[發明專利]一種鎖相接收機混合環路

有效

• 申請號: 201410429908.4
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104158553B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 王文偉;侯建文;張玉花;江勇;胡震亞;苗瑞琴;梁志林;歐陽尚榮
• 申請（專利權）人: 上海航天電子通訊設備研究所
• 主分類號: H04B1/16
• 分類號: H04B1/16;H03L7/085
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及鎖相接收機接收環路設計領域，特別涉及一種鎖相接收機混合環路。

背景技術

目前，宇航系統中測量衛星飛行軌道最常用的一種方法叫多普勒測速定軌法，當衛星相對地球運動時會產生多普勒效應，通過測量多普勒頻率可以計算出衛星相對地球運動速度。由于衛星距離地面站十分遙遠，接收的信號十分微弱，其強度與接收機內部噪聲強度差不多，接收信號一般都被噪聲所淹沒，普通接收機已不能完成信號捕獲和跟蹤，此時需由鎖相接收機完成多普勒頻率的測量。鎖相技術起源于上世紀三十年代，隨著技術的不斷發展，特別是人造衛星和宇宙飛船的出現，鎖相接收技術得到了大量應用，發展至今已十分成熟。

鎖相接收機中鎖相環路的階數為環路濾波器階數加一，如采用一階環路濾波器則鎖相環路為二階，采用二階環路濾波器則鎖相環路為三階。衛星接收機中一般采用二階鎖相環路，根據理論分析，對于給定的環路帶寬，當接收信號存在多普勒頻移時二階鎖相環路會產生相應的穩態相位誤差，多普勒頻移越大產生的穩態相位誤差越大，環路就越容易失鎖越不穩定，穩態相位誤差一般要求不大于5°。穩態相位誤差在一定范圍內與環路帶寬成反比，為了保持環路鎖定可以提高環路帶寬，而環路帶寬增大會使環路噪聲功率增加從而造成接收機靈敏度下降。對二階鎖相環路而言，環路帶寬和穩態相位誤差是相互矛盾的，使得接收機靈敏度和所能跟蹤的多普勒頻率范圍是相互矛盾的，一般情況下需要根據指標進行綜合設計。

隨著空間技術的發展，特別是深空探測的不斷開展，由于通信距離更加遙遠，工作頻率更高，衛星相對地球運動更快，需要跟蹤的多普勒頻率范圍和變化率增加，而且衛星接收機靈敏度要求更高，很多場合二階環路已不能滿足要求，需要采用三階環路。采用三階環的優點在于其穩態相位誤差比二階環小一個數量級以上，在相同的多普勒頻率和穩態相位誤差要求下，環路帶寬可以做窄，以提高靈敏度，這對深空探測領域十分重要。而三階以上環路設計十分復雜，不適于衛星通信中的使用。

但三階環路捕獲性能較差，因此如何既能利用二階環路較好的捕獲信號的能力，又可以利用三階環路良好的穩態相位誤差是目前星載接收機環路面臨的一個主要問題。

本發明的接收機混合環路考慮上述問題，根據衛星對接收機靜態頻率穩定性的較嚴格的要求，考慮到信號未鎖定時需要壓控晶振輸出頻率比較穩定，采用混合環路設計的方法：接收信號捕獲前鎖相環路為二階環，此時環路直流增益較小，壓控晶振電壓控制端直流電壓變化范圍較小，其輸出頻率頻移很小，接收機靜態頻率比較穩定，信號捕獲能力較好；捕獲信號后自動切換成三階環，此時環路增益較大且穩態相位誤差較小。通過這種混合環路設計，接收機靈敏度可以增加5dB以上。

目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鎖相接收機的混合環路，以解決現有信號接收機的減少穩態相位誤差與提高靈敏度兩者相互矛盾造成難以在高多普勒范圍與低接收功率之間相互取舍的問題。

本發明的第二目的在于提供一種鎖相接收機的混合環路，以解決星載接收機采用二階鎖相環路會產生相應的穩態相位誤差，所能跟蹤的多普勒頻率范圍有限的問題。

本發明的第三目的在于提供一種鎖相接收機的混合環路，以解決星載接收機采用三階鎖相環路在相同的多普勒頻率和穩態相位誤差要求下，捕獲性能差的問題。

為解決上述問題，本發明提供的一種鎖相接收機混合環路，包括主鑒相環路、副鑒相環路、環路濾波器及開關，接收信號輸入所述主鑒相環路進行處理后輸出直流電壓信號和交流差拍信號，所述直流電壓信號和交流差拍信號輸入所述環路濾波器進行低通濾波，濾除交流差拍信號后將所述直流電壓信號輸出至所述副鑒相環路，所述副鑒相環路處理所述直流電壓信號并輸出鎖定指示信號至所述開關以控制所述環路濾波器；

其中，所述環路濾波器包括一第一級有源濾波器及一第二級有源濾波器，所述第一級有源濾波器與第二級有源濾波器串聯，所述第一級有源濾波器的外圍電路中包括第一濾波電容，所述第二級有源濾波器的外圍電路中包括第二濾波電容，所述開關與所述第二濾波電容并聯；

????當所述鎖定指示信號未達到最大值時，所述開關閉合，所述第二濾波電容被短路，所述第二級有源濾波器不進行濾波，等效為衰減器，此時鎖相接收機環路為二階環路；當所述鎖定指示信號達到最大值時，所述開關斷開，所述第二濾波電容不被短路，此時所述第二級有源濾波器進行濾波，此時鎖相接收機環路為三階環路。