，分别将I路输出数据和Q路输出数据存储在两个存储单元中，每个存储单元分别通过写指针进行写入，读指针进行读取。需要说明的是，可以假设两个存储单元分别是存储单元I和存储单元Q，其中，存储单元I有写指针和读指针，用于写入和读取I路输出数据；存储单元Q也有写指针和读指针，用于写入和读取Q路输出数据。应理解，写指针写入两路输出数据时，是根据写指针地址写入的，读指针读取两路输出数据时，是根据读指针地址和输出时钟读取的。可选地，可以在FPGA中开辟2个512BIT的存储单元。S5，根据读指针和写指针的值的大小，对输出时钟进行调整。需要说明的是，判决输出的两路输出数据的BIT流会按照写指针地址分别存储两个存储单元中，与此同时，还要根据输出时钟的频率按照读指针的地址读出两路存储单元中的BIT流并送至相应的数据输出端。当写指针写入两路输出数据时，每进行一次写入操作后，指针的值加1，当达到指针的最大值时，就会重置为0，读指针同理。应理解，当存在多普勒频移时，写指针根据写指针地址写入两路输出数据，而读指针根据读指针地址和输出时钟读取两束输出数据，那么写入速率和读取速率之间就会存在速率差，那么通过比较读指针和写指针的值的大小，就能够确定读指针和写指针之间谁快谁慢，然后据此调整输出时钟的输出频率，完成对时钟的恢复，消除多普勒频移的影响。例如，当读取的速率低于写入的速率，即输出时钟的速率低于发送端的数据速率时，则可以将输出频率提高预设频率，如将输出频率增加1/4Hz，这样就完成了输出时钟的调整。应理解，可以根据实际需求设置比较读指针和写指针大小的时机，例如，可以每当读指针的值重置为0时，就与写指针进行大小比较，这样假设存储单元的容量为512B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在大多普勒频移下的时钟恢复方法，其特征在于，包括：获取卫星下行的调制信号经载波同步和低通滤波后得到的I路信号和Q路信号；分别对所述I路信号和所述Q路信号进行数字采样，并将采样后的数据和采样时钟输入到FPGA中；根据预设计数规则分别对采样后的所述I路信号和所述Q路信号的最高位的采样值进行计数判决，得到I路输出数据和Q路输出数据，并对所述采样时钟进行频率综合，生成与所述I路输出数据和所述Q路输出数据同步的输出时钟；分别将所述I路输出数据和所述Q路输出数据存储在两个存储单元中，每个所述存储单元分别通过写指针进行写入，读指针进行读取；根据所述读指针和所述写指针的值的大小，对所述输出时钟进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种在大多普勒频移下的时钟恢复方法，其特征在于，包括：获取卫星下行的调制信号经载波同步和低通滤波后得到的I路信号和Q路信号；分别对所述I路信号和所述Q路信号进行数字采样，并将采样后的数据和采样时钟输入到FPGA中；根据预设计数规则分别对采样后的所述I路信号和所述Q路信号的最高位的采样值进行计数判决，得到I路输出数据和Q路输出数据，并对所述采样时钟进行频率综合，生成与所述I路输出数据和所述Q路输出数据同步的输出时钟；分别将所述I路输出数据和所述Q路输出数据存储在两个存储单元中，每个所述存储单元分别通过写指针进行写入，读指针进行读取；根据所述读指针和所述写指针的值的大小，对所述输出时钟进行调整。2.根据权利要求1所述的时钟恢复方法，其特征在于，所述获取卫星下行的调制信号经载波同步和低通滤波后得到的I路信号和Q路信号，具体包括：获取卫星下行的调制信号；对所述调制信号进行载波同步和低通滤波，得到I路信号和Q路信号。3.根据权利要求1所述的时钟恢复方法，其特征在于，所述根据预设计数规则分别对采样后的所述I路信号和所述Q路信号的最高位的采样值进行计数判决，得到I路输出数据和Q路输出数据，具体包括：通过两个计数器分别对所述I路信号的最高位的采样位0和1进行计数，当采样位改变时，将当前计数的计数器清零，并当任意一个计数器的计数值达到预设计数值时，得到I路输出数据；通过两个计数器分别对所述Q路信号的最高位的采样位0和1进行计数，当采样位改变时，将当前计数的计数器清零，并当任意一个计数器的计数值达到预设值时，得到Q路输出数据。4.根据权利要求1至3中任一项所述的时钟恢复方法，其特征在于，所述分别将所述I路输出数据和所述Q路输出数据存储在两个存储单元中，每个所述存储单元分别通过写指针进行写入，读指针进行读取，具体包括：设定第一存储单元中，第一写指针的第一初始值和第一取值范围以及第一读指针的第二初始值和第二取值范围，并设定第二存储单元中，第二写指针的第三初始值和第三取值范围以及第二读指针的第四初始值和第四取值范围；根据所述第一写指针的地址，将所述I路输出数据写入到第一存储单元中，每进行一次写入操作，使所述第一初始值增加预设值，并当所述第一写指针的值达到所述第一取值范围内的最大值时，将所述第一写指针的值重置为所述第一取值范围内的最小值；根据所述第一读指针的地址和所述输出时钟的频率读取所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张力，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：北京,11