适用于多模调制体制的信号跟踪方法及信号跟踪系统技术方案

一种适用于多模调制体制的信号跟踪方法及系统，方法包括：在等待环路启动状态下，在初始积分时间下，对数字混频与解扩后的输入信号进行综合积分处理，基于滤波配置参数，进入相应的伪码环路计算状态，进行归一化伪码鉴相和环路滤波处理，输出伪码多普勒频率控制字，基于环路配置参数，进入对应的载波环路工作状态；在相应的载波环路工作状态下，进行归一化载波鉴频鉴相处理和环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，进入跟踪判决输出状态；跟踪判决输出状态下，确定环路锁定失锁状态及位同步环调整量，对初始积分时间进行调整，从环路中提取符号信息合成比特流输出，返回等待环路启动状态。本申请实施例增强了信号跟踪系统的灵活性和可扩展性。

【技术实现步骤摘要】
适用于多模调制体制的信号跟踪方法及信号跟踪系统
本申请涉及无线电导航、测控与数传通信领域，特别是涉及一种适用于多模调制体制的信号跟踪方法及信号跟踪系统。
技术介绍
信号跟踪系统的主要目的是使捕获后的调制参数估计值精确化，尽力使本地复制的信号的相位与接收到信号的相位保持一致，然后从跟踪到的信号中解调出调制信息。根据信号的不同，常见的无线电导航、测控与数传跟踪系统一般由三类环路组成，分别为载波跟踪环路（简称载波环）、伪码跟踪环路（简称码环）以及位同步环。其中，根据载波环是通过检测本地复制载波与输入载波之间的相位差异还是频率差异来跟踪输入载波，将载波环分为相位锁定环路（PhaseLockLoop，PLL）和频率锁定环路（FrequencyLockedLoop，FLL）。码环只存在于伪码调制体制中，其主要功能是保证环路产生的复制伪码与接收信号的伪码保持相位一致，常用的码环有非相干延迟锁定环路（NoncoherentDelayLockLoop，NDLL）。位同步环常见于非相参直扩体制的遥控与遥测信道中，该信道采用非同源时钟进行信息和伪码调制，使得码速率与信息速率间存在不确定差值，因此需要通过位同步环进行实时调整，并从环路中提取位同步时钟进行信息的解调。根据调制体制的不同，目前无线电导航、测控与数传通信系统常见的调制体制包括调相（PhaseModulation，PM）和直接序列扩频-调相（DirectSequenceSpreadSpectrum-PM，DSSS-PM）两大类调制体制。其中，由于DSSS-PM调制体制较PM调制体制多了一维伪码调制，且存在载波与伪码非相干的信道，例如中继转发信道等。根据应用对象的不同，常见的应用对象包括大动态与高灵敏度通信终端、高精度测量终端以及高精度测试设备三类应用对象，因此，理论上DSSS-PM的多模跟踪系统必须采用独立码环兼容辅助码环的方式实现码同步，并在此基础上增加码环控制开关通过兼容上述两类调制体制的载波环实现统一处理。目前，具备兼容上述多模应用的载波跟踪环主要有非相干解调环路法与相干解调环路法，前者通常采用乘法消符号变换计算，环路系统简单且高效，但是平方运算改变了信号的噪声统计特性，只适用于高信噪比条件，后者可采用最大似然鉴相器实现有效积分时长下任意信噪比条件的最佳环路性能，并可通过加长积分时间进一步改善高灵敏度条件下的环路性能，但是易受调制符号的影响无法直接实现长时间的相干积分。接收高灵敏度是指在信息速率（或者带宽）与通信误码率要求一定的情况下，接收机在接近理论解调极限的条件下能够正确地把有用信号解调出来的最小信号接收功率。根据通信原理可知，对于高斯噪声信道的各种调制方式而言，一旦选定调制方式，所要求的通信误码率（或者差错性能）规定了满足性能要求的接收机所能达到的码元能量噪声功率谱密度比门限值，理论上的解调极限接收功率，可以基于码元能量噪声功率谱密度比门限值、接收噪声功率谱密度以及数据通信的信息速率确定。跟踪环路性能的评价准则主要有跟踪环路的牵入范围、动态适应性、解调灵敏度、鲁棒性、稳态误差、灵活性以及可扩展性等。其中，跟踪环路的牵入范围主要由环路鉴别器和积分器决定；由于无线电导航、测控与数传信号的通信传输距离远以及信号载体的相对运动，使得接收信号具有动态和低信噪比的特点，因此使用环路动态适应性和解调灵敏度来衡量跟踪系统是否满足实际应用要求，其中经典环路的动态适应性主要由积分时间和环路带宽决定，解调灵敏度则取决于环路的抗噪声性能；环路鲁棒性是指环路在不确定性扰动下，具有保持跟踪性能不变的能力，主要靠环路稳态工作的最佳参数来保证，环路稳态误差是指期望的环路稳态输出量与实际的环路稳态输出量之差，环路稳态误差越小说明环路控制精度越高，主要靠最优环路带宽参数保证，环路的灵活性和可扩展性主要表现在跟踪环路适应不同的应用场景与信号体制的能力。