[發(fā)明專利]一種基于相位累積多普勒頻偏補(bǔ)償?shù)?/π調(diào)制測(cè)角方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710927557.3
• 申請(qǐng)日: 2017-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN107707498A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊卓凱;王煒濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所
• 主分類號(hào): H04L27/00
• 分類號(hào): H04L27/00;H04L27/20
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及通信與測(cè)控領(lǐng)域中的一種單脈沖單通道跟蹤接收機(jī)技術(shù)，可用于對(duì)目標(biāo)的捕獲、跟蹤。

背景技術(shù)

在寬帶通信系統(tǒng)中，通常采用自跟蹤雷達(dá)穩(wěn)定地跟蹤目標(biāo)，保證足夠的天線增益，確保數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離可靠傳輸。

在特定的應(yīng)用場(chǎng)景下，天線跟蹤系統(tǒng)不會(huì)額外發(fā)送信標(biāo)信號(hào)，而是直接采用寬帶通信信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)天線的波束跟蹤，為了適用于任何形式的接收信號(hào)，通常采用正交0/π調(diào)制法和四相調(diào)制法兩種方法。

李瑞榜早在“擴(kuò)頻信號(hào)跟蹤測(cè)角技術(shù)研究”(無(wú)線電工程，2004(1))中提出了一種正交0/π調(diào)制方法。該方法對(duì)兩路差信號(hào)用一組正交的低頻調(diào)制方波分別進(jìn)行0/π兩相調(diào)制，接收機(jī)通過(guò)時(shí)域相關(guān)完成信號(hào)能量累計(jì)，以解調(diào)角度差信息。但不足之處在于時(shí)域相關(guān)過(guò)程中引入噪聲能量，使系統(tǒng)的應(yīng)用局限于高信噪比環(huán)境中。

王小妹在“寬帶雷達(dá)信號(hào)接收系統(tǒng)單脈沖單通道跟蹤接收機(jī)技術(shù)研究”(西安電子科技大學(xué)論文，2011(10))中介紹了四相調(diào)制方法，對(duì)正交合并后的差路信號(hào)進(jìn)行四相調(diào)制，通過(guò)移位相關(guān)運(yùn)算獲得包絡(luò)幅度，解調(diào)角度差信息，該方法可工作在低信噪比的環(huán)境中，但不足之處在于跟蹤性能較差。

遺憾的是，上述兩種方法均未提及多普勒頻偏對(duì)跟蹤系統(tǒng)的影響。在特定環(huán)境下，發(fā)射接收雙方往往存在相對(duì)高速移動(dòng)，在超高頻段的通信過(guò)程中必然帶來(lái)多普勒頻偏的影響，影響跟蹤系統(tǒng)的性能。

王珊珊在“單通道角跟蹤接收機(jī)基帶信號(hào)處理技術(shù)”(西安電子科技大學(xué)論文，2011(12))中，提出通過(guò)“FFT頻率估計(jì)法”對(duì)多普勒頻偏進(jìn)行補(bǔ)償，但不足之處在于其系統(tǒng)資源開銷大，頻率估計(jì)性能較差，并且該方法僅適合信標(biāo)信號(hào)形式的頻偏估計(jì)。

張鵬在“高動(dòng)態(tài)_低信噪比條件下基于PCM_FM遙測(cè)信號(hào)的角跟蹤技術(shù)研究”(國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)論文，2012(11))中，對(duì)王小妹提出的四相調(diào)制方法做出改進(jìn)，引入“二階鎖頻環(huán)”對(duì)多普勒頻偏進(jìn)行補(bǔ)償，但不足之處在于其鎖頻時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性差。

因此，現(xiàn)有的寬帶信號(hào)測(cè)角方法無(wú)法兼顧高精度頻偏估計(jì)補(bǔ)償、適用信號(hào)形式范圍廣及實(shí)時(shí)性好的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于相位累積頻偏估計(jì)補(bǔ)償技術(shù)的正交0/π調(diào)制測(cè)角方法，該方法和差通道相位一致性只需滿足抗多普勒頻偏100KHz，低頻調(diào)制方波在跟蹤接收機(jī)與射頻網(wǎng)絡(luò)前端允許出現(xiàn)可容忍的相差，系統(tǒng)自跟蹤性能優(yōu)異。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

1)在饋源網(wǎng)絡(luò)輸出的幀結(jié)構(gòu)中，在同步序列之后插入兩個(gè)完全相同的CP數(shù)據(jù)段和Frank序列；接收端接收饋源網(wǎng)絡(luò)輸出的和信號(hào)、方位差信號(hào)和俯仰差信號(hào)；通過(guò)一對(duì)正交的低頻調(diào)制方波，分別對(duì)方位差信號(hào)和俯仰差信號(hào)進(jìn)行0/π調(diào)制；

2)調(diào)制后的方位差信號(hào)和俯仰差信號(hào)相加成總的差信號(hào)，經(jīng)過(guò)一個(gè)定向耦合器，再與和信號(hào)相加，合成單通道跟蹤信號(hào)；

3)對(duì)單通道跟蹤信號(hào)進(jìn)行窄帶濾波；

4)對(duì)窄帶濾波后的單通道跟蹤信號(hào)進(jìn)行正交下變頻，變?yōu)镮、Q兩路基帶信號(hào)，分別通過(guò)低通濾波后，再進(jìn)行下采樣處理；

5)根據(jù)步驟1)采用的一對(duì)正交低頻調(diào)制方波，將一個(gè)方波周期分為4個(gè)時(shí)隙；在每一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，I、Q兩路信號(hào)首尾處各去除N個(gè)采樣點(diǎn)，N由正交低頻調(diào)制方波的容許相位延時(shí)確定，分別延時(shí)一個(gè)采樣點(diǎn)做自相關(guān)運(yùn)算，完成能量累計(jì)，然后二者做求模運(yùn)算，最終依次輸出4個(gè)時(shí)隙的總能量值；

6)將步驟5)得到的四個(gè)總能量值的最大值與設(shè)定門限比較，若總能量值的最大值大于門限值，則執(zhí)行步驟7)；否則，返回步驟5)；

7)將接收到的兩個(gè)Frank序列做復(fù)相關(guān)運(yùn)算，由復(fù)相關(guān)值通過(guò)反三角函數(shù)計(jì)算出前后兩個(gè)Frank序列的相位差，得到多普勒頻偏值，完成頻偏補(bǔ)償；

8)將步驟5)得到的四個(gè)總能量值通過(guò)兩兩加減運(yùn)算解調(diào)出兩路差信號(hào)以及和信號(hào)大小，并作歸一化處理，得到方位差和俯仰差電平；

9)多次統(tǒng)計(jì)方位差和俯仰差電平，求平均值，送給伺服系統(tǒng)。

所述的步驟3)中濾波通帶選為信號(hào)帶寬的1/6。

所述的步驟4)中每個(gè)符號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)選擇為4。

所述的步驟6)中門限設(shè)置為無(wú)噪聲條件下相關(guān)峰值的0.8倍。

所述的步驟8)中四個(gè)總能量值開根號(hào)后通過(guò)兩兩加減運(yùn)算解調(diào)出兩路差信號(hào)以及和信號(hào)大小。

本發(fā)明的有益效果是：

1)頻偏估計(jì)算法精度高，可將多普勒頻偏糾正到1.2KHz的殘留頻偏以內(nèi)，系統(tǒng)抗多普勒頻偏100KHz。