基于数字回环的时钟恢复校正系统及方法技术方案

本发明专利技术公开的一种同步转发测距体制下的基于数字回环的时钟恢复校正系统及方法，属于信号处理技术领域。本发明专利技术实现方法为：从上行测距信号中提取同步时钟，以同步时钟为基准使用直接数字频率合成器DDS芯片合成转发时钟，通过数字回环方式修正转发时钟频率控制字，从而消除因基准时钟稳定度、温漂、器件老化等造成的转发信号与上行信号时钟之间的频偏；使用数字回环方法能够灵活选取数字回环信号的频率，仅需使数字回环信号的过采样倍数与上行信号的过采样倍数一致，降低对硬件性能的要求；使用数字回环方法，不经过外部信号传输链路进一步降低硬件电路复杂度，利于电路的布局布线，节省星端接收处理机紧张的接口资源，更适用于小卫星载荷应用。用于小卫星载荷应用。用于小卫星载荷应用。

【技术实现步骤摘要】
基于数字回环的时钟恢复校正系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种基于数字回环的时钟恢复校正系统及方法，属于信号处理


技术介绍

[0002]当前卫星频段资源日趋紧张，基于微波的星地信号传输技术受到频率使用许可、混频模拟器件技术瓶颈等诸多限制，激光通信测距技术利用激光作为载体获得地面端与星端之间的距离，无需频率使用许可，具有传输速率高、保密性好等优势，为在轨卫星精密定位提供重要支撑。
[0003]激光通信测距体制主要分为同步转发测距体制与异步应答体制。其中，同步转发测距由地面端作为测距任务的发起端和主控端，卫星从上行测距信号中提取同步时钟并以此为基准将测距信号转发回地面端，地面端计算接收信号与发送信号之间的时间差，从而解算出星地距离。相对于异步应答测距体制，同步转发测距方式无需配置星上原子钟，能够降低星上有效载荷的质量和信号处理压力，适用于星地远距离激光测距。
[0004]同步转发一个关键的环节是对接收信号进行时钟恢复，获得接收信号的频率信息后通过直接数字频率合成器(DDS)合成转发信号的时钟，由于基准时钟稳定度、温漂、器件老化等原因使得实际恢复出的时钟与理论恢复出的时钟之间存在频偏，使得转发信号的多普勒信息与实际情况不相符，极大的影响距离测量精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要目的提供一种同步转发测距体制下的基于数字回环的时钟恢复校正系统及方法，以同步时钟为基准使用直接数字频率合成器DDS芯片合成转发时钟，并通过数字回环方式修正转发时钟的频率控制字，从而消除因基准时钟稳定度、温漂、器件老化等造成的转发信号与上行信号时钟之间的频偏，提高同步转发精度；能够灵活选取数字回环信号的频率，无需对下行高频信号进行采样处理来确保回环信号频率控制字与上行信号频率控制字的一致性，降低对硬件性能的要求；不经过外部信号传输链路进一步降低硬件电路复杂度，利于电路的布局布线，节省星端接收处理机紧张的接口资源，更适用于小卫星载荷应用。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0007]本专利技术公开的基于数字回环的时钟恢复校正系统，为同步转发测距体制下的基于数字回环的时钟恢复校正系统，包括激光信号接收模块、上行信号采集模块、上行信号同步模块、下行信号产生模块、激光信号调制模块、数字回环信号同步模块、频率控制字修正模块、模拟时钟合成模块。
[0008]所述激光信号接收模块，用于接收并解调地面端发送的上行激光信号，得到高速模拟上行接收信号，并传输至上行信号采集模块。
[0009]所述上行信号采集模块，对激光信号接收模块输出的高速模拟上行接收信号进行
采样量化，将模拟信号转换为数字信号，并传输至上行信号同步模块。
[0010]所述上行信号同步模块，对上行信号采集模块输出的数字信号进行捕获和跟踪，实现信号的同步，根据捕获是否成功控制下行信号产生模块的工作状态，并且在跟踪环节得到上行接收信号的频率控制字FTW
R
，并将FTW
R
传输至频率控制字修正模块。
[0011]所述下行信号产生模块，在模拟时钟合成模块生成的时钟驱动下，根据上行信号同步模块输出的捕获使能标志信号，生成并发送下行高速信号至激光信号调制模块。同时利用数字回环方法生成一路数据格式与下行高速信号一致，仅在速率上低于下行高速信号的数字回环信号，数字回环信号传输至数字回环信号同步模块。
[0012]所述激光信号调制模块，对下行信号产生模块产生的下行高速信号进行调制，将所述调制后的下行高速信号经下行激光链路传输至地面站。所述地面站包括光学接收天线和信号采集处理模块。
[0013]所述数字回环信号同步模块，通过数字回环方法对下行信号产生模块生成的数字回环信号在数字域进行采样，并对采样得到的数字回环信号进行捕获跟踪，在跟踪环节得到数字回环信号的频率控制字FTW
L
，并将FTW
L
传输至频率控制字修正模块。通过数字回环方法灵活选取数字回环信号的频率，根据系统工作频率仅需使数字回环信号的过采样倍数与上行信号的过采样倍数一致，即能够确保回环信号处理得到的频率控制字与上行信号处理得到的频率控制字具备一致性，无需对下行高频信号进行采样处理来确保回环信号频率控制字与上行信号频率控制字的一致性。
[0014]所述频率控制字修正模块，通过比较上行接收信号的频率控制字FTW
R
与数字回环信号的频率控制字FTW
L
，对频率控制字FTW进行修正并传输至模拟时钟合成模块，最终使得FTW
