专利名称：一种自适应调节参数的载波跟踪装置的制作方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，涉及一种自适应调节参数的载波跟踪装置。
背景技术：
我国目前已经开展研制更新的探测器，用于对更遥远的天体进行探测，包括金星、火星、木星等。月球到地球的最远距离约40万公里，而火星到地球的最远距离约4亿公里，距离拓展了 1000倍。在深空探测中，接收信号的信噪比动态范围很大，C/N0从高信噪比的117dBHz到低信噪比的20dBHz，并且接收信号的多普勒频率变化率的变化范围很大，从高信噪比时的5KHz/s以上，到低信噪比时的20Hz/s左右，对星上应答机的载波跟踪技术提出了更高的要求。而目前已经飞行的月球卫星CE-1/2上应答机的跟踪灵敏度只达到了47dBHz以上，不能满足更远的深空探测的需求。
发明内容
本发明的技术解决问题是针对现有技术的不足，提供了一种自适应调节参数的载波跟踪装置，可根据对输入信号基带信号的估计实现对上行载波信号的自适应跟踪。本发明的技术解决方案是一种自适应调节参数的载波跟踪装置，包括A/D转换器，正交下变频，数控振荡器，估计模块，积分器、主载波鉴频鉴相器和环路滤波器，输入信号经A/D转换器后将产生的采样信号输出到正交下变频模块；所述正交下变频模块利用数控振荡器产生的本地参考信号对采样信号进行下变频产生基带信号；所述数控振荡器根据输入的载波频偏控制字和载波跟踪频率控制字产生本地参考信号，载波频偏控制字由估计模块根据基带信号产生；载波跟踪频率控制字由环路滤波器根据主载波鉴频鉴相器输出的鉴频鉴相误差信号产生，所述主载波鉴频鉴相器根据所述积分器对基带信号的积分信号产生所述鉴频鉴相误差信号；其中，所述环路滤波器包括二阶锁相环和三阶锁相环。所述积分器和所述环路滤波器根据所述估计模块产生的选择参数确定积分时间和环路滤波参数，所述选择参数由所述估计模块根据基带信号的信噪比确定。进一步的，不同的选择参数对应于不同选择参数范围，当所述基带信号的信噪比处于某个选择参数范围之中时，则估计模块输出对应于该选择参数范围的选择参数。进一步的,在所述选择参数范围中,相邻选择参数范围具有相互重合的端点范围。本发明与现有技术相比具有如下优点本发明采用多普勒和信噪比估计，选择合适的初始环路参数。根据信号功率估计确定选择参数，并根据选择参数确定环路滤波器的滤波参数和积分器的积分时间，从而可以适应上行信号的特点，完成载波跟踪功能。能够适应高信噪比、高多普勒变化率的信号，也能适应于极低信噪比、低速率多普勒变化率的信号。适应于深空探测任务中的具有极大变化范围的测控信号。
图I为本发明的载波跟踪装置组成示意图；图2为环路滤波器的组成示意图；图3为选择参数范围的示意图。
具体实施例方式下面就结合附图对本发明做进一步介绍。如图I所示，本发明所述自适应调节参数的载波跟踪装置包括A/D转换器，正交下变频，数控振荡器NC0，估计模块，积分器、主载波鉴频鉴相器和环路滤波器。 输入信号通A/D转换器进行采样，形成中频数字采样序列并输出到正交下变频模块。正交下变频模块利用数控振荡器NCO提供的两路正交的本地参考信号对中频数字采样序列下变频到基带，获得I、Q两路正交的基带信号。估计模块对两路正交的基带信号进行载波频偏估计、多普勒变化率估计、以及信号功率估计，形成载波频偏估计控制字。在估计模块中采用FFT运算对I、Q两路正交的基带信号进行频谱分析，查找基带信号的最大峰值。峰值的位置代表了频率偏移量，而峰值的大小代表了信号功率，可以体现出信噪比SNR。连续进行两次FFT运算，两次测量峰值位置的变化量就反映了多普勒变化率。NCO利用载波频偏估计控制字对输出参考信号的频率进行控制，使输出的本地参考信号与输入中频信号频率相同。积分器对I、Q两路正交的基带信号进行积分，积分后输出的两路积分信号送入主载波鉴频鉴相器。由主载波鉴频鉴相器对输入信号进行鉴频和鉴相，后产生输出到环路滤波器的鉴频鉴相误差信号。环路滤波器对鉴频鉴相误差信号进行环路滤波后形成载波跟踪频率控制字，控制NCO使其输出的参考信号与输入的中频数字采样序列同频同相，完成载波锁定。所述积分器的积分时间和所述环路滤波器的环路滤波参数由估计模块输出的选择参数确定。积分器和环路滤波器根据选择参数完成对基带信号的载波跟踪。载波跟踪的作用在于不断消除本地载波和基带信号载波的频差，使本地参考信号和输入信号的载波同频同相，也即消除载波信号的多普勒影响。载波跟踪是以载波频偏估计和信号功率估计为基础的。通过频偏估计消除了信号绝大部分多普勒分量，使得信号载波和本地载波的频偏控制在跟踪环路的牵弓丨带宽内。积分器对基带信号进行积分累积，累积的时间长度T即为积分器的积分时间。积分后的基带信号分别通过鉴频和鉴相得到用于表征瞬时频率差和瞬时相位差的鉴频鉴相
