[發明專利]一種大頻偏抑制載波跟蹤的方法及系統

有效

• 申請號: 202010673973.7
• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號: CN111917452B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 杜建;蔣衛鋒;劉峙峰
• 申請（專利權）人: 成都國恒空間技術工程有限公司
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L27/26
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 楊保剛

本發明公開了一種大頻偏抑制載波跟蹤的方法及系統，方法包括對載波頻率進行第一級射頻模擬信號的開環估計粗略同步，根據該估計結果引導直接數字頻率合成器的輸出控制接收機的本振源輸出頻率實現載波頻率快速粗同步；將射頻模擬信號轉換為數字信號；對載波頻率進行第二級數字信號的閉環精確同步，調整數控振蕩器的輸出頻率，實現載波頻率和相位精確同步跟蹤；系統包括模擬前端、基于星歷的頻偏估計模塊、直接數字頻率合成器、A/D轉換及帶通濾波、數字下變頻、科斯塔斯環同步載波模塊；較全數字抑制載波跟蹤方案應用場合更廣，適應能力更強；在衛星通信系統大頻偏情況下，能夠對接收信號載波進行快速精確的同步跟蹤處理。

技術領域

本發明屬于衛星通信系統的載波同步技術領域，涉及一種大頻偏抑制載波跟蹤的方法及系統。

背景技術

現代衛星通信系統中廣泛運用了擴頻通信技術，為了節約發射功率和提高發射機的工作效率，擴頻通信系統常采用抑制載波的平衡調制器。抑制載波跟蹤是擴頻通信中數字基帶信號處理的一項關鍵技術，在載波同步模塊中加入頻偏估計跟蹤模塊能有效地應對衛星通信環境中多普勒效應、多徑衰落等帶來的接收信號的頻率偏移及相位跳變對通信質量的影響。頻偏估計跟蹤可采用開環載波同步結構與閉環載波同步結構，開環載波同步主要是根據一定的估計算法來直接估計載波頻率和相位，無需反饋，同步時間短，典型算法諸如數據輔助估計算法、非數據輔助估計算法、最大似然估計算法等等。開環載波同步速度快，但載波同步所得結果不夠精確。閉環載波同步可使用鎖相環等同步電路實現載波的精確跟蹤同步，但鎖相環等同步電路進入同步狀態需要一定的時間，僅僅依靠閉環結構的載波同步方式不能滿足目前衛星通信系統中快速同步的需求。

發明內容

本發明的目的在于：提供了一種大頻偏抑制載波跟蹤的方法及系統，通過模擬信號開環載波同步結構與數字信號閉環載波同步結構的聯合使用，解決大頻率偏移下，接收端對接收信號載波進行頻率相位跟蹤的速度和精確性的問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種大頻偏抑制載波跟蹤的方法，包括以下步驟：

步驟1：對載波頻率進行第一級射頻模擬信號的開環估計粗略同步，根據估計結果引導直接數字頻率合成器的輸出控制接收機的本振源輸出頻率實現載波頻率快速粗同步；

步驟2：將射頻模擬信號轉換為數字信號；

步驟3：對載波頻率進行第二級數字信號的閉環精確同步，調整數控振蕩器的輸出頻率，實現載波頻率和相位精確同步跟蹤。

進一步地，所述第一級射頻模擬信號的開環估計粗略同步采用基于衛星星歷的預校正及補償計算控制直接數字頻率合成器的輸出作為接收機的本振源的參考輸入。

進一步地，所述基于衛星星歷的預校正及補償計算具體為：采用地心地固坐標系計算衛星與接收機之間的相對運動速度，計算多普勒頻移，根據多普勒頻偏預計結果調整直接數字頻率合成器的輸出作為本振源的參考輸入。

進一步地，所述相對運動速度的計算具體為：利用衛星星歷獲得衛星位置，進而計算衛星在地心地固坐標系中的瞬時速度，同時獲取接收機在地心地固坐標系中的位置及瞬時速度，將接收機速度矢量、衛星速度矢量向衛星與接收機連線矢量做投影運算。

進一步地，根據如下公式計算多普勒頻率：

其中，c為光速，v_S為衛星在地心地固坐標系中的瞬時速度在衛星與接收機連線矢量上的投影，v_R為接收機在地心地固坐標系中的瞬時速度在衛星與接收機連線矢量上的投影；

衛星、接收機向對方靠近時取±、上方的運算符，遠離時±、下方的運算符。

進一步地，所述數字信號的閉環精確同步采用科斯塔斯環載波同步算法。