低信噪比高动态环境下的载波同步技术研究.pdf

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1、低信噪比高动态环境下的载波同步技术研究徐晓贝2015年1月中图分类号：TN927.23UDC分类号：621.3低信噪比高动态环境下的载波同步技术研究作者姓名徐晓贝学院名称信息与电子学院指导教师王爱华教授答辩委员会主席苏广川申请学位工学硕士学科专业信息与通信工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ResearchofcarriersynchronizationinlowSNRandhighdynamicenvironmentCandidateName：XiaobeiXuSchoolorDepartment:Informationand

2、ElectronicsFacultyMentor:Prof.AihuaWangChair,ThesisCommittee:GuangchuanSuDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：InformationScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015北京理工大学硕士学位论文摘要近年来，随着卫星移动通信及卫星导航系统的发展，低信噪比高动态环境下的卫星通信日益受到关注。在低信噪比高动态

3、环境中，通信双方由于存在较大的相对运动速度、加速度导致接收机接收信号载频上会产生大的多普勒频偏及频偏变化率，并且由于发射功率及天线增益的限制，通信双方之间的信噪比比较低。本文针对低信噪比高动态环境下的载波同步技术进行了研究。高动态接收机的载波同步通常分为捕获与跟踪两个过程，捕获过程为跟踪环路提供先验知识，使得跟踪环路能够实现快速锁定。为了在低信噪比环境下能够对高动态信号实现正确捕获，本文提出了两种捕获方法，分别为基于两级调频率逼近的频域快速捕获算法以及基于CAPON与降维思想的捕获算法。基于两级调频率逼近的捕获算法计算量相对较少，但存在误差传递效

4、应捕获精度相对不高；基于CAPON与降维思想的捕获算法参数估计精度高，但无法满足低信噪比的要求并且计算量大。同时，本文对两种跟踪算法进行了比较，分别为二阶锁频环辅助三阶锁相环与基于扩展卡尔曼滤波的载波跟踪算法，MATLAB仿真表明，二阶锁频环辅助三阶锁相环在低信噪比环境下无法实现环路锁定，基于扩展卡尔曼滤波的同步环路在低信噪比高动态环境下跟踪性能稳定。论文对ENs06dB的信噪比下，频偏为48kHz，频偏变化率为2802Hz/s的纯载波信号进行了MATLAB仿真，仿真表明，基于两级调频率逼近的捕获算法能够将频偏限制值1.5Hz以内，频偏变化率

5、限制在10Hzs/以内；在捕获提供先验知识的条件下，基于扩展卡尔曼滤波的载波跟踪性能稳定，在ENs03dB时，锁定概率能达到99%以上。本文最后将基于两级调频率逼近的快速捕获算法利用VHDL硬件描述语言在ISE开发环境中进行了FPGA实现并通过了仿真验证，上板测试结果表明，本文提出的载波同步技术性能可以达到预期的指标要求。关键词：低信噪比；高动态；频域捕获；扩展卡尔曼滤波；FPGAI北京理工大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,withthedevelopmentofthemobilesatellitecommunica

6、tionandsatellitenavigationsystem,lowsignal-to-noiseratio(SNR)andhighdynamicenvironmentofsatellitecommunicationisbecomingmoreandmoreattention.InlowSNRandhighdynamicenvironment,largeDopplerfrequencyoffsetanditsrateareproducedbetweenbothsidesofcommunicationduetorelativemotionvel

7、ocityandacceleration.Andasaresultofthelimitationoftransmissionpowerandtheantennagain,lowSNRisbetweentwosidesofcommunication.ThisarticlestudiedcarriersynchronizationtechnologyinlowSNRandhighdynamicenvironment.Thecarriersynchronizationisdividedintotwoprocesseswhichisacquisition

8、andtracking.Acquisitionprovidespriorknowledgefortrackingprocesstoloc