随着无线电导航、测控与数传信号的一体化发展趋势，在有限的硬件资源平台下，传统单模调制体制的跟踪系统已经不能满足实际需求。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种信号跟踪系统及信号跟踪方法，其能够同时满足不同应用对象、不同信道参数、不同信号调制体制对跟踪环路的要求，大大增强了信号跟踪系统的灵活性和可扩展性。一种适用于多模调制体制的信号跟踪方法，方法包括：在等待环路启动状态下，在初始积分时间下，对数字混频与解扩后的输入信号进行综合积分处理，获得环路积分结果，并进入可变阶DLL计算状态；在可变阶DLL计算状态下，基于环路积分结果进行归一化伪码鉴相处理，并基于滤波配置参数，进行对应的环路滤波处理，输出伪码多普勒频率控制字，并基于环路配置参数，进入对应的载波环路工作状态；在进入的载波环路工作状态是2阶FLL计算状态时，基于环路积分结果进行归一化载波鉴频处理和环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，并进入跟踪判决输出状态；在进入的载波环路工作状态是2阶FLL辅助3阶PLL计算状态时，基于环路积分结果完成归一化载波鉴频鉴相处理以及环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，并进入跟踪判决输出状态；在进入的载波环路工作状态是3阶PLL计算状态时，基于环路积分结果完成归一化载波鉴相处理以及环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，进入跟踪判决输出状态；在跟踪判决输出状态下，确定环路锁定失锁状态以及位同步环调整量，基于位同步环调整量对初始积分时间进行调整，从环路中提取符号信息合成比特流输出，并返回等待环路启动状态。一个实施例中，在初始积分时间下，对数字混频与解扩后的输入信号进行综合积分处理，获得环路积分结果，包括：在数字混频与解扩后的输入信号的符号边沿位置启动即时支路、超前支路和滞后支路的整符号积分器，进行整符号分段相关积分，并在整符号分段相关积累的同时获取位同步半符号奇偶积分值，获得积分数据并缓存，积分数据包括：即时支路整符号积分序列、超前支路整符号积分序列以及滞后支路整符号积分序列；采用基于格雷码排序的快速迭代搜索算法对缓存的即时支路整符号积分序列进行符号组合遍历，输出匹配峰值，并将输出的匹配峰值作为即时支路积分结果；提取匹配峰值对应的匹配模值，并将超前支路整符号积分序列按照匹配模值进行积分合成，获得超前支路积分结果，将滞后支路整符号积分序列按照匹配模值进行积分合成，获得滞后支路积分结果；环路积分结果包括即时支路积分结果、超前支路积分结果以及滞后支路积分结果。一种适用于多模调制体制的信号跟踪系统，系统包括：依次连接的综合环路积分器、综合环路鉴别器以及综合环路滤波器，其中，综合环路积分器和综合环路滤波器还与本地载波与伪码控制发生器连接；本地载波与伪码控制发生器对原始输入信号进行数字混频与解扩处理，获得数字混频与解扩后的输入信号；综合环路积分器，在等待环路启动状态下，在初始积分时间下，对数字混频与解扩后的输入信号进行综合积分处理，获得环路积分结果，环路积分结果包括即时支路积分结果、超前支路积分结果以及滞后支路积分结果；综合环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于多模调制体制的信号跟踪方法，所述方法包括：/n在等待环路启动状态下，在初始积分时间下，对数字混频与解扩后的输入信号进行综合积分处理，获得环路积分结果，并进入可变阶DLL计算状态；/n在所述可变阶DLL计算状态下，基于所述环路积分结果进行归一化伪码鉴相处理，基于滤波配置参数，进行对应的环路滤波处理，输出伪码多普勒频率控制字，并基于环路配置参数，进入对应的载波环路工作状态；/n在进入的载波环路工作状态是2阶FLL计算状态时，基于所述环路积分结果进行归一化载波鉴频处理和环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，并进入跟踪判决输出状态；/n在进入的载波环路工作状态是2阶FLL辅助3阶PLL计算状态时，基于所述环路积分结果完成归一化载波鉴频鉴相处理以及环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，并进入跟踪判决输出状态；/n在进入的载波环路工作状态是3阶PLL计算状态时，基于所述环路积分结果完成归一化载波鉴相处理以及环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，进入跟踪判决输出状态；/n在跟踪判决输出状态下，确定环路锁定失锁状态以及位同步环调整量，基于所述位同步环调整量对所述初始积分时间进行调整，从环路中提取符号信息合成比特流输出，并返回所述等待环路启动状态。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于多模调制体制的信号跟踪方法，所述方法包括：
