一种航空无线通信鉴频器及其鉴频方法技术

本发明专利技术公开了一种航空无线通信鉴频器，扫频鉴频模块、FFT鉴频模块及鉴频控制模块，所述扫频鉴频模块用于对准复基带信号进行扫频鉴频处理，获得扫频鉴频状态与扫频鉴频频率信息；所述FFT鉴频模块用于对准复基带信号进行FFT鉴频处理，获得FFT鉴频状态与FFT鉴频频率信息；所述鉴频控制模块用于分析扫频鉴频模块和FFT鉴频模块输出的内容，输出粗频偏信息给数字下变频器用作准复基带信号提取，输出精频偏信息给二次变频器用作准复基带信号的残余频偏补偿，完成系统频偏鉴别与补偿。本发明专利技术在面对无线通信设备恶劣的信道环境下，能满足其对鉴频功能的苛刻要求。

【技术实现步骤摘要】
一种航空无线通信鉴频器及其鉴频方法
本专利技术涉及航空航天的无线通信领域，尤其涉及航空航天飞行器中的无线通信鉴频器设备，是一种面向恶劣信道传输环境提出的综合扫频鉴频技术与FFT鉴频技术的鉴频器的实现方法。技术背景航空航天飞行器的高速相对运动将会产生多普勒效应，并且无线通信设备的收发信机本振存在固有频差，导致收信机接收到的信号载波频率与发信机的发射载波频率之间存在较大的偏差，严重影响收信机的信息捕获与解调。因此，鉴频器是各种航空航天飞行器上无线通信设备必不可少的功能模块。传统的采用锁相环技术提取载波的技术在高动态环境下存在捕获速度与跟踪精度之间的矛盾，较难同时满足动态与稳态性能的要求；并且在高动态环境与传输效率的制约下，无线通信设备的收信机存在难以采用匹配滤波器实时获得扩频处理增益以提高鉴频分析处理信号的信噪比问题，导致采用FFT鉴频技术存在鉴频噪声瓶颈，不满足低信噪比、多径衰落等恶劣信道环境下的鉴频需求。
技术实现思路
为解决如何在面对无线通信设备恶劣的信道环境，满足其对鉴频功能的苛刻要求，本专利技术的专利技术目的在于提供一种航空无线通信鉴频器，采用扫频与预处理FFT分析算法进行双机互补备份的思想进行鉴频器设计。利用扫频算法在低信噪比、恶劣信道环境下的优良鉴频性能解决该应用场景下FFT算法存在的鉴频瓶颈；利用FFT鉴频在较高质量信道环境下的优良鉴频性能合理规避该应用场景下扫频鉴频模块在低门限设置条件下残余较大频偏的不足；利用鉴频控制模块分析扫频鉴频模块和FFT鉴频模块的输出信息，采用粗、精频偏输出模式，分别对系统固定频偏与收发信机多普勒频偏进行合理校准，使鉴频器在相同时间指标条件下获得鉴频范围与鉴频精度的合理折衷。本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案实现：一种航空无线通信鉴频器，包含扫频鉴频模块、FFT鉴频模块及鉴频控制模块，所述扫频鉴频模块用于对准复基带信号进行扫频鉴频处理，获得扫频鉴频状态信息和扫频鉴频频率信息；所述扫频鉴频状态信息包含扫描、捕获、跟踪、锁定四种状态；所述FFT鉴频模块用于对准复基带信号进行FFT鉴频处理，获得FFT鉴频状态信息和FFT鉴频频率信息；所述FFT鉴频状态信息包含侦听与锁定两种状态；所述鉴频控制模块用于分析所述扫频鉴频状态信息、FFT鉴频状态信息，根据中频带通抽样定理计算理论粗频偏信息或者对当前粗频偏信息进行基于扫频鉴频频率信息的修正，输出粗频偏信息给数字下变频器用作准复基带信号提取；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为锁定则选择FFT鉴频频率信息；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为侦听则选择扫频鉴频频率信息输出精频偏信息，给二次变频器用作准复基带信号的残余频偏补偿，最终完成系统整体频偏鉴别与补偿。依据上述特征，所述FFT鉴频模块包含频谱解析输出校正单元，所述频谱解析输出校正单元设置一定计数范围，通过锁存比较FFT鉴频模块输出的FFT鉴频频率信息与计数范围是否相符，若相符，则FFT鉴频状态处于锁定状态，表示此时FFT鉴频频率信息稳定。依据上述特征，所述扫频鉴频模块包含中心变频序列匹配相关器、多通道变频序列匹配积分器、扫频状态机、标志时序控制器，所述扫频鉴频模块将经过数字下变频处理的准复基带信号分为6路相同的分路复用信号，其中1路分路复用信号送入所述中心变频序列匹配相关器进行频偏补偿与扩频序列相关运算，其他5路分路复用信号根据无线通信基带数据速率与采用的扩频码长度计算扫频捕获偏移fdcapture及fdtrack与扫频中心频率fcentre组成分布式扩展频率集合[fcentre-fdtrack，fcentre-fdcapture，fcentre，fcentre+fdcapture，fcentre+fdtrack]分别送入所述多通道变频序列匹配积分器的5条支路进行频偏补偿与扩频序列相关运算；所述标志时序控制器根据中心变频序列匹配相关器的峰值脉冲产生控制时序，使所述扫频状态机按时读取多通道变频序列匹配积分器输出的峰值脉冲信息，控制扫频状态机的状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态信息；所述扫频状态机根据多通道变频序列匹配积分器输出的峰值脉冲信息进行状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态，以及选择信号对应的频率供给所述中心变频序列匹配相关器选择合适的处理频率。