《高动态微弱信标信号载波捕获跟踪的设计与实现》.pdf

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1、2015年4月15日现代电子技术Apr．2015第38卷第8期ModernElectronicsTechniqueVO1．38No．8高动态微弱信标信号载波捕获跟踪的设计与实现朱斌～一一～～一一～一～一～(第716研究所，江苏连云港222006)呲㈣摘要：为了研究高动态低信噪比下信标信号的载波捕获跟踪问题m～，采k用两一级一二阶．由～锁m频环m一(Fm～LL)和一级三阶锁相环(PLL)技术方案。FLL采用基于周期图的鉴频方法，实现极低信噪比下信号载波的捕获。PLL中的三阶锁相环通过对环路压控振荡器(VCO)的输入控制信号进行监测，自适应地调整环路滤波器的带宽，以满足高动态下信

2、号载波频率动态范围大的要求。在基于FPGA构建的信号处理板上验证了上述实现方案，并给出实Ⅲ一验一=耋结果。出№_l一_吼量～臧_蓦关键词：载波捕获跟踪；高动态；低信噪比；锁频环；锁相环中图分类号：TN911—34文献标识码：A文章编号：1004—373X(2015)08—0012—04DesignandimplementationofcarriercaptureandtrackingofweakbeaconsignalinhighdynamicenvironmentZHUBin(The716ResearchInstitute，Lianyungang222006，China)k

3、删k一一甜一，一e咖一．一一一法来实一现二一载至波二～一塑一跟一～踪一～，对一一常用一一的叉积自动频率控制0引言(CPAFC)环进行了改进，改进后的鉴频算法具有更快的在高动态低信噪比条件下，对信号的载波捕获及跟捕获速度。文献[6】针对高动态环境下的GPS接收机对踪通常先用锁频环(FLL)进行粗捕，使频差小到某一门信号捕获速度的要求，提出一种基于小波变换和优化限值后再切换到锁相环(PLL)进行细捕，从而实现对载FFT的信号捕获方法，提高了运算效率。文献【7]对载波波的高精度跟踪。。考虑低信噪比下高动态信标信号跟踪算法进行综述，分析了三阶的PLL算法，_一阶的的载频捕获与跟踪，信

4、标信号的多普勒频率及其变化率PLL具有更大的动态范围。为了解决高动态和低信噪大，无法直接采用基于频率引导的窄带FLL；信号的多比的问题，本文采用两级二阶FLL和一级三阶PLL的实普勒频偏非常大，要求数字锁频环的前置滤波器带宽现方案。FLL采用基于FFT周期图的鉴频算法，通过改大，在一定信噪比下，所引人的噪声功率大，使得环路信变FFT的累加次数，来满足更低信噪比的要求；PLL通噪比极低。当噪声电平超过环路工作门限时，无法实现过对环路压控振荡器(VCO)的输入控制信号进行监测，载波捕获与跟踪。文献[4]提出基于FFT鉴频的二阶数实现自适应地调整环路滤波器的带宽，以满足信号载波字锁

5、频环实现方法，但是环路滤波器的参数固定，系统频率动态范围的要求。锁定的带宽有限。文献[5】采用FLL和PLL相结合的方1数学模型收稿日期：2014．10．15图1为高动态低信噪比下信标信号载波捕获跟踪第8期朱斌：高动态微弱信标信号载波捕获跟踪的设计与实现l3原理框图。从天线接收的信号经过模拟通道变换到中和在一定范围内时，通过不断调整VCO的输出频率频后，首先要进行ADC变为数字信号，然后根据信号的，可使输出信号的频率控制在一定范围内，即完成对载波对信号进行正交下变频，将信号变为基带复信号。接收信号的频率锁定，从而构成锁频环路。再按照信号的多普勒频率及其变化率的范围，确定降采在

6、第一级FLL中，由于正交下变频后可能的残留频样倍数，对所得的基带复信号进行第一次降采样。然后偏范围较大，所以此时采样率较高，设此时的采样率为将信号依次输入FLL和PLL。在第一级FLL后，由于信，FFT的点数为Ⅳ，则第一级FLL输出信号频差可控号的频率大动态变经已经去除，且在可控的小范围内。制在【-／Ⅳ，fJN】以内。在第二级FLL时，在保证信号为了提高频率估计精度，将进行第二次降采样。在经过频谱不发生混叠的条件下，可对信号进行降采样，在三阶PLL后，将提取出信标信号的载波输出用于解调空FFT点数不变条件下，可提高频率估计精度。设降采样间飞行器的水平和俯仰方位信息。的倍数为，

7、则可将输出信号频差可控制在接收载波[-f~／(MN)，fJ(MN)]以内。经过两级FLL后，此时信号的信号输出频偏已足够小，可看作残留的相位偏差，将通过三阶PLL进行去除。在高动态下，由于厂n、和．的存在，将使信号的频谱发生扩展。此时，需要根据、和的大小来选择系统采样频率、FFT点数Ⅳ。选择系统图1信标信号载波捕获跟踪算法原理框图的采样频率时，需要将信号的带宽及高动态引起的频在FLL中，VCO的输入控制信号采用的是残留频率扩展统一考虑，使信号满足带通采样定理。由于FFT差。本算法通过基于快速傅里叶变换(