在等待环路启动状态下，在初始积分时间下，对数字混频与解扩后的输入信号进行综合积分处理，获得环路积分结果，并进入可变阶DLL计算状态；
在所述可变阶DLL计算状态下，基于所述环路积分结果进行归一化伪码鉴相处理，基于滤波配置参数，进行对应的环路滤波处理，输出伪码多普勒频率控制字，并基于环路配置参数，进入对应的载波环路工作状态；
在进入的载波环路工作状态是2阶FLL计算状态时，基于所述环路积分结果进行归一化载波鉴频处理和环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，并进入跟踪判决输出状态；
在进入的载波环路工作状态是2阶FLL辅助3阶PLL计算状态时，基于所述环路积分结果完成归一化载波鉴频鉴相处理以及环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，并进入跟踪判决输出状态；
在进入的载波环路工作状态是3阶PLL计算状态时，基于所述环路积分结果完成归一化载波鉴相处理以及环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，进入跟踪判决输出状态；
在跟踪判决输出状态下，确定环路锁定失锁状态以及位同步环调整量，基于所述位同步环调整量对所述初始积分时间进行调整，从环路中提取符号信息合成比特流输出，并返回所述等待环路启动状态。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在初始积分时间下，对数字混频与解扩后的输入信号进行综合积分处理，获得环路积分结果，包括：
在数字混频与解扩后的输入信号的符号边沿位置启动即时支路、超前支路和滞后支路的整符号积分器，进行整符号分段相关积分，并在整符号分段相关积累的同时获取位同步半符号奇偶积分值，获得积分数据并缓存，所述积分数据包括：即时支路整符号积分序列、超前支路整符号积分序列以及滞后支路整符号积分序列；
采用基于格雷码排序的快速迭代搜索算法对缓存的所述即时支路整符号积分序列进行符号组合遍历，输出匹配峰值，并将输出的所述匹配峰值作为即时支路积分结果；
提取所述匹配峰值对应的匹配模值，并将所述超前支路整符号积分序列按照所述匹配模值进行积分合成，获得超前支路积分结果，将所述滞后支路整符号积分序列按照所述匹配模值进行积分合成，获得滞后支路积分结果；
所述环路积分结果包括所述即时支路积分结果、所述超前支路积分结果以及所述滞后支路积分结果。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述可变阶DLL计算状态下，基于所述环路积分结果进行归一化伪码鉴相处理，并基于滤波配置参数，进行对应的环路滤波处理，输出伪码多普勒频率控制字，并基于环路配置参数，进入对应的载波环路工作状态，包括：
通过采用四象限反正切运算单元近似伪码环除法的方式，对所述超前支路积分结果以及所述滞后支路积分结果进行伪码环的伪码鉴相归一化计算，获得伪码鉴相结果，进入对应的环路滤波工作状态；
在进入的环路滤波工作状态是N阶DLL计算状态时，基于所述伪码鉴相结果，进行N-1阶环路滤波处理，输出伪码多普勒频率控制字，并进入对应的载波环路工作状态；
在进入的环路滤波工作状态是载波辅助N阶DLL计算状态时，基于所述伪码鉴相结果，进行N-1阶环路滤波处理和载波辅助合成计算，输出伪码多普勒频率控制字，并进入对应的载波环路工作状态。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在进入的载波环路工作状态是2阶FLL计算状态时，基于所述环路积分结果完成归一化载波鉴频处理和环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，包括：
通过采用四象限反正切运算单元计算频率的方式，对所述即时支路积分结果进行锁频环的载波频率归一化计算，获得载波鉴频归一化值，获得载波鉴频处理结果；
对所述载波鉴频处理结果进行2阶FLL环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字。