依据上述特征，所述扫频状态机的扫频状态分为扫描、捕获、跟踪、锁定四个状态，根据定时脉冲提取的多通道变频序列匹配积分器输出的相关值信息及丢失信息标志进行状态跳转，以引导补偿与反向补偿的方式及时调整所述扫频状态机输出的中心频率。依据上述特征，所述扫频鉴频模块还包含输出接口单元，根据扫频状态机的扫频状态跳转产生中心频率更新脉冲，在中心频率更新脉冲的触发下分析当前中心频率与锁存频率的差值关系，若该差值较小，放弃此次频率更新；若该差值较大，则实施此次频率更新，锁存并输出对外部接口的扫频鉴频频率信息。本专利技术的另一目的提供一种航空无线通信鉴频方法，包含以下步骤：步骤一、对输入中频带通抽样的AD数据进行基于粗频偏数值的数字下变频，获得准复基带信号；步骤二、对准复基带信号分别进行扫频鉴频处理与FFT鉴频处理，获得扫频鉴频状态、扫频鉴频频率信息、FFT鉴频状态、FFT鉴频频率信息；所述所述FFT鉴频状态信息包含侦听与锁定两种状态；所述扫频鉴频状态信息包含扫描、捕获、跟踪、锁定四种状态；步骤三、鉴频控制模块分析扫频鉴频状态信息、FFT鉴频状态信息，根据中频带通抽样定理计算理论粗频偏信息或者对当前粗频偏信息进行基于扫频鉴频频率信息的修正，输出粗频偏信息给数字下变频器用作准复基带信号提取；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为锁定则选择FFT鉴频频率信息；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为侦听则选择扫频鉴频频率信息输出精频偏信息，给二次变频器用作准复基带信号的残余频偏补偿，最终完成系统整体频偏鉴别与补偿。依据上述特征，所述FFT鉴频处理包含以下步骤：1.1)对准复基带信号进行去调制信息数据预处理、滤波抽取、缓存、采用FFT分析获得每段观测数据的频偏信息；1.2)设置输出校正单元并设置一定计数范围，采用锁存比较的策略，通过锁存比较FFT分析获得每段观测数据的频偏信息与计数范围是否相符，若相符，则FFT鉴频状态处于锁定状态，表示此时FFT鉴频频率信息稳定。依据上述特征，所述扫频鉴频处理包含以下步骤：2.1)将准复基带信号分为6路相同的分路复用信号，第1路分路复用信号送入中心变频序列匹配相关器，其他5路分路复用信号根据无线通信基带数据速率与采用的扩频码长度计算扫频捕获偏移fdcapture及fdtrack与扫频中心频率fcentre组成分布式扩展频率集合[fcentre-fdtrack，fcentre-fdcapture，fcentre，fcentre+fdcapture，fcentre+fdtrack]分别送入多通道变频序列匹配积分器，分别对准复基带信号进行频偏补偿与扩频序列相关运算；2.2)由中心变频序列匹配相关器的峰值脉冲产生控制时序，使扫频状态机按时读取多通道变频序列匹配积分器输出的相关值信息，控制扫频状态机的状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态信息；2.3)由扫频状态机输出中心频率选择信号对应的频率值供给中心变频序列匹配相关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空无线通信鉴频器，包含扫频鉴频模块、FFT鉴频模块及鉴频控制模块，其特征在于：所述扫频鉴频模块用于对准复基带信号进行扫频鉴频处理，获得扫频鉴频状态信息和扫频鉴频频率信息；所述扫频鉴频状态信息包含扫描、捕获、跟踪、锁定四种状态；所述FFT鉴频模块用于对准复基带信号进行FFT鉴频处理，获得FFT鉴频状态信息和FFT鉴频频率信息；所述FFT鉴频状态信息包含侦听与锁定两种状态；所述鉴频控制模块用于分析所述扫频鉴频状态信息、FFT鉴频状态信息，根据中频带通抽样定理计算理论粗频偏信息或者对当前粗频偏信息进行基于扫频鉴频频率信息的修正，输出粗频偏信息给数字下变频器用作准复基带信号提取；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为锁定则选择FFT鉴频频率信息；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为侦听则选择扫频鉴频频率信息输出精频偏信息，给二次变频器用作准复基带信号的残余频偏补偿，最终完成系统整体频偏鉴别与补偿。

