一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，属于航天测控领域。该方法利用残留载波跟踪频率这一先验信息，通过对其进行LKF处理和计算，得到副载波多普勒和多普勒变化率的估计值，以降低后续副载波跟踪环路的初始频率偏差与频率变化率，从而使环路可以设置为小环路带宽，保证其可以低信噪比条件下工作，从而以极小的硬件资源为代价，解决低信噪比、大多普勒条件下的副载波同步问题。大多普勒条件下的副载波同步问题。大多普勒条件下的副载波同步问题。

【技术实现步骤摘要】
一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法


[0001]本专利技术涉及航天测控领域，特别是指一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法。

技术介绍

[0002]PCM
‑
BPSK
‑
PM(单副载波复合调制解调)调制体制是航天测控领域中常用的一种信号调制体制，广泛应用于各类卫星、载人航天、深空探测等领域。PCM
‑
BPSK
‑
PM调制信号通常采取相干解调方式，载波同步和副载波同步是解调处理中的核心环节，其中副载波同步一般采用基于COSTAS环的副载波跟踪和恢复方法。COSTAS环的跟踪门限信噪比与多普勒适应性存在矛盾，因此难以应对低信噪比与大多普勒条件同时存在的场景，如深空探测任务。针对此问题，理论上可以采取频率估计与补偿措施，降低COSTAS环的初始频率偏差与频率变化率，从而使环路可以设置为小环路带宽，保证其可以低信噪比条件下工作。但能够适应低信噪比条件的频率估计算法普遍非常复杂，资源消耗巨大，工程实现代价极高。
[0003]针对以上问题，需要以解决低信噪比、大多普勒条件下的副载波同步问题为目标，探索更加高效、更加节省资源、适合工程应用的副载波同步方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于避免上述
技术介绍
中的不足之处而提供一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法。该方法可以降低后续副载波跟踪环路的初始频率偏差与频率变化率，使其能够适应低信噪比的工作条件，从而以极小的硬件资源为代价，解决低信噪比、大多普勒条件下的副载波同步问题。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，包括以下步骤：
[0007](1)载波跟踪：通过对PCM
‑
BPSK
‑
PM单副载波复合调制解调体制信号的残留载波进行跟踪，完成残留载波同步，解调出副载波信号并输出，同时将实时跟踪的残留载波跟踪频率输出；
[0008](2)线性卡尔曼滤波：接收载波跟踪处理输出的残留载波跟踪频率，通过LKF线性卡尔曼滤波处理，得到载波多普勒和载波多普勒变化率的估计值，并将其输出；
[0009](3)正交下变频：接收载波跟踪处理输出的副载波信号，完成正交下变频处理，输出I、Q两路基带信号；此外，接收多普勒变化率补偿处理输出的再次补偿后的环路反馈频率控制字，对正交下变频的本地载波频率进行实时调整；
[0010](4)积分降采：接收正交下变频处理输出的I、Q两路基带信号，完成积分清除处理，实现数据降采样，输出降采样后的I、Q两路基带信号；
[0011](5)鉴相：接收积分降采处理输出的I、Q两路基带信号，进行鉴相运算，得到相位误差估计值并输出；
[0012](6)环路滤波：接收鉴相处理输出的相位误差估计值，经环路滤波器滤波后，得到
环路反馈频率控制字并输出；
[0013](7)多普勒补偿：接收线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒估计值，根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算为副载波多普勒估计值；此外，接收环路滤波处理输出的环路反馈频率控制字，利用副载波多普勒估计值对其进行补偿，然后输出补偿后的环路反馈频率控制字；
[0014](8)多普勒变化率补偿：接收线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒变化率估计值，根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算为副载波多普勒变化率估计值；此外，接收多普勒补偿处理输出的补偿后的环路反馈频率控制字，利用副载波多普勒变化率估计值对其进行再次补偿，然后输出再次补偿后的环路反馈频率控制字；
[0015]完成利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步。
[0016]进一步的，步骤(1)的载波跟踪采用锁相环实现，实时输出跟踪频率。
[0017]进一步的，步骤(2)中，线性卡尔曼滤波的状态方程为：
[0018]x
k
＝Ax
k
‑1+Bu
k
‑1；
[0019]其中，x
k
为状态量，A为状态转移矩阵，A为状态转移矩阵，B为关系矩阵，B＝[1 0]；u
k
为观测量，u
k
＝跟踪频率的更新频率。