5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在进入的载波环路工作状态是2阶FLL辅助3阶PLL计算状态时，基于所述环路积分结果完成归一化载波鉴频鉴相处理以及环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，包括：
基于四象限反正切运算单元，对所述即时支路环路积分结果进行归一化载波鉴频鉴相处理，获得鉴频鉴相处理结果；
对所述鉴频鉴相处理结果进行2阶FLL辅助3阶PLL环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于四象限反正切运算单元，对所述即时支路环路积分结果进行归一化载波鉴频鉴相处理，获得鉴频鉴相处理结果，包括：
基于四象限反正切运算单元，对所述即时支路环路积分结果进行载波鉴相处理，获得载波鉴相处理结果；
基于所述载波鉴相处理结果，采用每两个积分值完成一次相位差分鉴频计算的方式，进行载波鉴频处理，获得载波鉴频处理结果。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在获得载波鉴相处理结果之后，基于所述载波鉴相处理结果，采用每两个积分值完成一次相位差分鉴频计算的方式，进行载波鉴频处理之前，还包括步骤：
通过鉴相限符门限以及基于符号函数确定的校正函数，对所述载波鉴相处理结果进行修正。


8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述载波鉴相处理结果，采用每两个积分值完成一次相位差分鉴频计算的方式，进行载波鉴频处理，获得载波鉴频处理结果之后，还包括：
通过鉴频限符门限以及基于符号函数确定的校正函数，对所述载波鉴频处理结果进行修正。


9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在进入的载波环路工作状态是3阶PLL计算状态时，基于所述环路积分结果完成归一化载波鉴相处理以及环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，包括：
基于四象限反正切运算单元，对所述即时支路环路积分结果进行归一化鉴相处理，获得载波鉴相处理结果；
对所述载波鉴相处理结果进行3阶PLL环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字。


10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在进入的载波环路工作状态是2阶FLL辅助3阶PLL计算状态时，基于所述环路积分结果完成归一化载波鉴频鉴相处理以及环路滤波处理，输出载波多普勒频率控制字，包括：
基于四象限反正切运算单元，对所述即时支路环路积分结果进行归一化载波鉴相处理，获得载波鉴相处理结果；
对所述载波鉴相处理结果进行3阶PLL环路滤波处理，并在3阶PLL环路滤波处理的过程中引入关联归一化鉴频处理结果的可变系数，输出载波多普勒频率控制字。


11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定位同步环调整量包括：
基于所述即时支路积分结果，计算所述即时支路的奇数合成值，所述即时支路的偶数合成值，以及用以表征是否存在符号跳变的归一化即时判决量；
基于所述奇数合成值和所述偶数合成值计算符号跳变基准判决量；
通过比较所述归一化即时判决量和所述符号跳变基准判决量判定是否进行位同步调整；
在确定进行位同步调整时，利用相位锁定后的所述奇数合成值和所述偶数合成值，确定当前环路状态下的位同步调整方向，确定所述位同步环调整量。


12.一种适用于多模调制体制的信号跟踪系统，所述系统包括：依次连接的综合环路积分器、综合环路鉴别器以及综合环路滤波器，其中，所述综合环路积分器和所述综合环路滤波器还与本地载波与伪码控制发生器连接；
所述本地载波与伪码控制发生器对原始输入信号进行数字混频与解扩处理，获得数字混频与解扩后的输入信号；
所述综合环路积分器，在等待环路启动状态下，在初始积分时间下，对所述数字混频与解扩后的输入信号进行综合积分处理，获得环路积分结果，所述环路积分结果包括即时支路积分结果、超前支路积分结果以及滞后支路积分结果；
所述综合环路鉴别...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊彦，杨建伟，
申请(专利权)人：长沙北斗产业安全技术研究院有限公司，湖南矩阵电子科技有限公司，湖南国科防务电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43