【技术特征摘要】
1.一种航空无线通信鉴频器，包含扫频鉴频模块、FFT鉴频模块及鉴频控制模块，其特征在于：所述扫频鉴频模块用于对准复基带信号进行扫频鉴频处理，获得扫频鉴频状态信息和扫频鉴频频率信息，包含中心变频序列匹配相关器、多通道变频序列匹配积分器、扫频状态机、标志时序控制器，所述扫频鉴频模块将经过数字下变频处理的准复基带信号分为6路相同的分路复用信号，其中1路分路复用信号送入所述中心变频序列匹配相关器进行频偏补偿与扩频序列相关运算，其他5路分路复用信号根据无线通信基带数据速率与采用的扩频码长度计算扫频捕获偏移fdcapture及fdtrack与扫频中心频率fcentre组成分布式扩展频率集合[fcentre-fdtrack，fcentre-fdcapture，fcentre，fcentre+fdcapture，fcentre+fdtrack]分别送入所述多通道变频序列匹配积分器的5条支路进行频偏补偿与扩频序列相关运算；所述标志时序控制器根据中心变频序列匹配相关器的峰值脉冲产生控制时序，使所述扫频状态机按时读取多通道变频序列匹配积分器输出的峰值脉冲信息，控制扫频状态机的状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态；所述扫频状态机根据多通道变频序列匹配积分器输出的峰值脉冲信息进行状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态信息，以及选择信号对应的频率供给所述中心变频序列匹配相关器选择合适的处理频率；其中，所述扫频鉴频状态信息包含扫描、捕获、跟踪、锁定四种状态；所述FFT鉴频模块用于对准复基带信号进行FFT鉴频处理，获得FFT鉴频状态信息和FFT鉴频频率信息；所述FFT鉴频状态信息包含侦听与锁定两种状态；所述鉴频控制模块用于分析所述扫频鉴频状态信息、FFT鉴频状态信息，根据中频带通抽样定理计算理论粗频偏信息或者对当前粗频偏信息进行基于扫频鉴频频率信息的修正，输出粗频偏信息给数字下变频器用作准复基带信号提取；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为锁定则选择FFT鉴频频率信息；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为侦听则选择扫频鉴频频率信息输出精频偏信息，给二次变频器用作准复基带信号的残余频偏补偿，最终完成系统整体频偏鉴别与补偿。2.根据权利要求1所述的一种航空无线通信鉴频器，其特征在于所述FFT鉴频模块包含频谱解析输出校正单元，所述频谱解析输出校正单元设置一定计数范围，通过锁存比较FFT鉴频模块输出的FFT鉴频频率信息与计数范围是否相符，若相符，则FFT鉴频状态处于锁定状态，表示此时FFT鉴频频率信息稳定。3.根据权利要求1所述的一种航空无线通信鉴频器，其特征在于所述扫频状态机的扫频状态分为扫描、捕获、跟踪、锁定四个状态，根据定时脉冲提取的多通道变频序列匹配积分器输出的相关值信息及丢失信息标志进行状态跳转，以引导补偿与反向补偿的方式及时调整所述扫频状态机输出的中心频率。4.根据权利要求1或3所述的一种航空无线通信鉴频器，其特征在于所述扫频鉴频模块还包含输出接口单元，根据扫频状态机的扫频状态跳转产生中心频率更新脉冲，在中心频率更新脉冲的触发下分析当前中心频率与锁存频率的差值关系，若该差值较小，放弃此次频率更新；若该差值较大，则实施此次频率更新，锁存并输出对外部接口的扫频鉴频频率信息。5.一种航空无线通信鉴频方法，包含以下步骤：步骤一、对输入中频带通抽样的AD数据进行基于粗频偏数值的数字下变频，获得准复基带信号；步骤二、对准复基带信号分别进行扫频鉴频处理与FFT鉴频处理，获得扫频鉴频状态信息、扫频鉴频频率信息、FFT鉴频状态信息、FFT鉴频频率信息；所述FFT鉴频状态信息包含侦听与锁定两种状态；所述扫频鉴频状态信息包含扫描、捕获、跟踪、锁定四种状态；其中，扫频鉴频处理包含以下步骤：2.1)将准复基带信号分为6路相同的分路复用信号，第1路分路复用信号送入中心变频序列匹配相关器，其他5路分路复用信号根据无线通信基带数据速率与采用的扩频码长度计算扫频捕获偏移fdcapture及fdtrack与扫频中心频率fcentre组成分布式扩展频率集合[fcentre-fdtrack，fcentre-fdcapture，fcentre，fcentre+fdcapture，fcentre+fdtrack]分别送入多通道变频序列匹配积分器，分...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹星，罗宇，靳超，李金喜，方正，丁勇飞，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31