[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)型鎖相環(huán)的多普勒頻率測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011102036.2
• 申請(qǐng)日: 2020-10-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112362963B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧濤;馬茂莉;劉慶會(huì);吳亞軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái);中國(guó)科學(xué)院大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R23/02
• 分類號(hào): G01R23/02;H03L7/099
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

本發(fā)明涉及一種基于改進(jìn)型鎖相環(huán)的多普勒頻率測(cè)量方法，采用costas型鎖相環(huán)，包括：將costas型鎖相環(huán)連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為離散化系統(tǒng)；選取環(huán)路濾波器內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)作為信號(hào)頻率測(cè)量點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)與環(huán)路濾波器輸出端之間具有加法器和比例環(huán)節(jié)；在信號(hào)頻率測(cè)量點(diǎn)后加入積分器，將該積分器的輸出端作為信號(hào)的相位測(cè)量點(diǎn)，得到改進(jìn)型鎖相環(huán)；初始化改進(jìn)型鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，計(jì)算中心頻率；將測(cè)量信號(hào)輸入改進(jìn)型鎖相環(huán)，在頻率和相位測(cè)量點(diǎn)處測(cè)得信號(hào)的頻率和相位。本發(fā)明能夠使深空探測(cè)中多普勒頻率跟蹤的精度顯著提高，實(shí)現(xiàn)更精確的探測(cè)器速度測(cè)量，對(duì)于飛行器的定軌定位有重要的意義，能夠在提高精度的前提下保證良好的穩(wěn)定性和跟蹤性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及深空探測(cè)領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于改進(jìn)型鎖相環(huán)的多普勒頻率測(cè)量方法。

背景技術(shù)

目前在深空探測(cè)領(lǐng)域，鎖相環(huán)技術(shù)已在多普勒頻移測(cè)量中普遍應(yīng)用，利用多普勒頻移測(cè)量信號(hào)的頻率和相位還可以用于行星際閃爍等科學(xué)現(xiàn)象的研究。多普勒頻率的測(cè)量精度越高，深空探測(cè)器的速度測(cè)量也越準(zhǔn)確，越有利于開(kāi)展深空探測(cè)器精密定軌和行星科學(xué)研究。

經(jīng)典的costas型鎖相環(huán)如圖1所示，包括積分清零濾波器、鑒相器、環(huán)路濾波器、積分器以及載波重構(gòu)器，其中的環(huán)路濾波器為二階JR環(huán)路濾波器。對(duì)圖1使用“后向差分—延遲”變換得到的部分離散化系統(tǒng)如圖2所示，w_n是與結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)，為系統(tǒng)的固有頻率。圖2中傳統(tǒng)的多普勒頻率測(cè)量方案是選取環(huán)路濾波器的輸出端w₂作為測(cè)量點(diǎn)，由此得出的多普勒頻率為：

T是一個(gè)積分清除的周期，也是環(huán)路的更新時(shí)間周期。

在測(cè)量點(diǎn)w₂測(cè)出的信號(hào)信息，再經(jīng)過(guò)積分器后就得到了測(cè)量信號(hào)的相位估計(jì)值該相位可以用后續(xù)的載波生成器生成重構(gòu)的載波信號(hào)。

但是，上述傳統(tǒng)的多普勒頻率測(cè)量方案，其輸出的頻率跟蹤精度低。而要實(shí)現(xiàn)更高精度的探測(cè)器速度測(cè)量，則必須要求更高的多普勒測(cè)量精度。另一方面，諸多科學(xué)問(wèn)題的研究，如行星際閃爍，如果多普勒頻率跟蹤精度高，則頻率抖動(dòng)細(xì)節(jié)清晰，對(duì)該現(xiàn)象的研究大有裨益。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于改進(jìn)型鎖相環(huán)的多普勒頻率測(cè)量方法，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的載波跟蹤。

本發(fā)明提供的一種基于改進(jìn)型鎖相環(huán)的多普勒頻率測(cè)量方法，采用具有積分清零濾波器、鑒相器、環(huán)路濾波器以及載波重構(gòu)器的costas型鎖相環(huán)，包括：

步驟S1，將costas型鎖相環(huán)連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為離散化系統(tǒng)。

步驟S2，在所述離散化系統(tǒng)中，選取環(huán)路濾波器內(nèi)部的一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為信號(hào)頻率測(cè)量點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)與環(huán)路濾波器輸出端之間具有一個(gè)加法器環(huán)節(jié)和一個(gè)比例環(huán)節(jié)。

步驟S3，在選取的信號(hào)頻率測(cè)量點(diǎn)后加入積分器，將該積分器的輸出端作為信號(hào)的相位測(cè)量點(diǎn)，得到改進(jìn)型鎖相環(huán)。

步驟S4，初始化所述改進(jìn)型鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，同時(shí)計(jì)算中心頻率。

步驟S5，將待測(cè)量信號(hào)輸入所述改進(jìn)型鎖相環(huán)，在所述信號(hào)頻率測(cè)量點(diǎn)處測(cè)得信號(hào)的頻率，在所述信號(hào)相位測(cè)量點(diǎn)處測(cè)得信號(hào)的相位。

所述步驟S1中將連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為離散系統(tǒng)的方法采用后向差分-延遲變換法或雙線性變換法。

所述步驟S4中改進(jìn)型鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)包括輸出信號(hào)相位、輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差以及環(huán)路濾波器的基本參數(shù)。

所述步驟S4中的中心頻率的計(jì)算方法為：使用快速傅里葉變換粗估計(jì)第一秒信號(hào)的頻率作為中心頻率。