[發明專利]擴頻接收機高精度幀同步脈沖信號的產生方法

有效

• 申請號: 201210381003.5
• 申請日: 2012-10-09
• 公開（公告）號: CN102916722A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 劉文燾;舒炳江;王賢良
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: H04B1/7085
• 分類號: H04B1/7085
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

技術領域

本發明涉及一種適用于擴頻遙測以及擴頻導航領域中數字接收機的高精度幀同步脈沖的產生方法，尤其是擴頻接收機高精度幀同步脈沖信號的產生方法。

背景技術

擴頻接收機是自主外測系統中的關鍵設備,通常由快捕和跟蹤兩部分組成,其主要功能是對來自目標的擴頻信號進行接收、捕獲、跟蹤解調和轉發.快捕用于快速捕獲轉發返回的擴頻信號,信號捕獲后由跟蹤通道進行跟蹤解調。擴頻信號的快速捕獲和跟蹤模塊都采用FPGA實現,將多種專用芯片的功能集成在一片大規模FPGA芯片上,并采用DSP為相關通信口置入控制字。為了提高捕獲速度偽碼并行載波串性的捕獲算法及跟蹤算法等均采用硬件完成。在擴頻通信中,數字擴頻接收機的時鐘同步和載波同步均以數字方式實現。

衛星定位系統接收機與時間同步設備之間，時間同步設備與傳輸承載設備之間，傳輸承載設備之間，傳輸承載設備與基站設備之間，衛星定位系統接收機與基站設備，這些應用場景均有可能涉及到高精度秒脈沖信號或高精度幀脈沖信號的互通，隨著授時精度指標要求的提高，對秒脈沖信號和幀同步脈沖信號的精度要求達到2ns。

目前普通GPS的秒脈沖信號(PPS)精度一般是100納秒量級，遙測領域中接收機恢復出的幀脈沖信號的精度也受系統鐘限制，一般提出的技術要求也都是百納秒量級。傳統的接收機普遍是百納秒的精度水平，現有市面上的高精度授時產品，比如高精度授時GPS接收機的PPS精度最高的可達20ns水平。總之，現有的產品性能遠達不到2納秒的脈沖信號精度要求。

現有設計的地面接收機不能產生高精度脈沖信號前沿的原因在于，碼跟蹤環路測量誤差導致的秒脈沖信號隨機抖動誤差和直接數字頻率合成器導致的秒脈沖信號系統鐘模糊誤差。前者可以通過合理地環路設計來改進和提高，幀同步脈沖信號精度主要受限于系統鐘的模糊誤差，現在的數字接收機一般都用現場可編程門陣列(FPGA)來設計實現，但FPGA都有自己的最高工作頻率，因為器件內部的各種延遲，數據的采集、建立和傳輸都有時間延遲，如果時鐘周期小于這個延遲，則芯片內部的數據在當前時鐘還沒有正常的采集、建立和傳輸，下一個時鐘就已經來到，造成工作錯亂——這就是電路能承受的最高工作頻率，如果電路只能跑到低于最高工作頻率的某頻率，如果硬是上到最高工作頻率工作，那么這個芯片由于不滿足時序將不能正常工作。表1列出了一些常用FPGA芯片的最高工作頻率，其中VirtexⅡPro-5的最高工作頻率達到193MHz，由于擴頻接收機電路一般都比較復雜，在芯片VirtexⅡPro-5上運行時電路只能跑到90MHz，對應的系統鐘模糊誤差為11納秒，脈沖信號精度統計時標準差大于3納秒，僅系統鐘模糊誤差這一項誤差因素就導致達不到2納秒的精度要求。

表1

綜上，現有的設計方法和現有的各類產品均不能保證秒脈沖信號和幀同步脈沖信號達到2納秒的精度，不能滿足高精度授時系統的要求。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術及現有授時產品不能滿足當前更高精度授時系統的指標要求，提供一種能夠降低系統鐘模糊誤差，并結合最優環路設計降低隨機噪聲抖動誤差，使得接收機能夠產生達到2納秒精度的高精度幀同步脈沖信號的方法。

本發明解決現有技術問題所采用的方案是：一種擴頻接收機高精度幀同步脈沖信號的產生方法，其特征在于包括以下步驟：首先將AD轉換模塊、載波解調模塊、擴頻解擴模塊、位同步幀同步模塊和同步觸發處理模塊依次串聯在同一線路上，再在載波解調模塊上跨接并聯載波跟蹤環模塊、在擴頻解擴模塊和同步觸發處理模塊上跨接并聯碼跟蹤環模塊，組成一個具有產生高精度幀同步脈沖信號功能的擴頻接收機，其次，進一步地在上述碼跟蹤環模塊中劃分：碼環鑒相器模塊、環路濾波器模塊、加法器和NCO累加器模塊、相位保持寄存器、溢出判斷模塊和溢出殘差判斷模塊，并將上述劃分出的模塊依次串聯組成碼環電路，然后在相位保持寄存器中，用一個高于數控振蕩器NCO累加器工作時鐘的高速時鐘，讀取上述碼跟蹤環模塊相位溢出時的殘差，通過溢出判斷模塊和溢出殘差判斷模塊對碼跟蹤環模塊的溢出殘差進行判斷，處理殘差和門限值得到更高精度的相位溢出時刻，通過碼跟蹤環模塊內置的溢出殘差判斷模塊產生一個高精度的碼鐘，該高精碼鐘和高頻率時鐘再反饋至幀同步模塊，通過同步觸發處理模塊再對幀同步模塊輸出的具有1/秒的系統鐘模糊誤差的粗幀脈沖信號進行同步觸發處理，產生系統鐘模糊誤差為1/秒的高精度幀同步脈沖信號。