L
与FTW
R
一致，或使二者偏差在预定范围内，消除转发信号与上行信号时钟之间的频偏，即在同步转发测距体制下实现基于数字回环的时钟恢复校正，提高同步转发精度。所述频偏产生原因包括基准时钟稳定度误差、温漂、器件老化。
[0015]所述模拟时钟合成模块，使用频率控制字修正模块输出的频率控制字FTW经直接数字频率合成器DDS芯片合成转发时钟，即以同步时钟为基准使用直接数字频率合成器DDS芯片合成转发时钟，同步将所述转发时钟输出给下行信号产生模块。
[0016]作为优选，通过比较上行接收信号的频率控制字FTW
R
与数字回环信号的频率控制字FTW
L
对频率控制字FTW进行修正，具体实现方法如下：
[0017]频率控制字修正模块对FTW
R
与数字回环信号处理得到的FTW
L
做差，得到转发信号与接收信号之间的频率差异ΔFTW＝FTW
R
‑
FTW
L
，根据ΔFTW对输出给外部DDS芯片的频率控制字FTW进行迭代修正，即
[0018][0019]经过多次迭代后，使得ΔFTW≈0，从而消除转发信号与上行信号时钟之间的频偏，即在同步转发测距体制下实现基于数字回环的时钟恢复校正，提高同步转发精度。所述频偏产生原因包括基准时钟稳定度误差、温漂、器件老化。
[0020]本专利技术还公开一种基于数字回环的时钟恢复校正方法，基于所述基于数字回环的时钟恢复校正系统实现，所述一种基于数字回环的时钟恢复校正方法包括如下步骤：
[0021]步骤一、激光信号接收模块对接收到的激光信号进行去载波处理，得到调制在激光信号中的基带信号。
[0022]步骤二、上行信号采集模块中的模数转换器ADC对接收到的上行基带电信号进行采样量化得到数字信号，并将数字信号传输给上行信号同步模块进行处理。
[0023]步骤三、上行信号同步模块中的捕获部分在采样得到的数字信号中寻找特定的伪码帧头，确定帧起始位置，控制跟踪模块的运算，并输出捕获成功信号控制下行信号产生模块是否开始工作。
[0024]步骤三、跟踪部分中的跟踪环路通过超前减滞后功率法进行鉴相，并通过二阶环路对鉴相值进行滤波，去除高频分量及噪声，根据鉴相值计算得到接收信号的频率控制字FTW
R
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于数字回环的时钟恢复校正系统，其特征在于：为同步转发测距体制下的基于数字回环的时钟恢复校正系统，包括激光信号接收模块、上行信号采集模块、上行信号同步模块、下行信号产生模块、激光信号调制模块、数字回环信号同步模块、频率控制字修正模块、模拟时钟合成模块；所述激光信号接收模块，用于接收并解调地面端发送的上行激光信号，得到高速模拟上行接收信号，并传输至上行信号采集模块；所述上行信号采集模块，对激光信号接收模块输出的高速模拟上行接收信号进行采样量化，将模拟信号转换为数字信号，并传输至上行信号同步模块；所述上行信号同步模块，对上行信号采集模块输出的数字信号进行捕获和跟踪，实现信号的同步，根据捕获是否成功控制下行信号产生模块的工作状态，并且在跟踪环节得到上行接收信号的频率控制字FTW
R
，并将FTW
R
传输至频率控制字修正模块；所述下行信号产生模块，在模拟时钟合成模块生成的时钟驱动下，根据上行信号同步模块输出的捕获使能标志信号，生成并发送下行高速信号至激光信号调制模块；同时利用数字回环方法生成一路数据格式与下行高速信号一致，仅在速率上低于下行高速信号的数字回环信号，数字回环信号传输至数字回环信号同步模块；所述激光信号调制模块，对下行信号产生模块产生的下行高速信号进行调制，将所述调制后的下行高速信号经下行激光链路传输至地面站；所述地面站包括光学接收天线和信号采集处理模块；所述数字回环信号同步模块，通过数字回环方法对下行信号产生模块生成的数字回环信号在数字域进行采样，并对采样得到的数字回环信号进行捕获跟踪，在跟踪环节得到数字回环信号的频率控制字FTW
L
，并将FTW
L
传输至频率控制字修正模块；通过数字回环方法灵活选取数字回环信号的频率，根据系统工作频率仅需使数字回环信号的过采样倍数与上行信号的过采样倍数一致，即能够确保回环信号处理得到的频率控制字与上行信号处理得到的频率控制字具备一致性，无需对下行高频信号进行采样处理来确保回环信号频率控制字与上行信号频率控制字的一致性；所述频率控制字修正模块，通过比较上行接收信号的频率控制字FTW
R
与数字回环信号的频率控制字FTW
L
，对频率控制字FTW进行修正并传输至模拟时钟合成模块，最终使得FTW
L
与FTW
R
一致，或使二者偏差在预定范围内，消除转发信号与上行信号时钟之间的频偏，即在同步转发测距体制下实现基于数字回环的时钟恢复校正，提高同步转发精度；所述频偏产生原因包括基准时钟稳定度误差、温漂、器件老化；所述模拟时钟合成模块，使用频率控制字修正模块输出的频率控制字FTW经直接数字频率合成器DDS芯片合成转发时钟，即以同步时钟为基准使用直接数字频率合成器DDS芯片合成转发时钟，同步将所述转发时钟输出给下行信号产生模块。2.如权利要求1所述的基于数字回环的时钟恢复校正系统，其特征在于：通过比较上行接收信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡春源，林玉洁，石政远，袁亚博，邰馨慧，卜祥元，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：