[發明專利]一種高動態無人機測控信號載波跟蹤方法

有效

• 申請號: 201611195523.1
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN107070832B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 白園;何健輝;夏明贇;彭勃
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十研究所
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L7/033;H04L27/00;G01S19/29;G01S19/35
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 詹永斌;辜強

本發明提供一種高動態無人機測控信號載波跟蹤方法，包括：將中頻信號經數字下變頻所形成的I、Q兩路數據構造解析函數I(k)+jQ(k)，將可變數控振蕩器產生的正交本地跟蹤載波構造復數形式將I(k)+jQ(k)與進行復數混頻；利用復數混頻結果的實部和虛部計算得到鑒別結果；環路濾波器根據鑒別結果調整控制參數，并將控制結果發送給可變數控振蕩器；可變數控振蕩器根據控制結果調整頻率控制字和相位控制字，返回第一步，實現閉環控制。本發明更好地兼顧了動態性和跟蹤精度的要求，具有較好的動態適應能力、收斂性能和跟蹤精度，同時具有計算復雜度低易于工程實現的優點，具有很好的應用價值。

技術領域

本發明涉及無線通信領域，尤其是涉及一種高動態無人機測控信號載波跟蹤方法。

背景技術

由于無人機測控系統的特殊性，其組成包括中繼衛星、地面控制站、無人機平臺三部分，系統通信距離遠、無人機平臺運動速度快，因此無人機平臺接收到的信號具有極低信噪比、高多普勒動態等特點。根據無人機特殊的使用場景與任務需求背景，無人機遙控遙測過程對系統處理的實時性要求很高。無人機測控系統中，載波跟蹤環是接收機中最脆弱的一環，高動態信號造成的接收機失鎖往往首先是由載波跟蹤環失鎖引起的，將導致整個測控系統通信鏈路中斷。

無人機測控系統中使用較多的是QPSK調制方式，QPSK是抑制載波的調制方式，在接收機端需要采用相干解調的方式實現載波跟蹤，恢復出相干載波，這個相干載波應與發送端的載波在頻率上同頻，在相位上保持某種同步關系。也就是說，它有兩個過程：一是載波頻率的捕獲，二是載波相位的跟蹤。

實現載波恢復一般有兩種方法：一種是開環恢復法，它是直接對收發載波的頻偏和相位誤差進行估計，在解調時給予有效的補充；另一種是閉環恢復法，常采用數字鎖相環來實現載波的捕獲和跟蹤。對于開環方式，同步時間短，結構簡單，計算效率高，但同步的精度不高；而閉環方式能夠達到較高的同步精度，系統性能較好，但它建立的時間較長。

鎖相環(PLL)直接跟蹤載波相位，具有良好的相位跟蹤精度和抗噪聲能力，但是在高動態的情況下，由于多普勒頻移的影響較大，PLL的跟蹤精度將會降低，只能通過增加環路帶寬來應對。而環路帶寬的增大必然會引起噪聲的增加，因此還會影響跟蹤精度。鎖頻環(FLL)只是跟蹤載波頻率，鑒頻器的輸出是載波頻率跟蹤誤差，具有較好的動態性。

基于PLL和FLL的優點，目前使用FLL和PLL相結合的方式實現載波和相位跟蹤是普遍使用的一種方式，如圖1所示的目前比較常用的FLL輔助PLL載波跟蹤環的設計框圖，其主要包括：可變NCO(數控振蕩器)、混頻器、低通濾波器、鑒頻器、鑒相器、環路濾波器等模塊。這種相結合的方式雖然有其優點，但也存在很多缺點：這種載波跟蹤環需要采用大量的數字化單元實現，如濾波器(FIR)、數字乘法器、數字加減法器等，并且鑒頻算法和鑒相算法比較復雜，涉及到很到三角函數的乘法和除法運算，不利于工程實現。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有技術存在的問題，提供一種高動態無人機測控信號載波跟蹤方法，解決現有跟蹤環需采用大量模塊，且算法復雜，不利于工程實現的問題。

本發明的發明目的通過以下技術方案來實現：

一種高動態無人機測控信號載波跟蹤方法，其特征在于，該方法包括步驟：

1)將中頻信號經數字下變頻所形成的I、Q兩路數據構造解析函數I(k)+jQ(k)，將可變數控振蕩器產生的正交本地跟蹤載波構造復數形式

2)將I(k)+jQ(k)與進行復數混頻；

3)利用復數混頻結果的實部和虛部計算得到鑒別結果；

4)環路濾波器根據鑒別結果調整控制參數，并將控制結果發送給可變數控振蕩器；

5)可變數控振蕩器根據控制結果調整頻率控制字和相位控制字，返回步驟1)，實現閉環控制。