误差号。如图2所示，为环路滤波器示意图。环路滤波器的基本结构采用二阶锁频环辅助三阶锁相环。频率差和相位差通过五个乘法器、两个T时间延迟器以及三个积分器计算得到跟踪环频率控制字。在跟踪过程中，环路滤波器的结构保持不变，但其中的环路滤波参数可以动态改变。包括积分器的积分时间Tl、延迟器延迟时间T2、锁频环和锁相环系数Cfl，Cf2, Cpl,Cp2，Cp3。如果设置Cfl = Cf2 = 0，则构成三阶锁相环PLL。如果选择Cp3 = 0，则构成二阶锁相环PLL。通常对于强信噪比的信号，采用具有较宽环路带宽和较短积分时间的参数，从而加快锁定；对于弱信噪比信号，选择具有较长积分时间和较窄环路带宽的参数，从而提高信噪比；对于具有较高多普勒变化率的信号，采用二阶环路辅助三阶环路的结构，从而减小跟踪相位差；对于具有较低多普勒变化率的信号，可以选择构成二阶环路的参数，从而提高稳定性。估计模块输出的选择参数包括(Tl，Cfl，Cf2, Cpl，Cp2，Cp3)，其中，Tl为积分器的积分时间；cn，Cf2为2阶锁频环的环路参数；Cpl，Cp2，Cp3为3阶锁相环的环路参数。多个预先设定的选择参数构成选择参数集，每个选择参数对应于一个选择参数范围。如图3所示，选用选择参数I条件为，锁相环正常工作的范围是SNR >门限I-;选用选择参数2的条件为，锁相环正常工作的范围是门限2+ > SNR >门 限2-;选用选择参数3的条件为，锁相环正常工作的范围是门限3+ > SNR >门限3-;选用选择参数4的条件为，锁相环正常工作的范围是门限4+ > SNR >门限4_。且对应于选择参数I 选择参数4的选择参数范围中,相邻选择参数范围在端点处有一定的重叠，即门限I- <门限2+。门限2+ >门限I-,门限3+ >门限2_，门限4+ >门限3_。在估计模块中，采用I * I+Q * Q的公式对基带信号功率持续进行计算观察，作为SNR估计。根据环路滤波器当前所处的状态，将SNR与参数选择范围的端点作比较。如果锁相环当前采用了选择参数1，则在跟踪过程中，SNR应当处于门限I-之上。如果SNR <门限1-，且SNR >门限2_，则改变(T，Cfl，Cf2，Cpl，Cp2，Cp3)，采用选择参数2。如果重新发现SNR >门限2+，则变为选择参数1，如果SNR <门限2_，且SNR >门限3_，则采用选择参数3。以此类推，随着信噪比的高低变化，锁相环根据相邻选择参数范围间确定的选择参数进行切换，从而实现平滑过渡。而各个相邻选择参数范围具有相互重合的端点范围(即的端点互相交叉)，保证了环路参数不会由于信噪比恰好等于某一个选择参数范围的端点处而来回振荡。在两个选择参数范围之间切换时，只改变鉴频鉴相积分器的积分时间T和滤波器系数，保留环路中的延迟累积单元的累积值，从而确保环路切换时保持之前的记忆效应,不会发生突变。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.一种自适应调节参数的载波跟踪装置，包括Α/D转换器，正交下变频，数控振荡器，估计模块，积分器、主载波鉴频鉴相器和环路滤波器， 输入信号经Α/D转换器后将产生的采样信号输出到正交下变频模块；所述正交下变频模块利用数控振荡器产生的本地参考信号对采样信号进行下变频产生基带信号；所述数控振荡器根据输入的载波频偏控制字和载波跟踪频率控制字产生本地参考信号，载波频偏控制字由估计模块根据基带信号产生；载波跟踪频率控制字由环路滤波器根据主载波鉴频鉴相器输出的鉴频鉴相误差信号产生，所述主载波鉴频鉴相器根据所述积分器对基带信号的积分信号产生所述鉴频鉴相误差信号；其中，所述环路滤波器包括二阶锁相环和三阶锁相环， 其特征在于所述积分器和所述环路滤波器根据所述估计模块产生的选择参数确定积分时间和环路滤波参数，所述选择参数由所述估计模块根据基带信号的信噪比确定。
2.如权利要求I所述的一种自适应调节参数的载波跟踪装置，其特征在于不同的选择参数对应于不同选择参数范围，当所述基带信号的信噪比处于某个选择参数范围之中时，则估计模块输出对应于该选择参数范围的选择参数。
3.如权利要求2所述的一种自适应调节参数的载波跟踪装置，其特征在于在所述选择参数范围中，相邻选择参数范围具有相互重合的端点范围。
全文摘要
本发明公开了一种自适应调节参数的载波跟踪装置，包括A/D转换器，正交下变频，数控振荡器，估计模块，积分器、主载波鉴频鉴相器和环路滤波器，正交下变频模块利用本地参考信号对A/D转换器输出的采样信号进行下变频产生基带信号；数控振荡器根据载波频偏控制字和载波跟踪频率控制字产生本地参考信号，载波频偏控制字由估计模块根据基带信号产生；载波跟踪频率控制字由环路滤波器根据鉴频鉴相误差信号产生，主载波鉴频鉴相器根据积分信号产生鉴频鉴相误差信号；积分器和环路滤波器根据选择参数确定积分时间和环路滤波参数，选择参数由所述估计模块根据基带信号的信噪比确定。本发明可根据对输入信号基带信号的估计实现对上行载波信号的自适应跟踪。
文档编号H04L7/033GK102801671SQ20121025237
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者吉欣, 任经纬, 翟盛华, 张宗攀 申请人:西安空间无线电技术研究所