[0020]进一步的，步骤(3)中，本地载波由数字控制振荡器产生，通过设置数字控制振荡器的频率控制字调整本地载波频率；
[0021]步骤(4)中，积分降采后的数据采样率为8倍的符号速率；
[0022]步骤(5)中，鉴相运算的公式为
[0023]步骤(6)中，环路滤波器采用三阶滤波器。
[0024]进一步的，步骤(7)中，将载波多普勒估计值折算为副载波多普勒估计值的计算公式为：
[0025][0026]其中，fd
sc
为副载波多普勒估计值，fd
c
为线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒估计值，f
sc
为副载波频率，f
c
为载波射频频率；
[0027]步骤(8)中，将载波多普勒变化率估计值折算为副载波多普勒变化率估计值的计算公式为：
[0028][0029]其中，fd'
sc
为副载波多普勒变化率估计值，fd'
s
为线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒变化率估计值，f
sc
为副载波频率，f
c
为载波射频频率。
[0030]本专利技术与
技术介绍
相比具有如下优点：
[0031]1、本专利技术利用残留载波跟踪频率这一先验信息，进行副载波多普勒和多普勒变化
率估计，降低了后续副载波跟踪环路的初始频率偏差与频率变化率，大幅提升了副载波同步的多普勒适应能力，从而具备在低信噪比、大多普勒条件下完成副载波同步的能力。
[0032]2、本专利技术通过对残留载波跟踪频率进行LKF处理得到残留载波多普勒和多普勒变化率的估计值，并根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算出副载波多普勒和多普勒变化率的估计值。与传统的频率估计方法相比，本专利技术采用的方法运算量小，硬件资源消耗低，完全满足工程应用条件。
附图说明
[0033]图1是本专利技术实施例的原理方框图。
具体实施方式
[0034]一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，本方法的处理流程为：载波跟踪处理得到副载波信号和残留载波跟踪频率；对残留载波跟踪频率进行LKF处理得到残留载波多普勒、多普勒变化率的估计值；副载波信号经正交下变频、积分降采后得到I、Q基带信号；经鉴相处理，得到相位误差估计；相位误差经环路滤波得到环路反馈频率控制字；将LKF处理得到的残留载波多普勒、多普勒变化率的估计值折算为副载波多普勒、多普勒变化率的估计值，对环路反馈频率控制字进行多普勒补偿和多普勒变化率补偿后，反馈回正交下变频处理。
[0035]参照图1，图1是本专利技术实施例的原理方框图，它包括以下处理过程：载波跟踪1、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)载波跟踪：通过对PCM
‑
BPSK
‑
PM单副载波复合调制解调体制信号的残留载波进行跟踪，完成残留载波同步，解调出副载波信号并输出，同时将实时跟踪的残留载波跟踪频率输出；(2)线性卡尔曼滤波：接收载波跟踪处理输出的残留载波跟踪频率，通过LKF线性卡尔曼滤波处理，得到载波多普勒和载波多普勒变化率的估计值，并将其输出；(3)正交下变频：接收载波跟踪处理输出的副载波信号，完成正交下变频处理，输出I、Q两路基带信号；此外，接收多普勒变化率补偿处理输出的再次补偿后的环路反馈频率控制字，对正交下变频的本地载波频率进行实时调整；(4)积分降采：接收正交下变频处理输出的I、Q两路基带信号，完成积分清除处理，实现数据降采样，输出降采样后的I、Q两路基带信号；(5)鉴相：接收积分降采处理输出的I、Q两路基带信号，进行鉴相运算，得到相位误差估计值并输出；(6)环路滤波：接收鉴相处理输出的相位误差估计值，经环路滤波器滤波后，得到环路反馈频率控制字并输出；(7)多普勒补偿：接收线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒估计值，根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算为副载波多普勒估计值；此外，接收环路滤波处理输出的环路反馈频率控制字，利用副载波多普勒估计值对其进行补偿，然后输出补偿后的环路反馈频率控制字；(8)多普勒变化率补偿：接收线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒变化率估计值，根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算为副载波多普勒变化率估计值；此外，接收多普勒补偿处理输出的补偿后的环路反馈频率控制字，利用副载波多普勒变化率估计值对其进行再次补偿，然后输出再次补偿后的环路反馈频率控制字；完成利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步。2.根据权利要求1所述的一种利用残...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙大元，李亮，张广宇，蔡鹏，田之俊，郑翘楚，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：