[发明专利]双更新率载波跟踪环路

权利要求书

1.双更新率载波跟踪环路，其特征在于，含有：数据支路第一相干积分器和数据支路第二相干积分器，Costas鉴相器，导频支路第一相干积分器和导频支路第二相干积分器，相干鉴相器，环路滤波器，数控振荡器NCO以及控制部件，其中：

数据支路第一相干积分器和数据支路第二相干积分器各自的数据码输入端依次分别经过数据支路第一乘法器和数据支路第二乘法器后，共同与跟踪环的数据支路IF信号输出端相连，由跟踪环向所述两个数据支路相干积分器输入扩频码已剥离的数据支路IF信号；所述两个数据支路相干积分器的数据支路积分清零控制信号输入相连后直接与控制部件的控制信号(1)的输出端相连，控制所述两个数据支路相干积分器的相干积分时间T_d；

导频支路第一相干积分器和导频支路第二相干积分器，各自的导频码输入端依次分别经过导频支路第一乘法器和导频支路第二乘法器后共同与所述跟踪环的导频支路IF信号输出端相连，由跟踪环向所述两个导频支路相干积分器输入扩频码已剥离的导频支路IF信号，所述两个导频支路相干积分器的积分清零控制信号输入端相连后直接与所述控制部件的控制信号(2)的输出端相连，控制所述两个导频支路相干积分器的相干积分时间T_p；所述两个数据支路相干积分器的相干积分时间T_d与两个导频支路相干积分器的相干积分时间T_p存在以下关系：

T_d＝M·T_p，其中M是大于1小于200的整数，

Costas鉴相器共有两个数据信号输入端，分别接收所述数据支路第一相干积分器输出的数据码积分值I_d、以及数据支路第二相干积分器输出的数据码积分值Q_d，

Costas鉴相器的输出为

dφd=IdQd2Td·C/N0,]]>

Costas鉴相器的载波相位跟踪误差方差为

其中，B_L是环路带宽，单位为Hz，

T_d、T_p分别是数据支路和导频支路的相干积分时间长度，单位是秒，

C/N₀是载噪比，即信号功率与噪声的功率谱密度的比值，单位是Hz；

相干鉴相器是锁相环PLL使用的鉴相器，共有两个导频信号输入端：分别从所述两个导频支路相干积分器输入经过相干积分后的导频码积分值I_p和Q_p；

相干鉴相器的输出为：

dφp=Ip2Tp·C/N0,]]>

相干鉴相器的载波相位跟踪误差方差为：

各符号的意义同上；

环路滤波器，含有：六个放大器(A₁₁)、(A₁₂)、(A₂₁)、(A₂₂)、(A₃₁)、(A₃₂)增益分别为K₁₁、K₁₂、K₂₁、K₂₂、K₃₁、K₃₂，CMOS电子开关(S₁)、(S₂)和(S₃)，两个延迟单元(Z₁^-1)、(Z₂^-1)，以及三个加法器(D₁)、(D₂)、(D₃)，其中：

电子开关(S₁)、(S₂)、(S₃)每隔T_d时间同步闭合一次，闭合受所述控制器的控制信号(1)控制，闭合持续时间为T_p，开启受控制信号(2)控制；电子开关(S₁)、(S₂)、(S₃)的数据信号输入端分别与放大增益为K₂₁、K₁₁、K₃₁的放大器输出端相连，而电子开关(S₁)、(S₂)、(S₃)的数据信号输出端分别送往加法器(D₂)、(D₃)、(D₁)的第一输入端；

放大增益为K₁₂、K₂₂、K₃₂的放大器输出端分别与加法器(D₃)、(D₂)、(D₁)的第二输入端相连，而放大增益为K₁₂、K₂₂、K₃₂的放大器输入端互相连接后直接与所述相干鉴相器的输出端相连；

延迟单元(Z₁^-1)、(Z₂^-1)的延迟时间为导频支路相干积分时间T_p，其中，延迟单元(Z₂^-1)的输入端同时与加法器(D₁)的输出端和加法器(D₂)的第三输入端相连，而延迟单元(Z₁^-1)的输出端与加法器(D₂)的第三输入端相连；延迟单元(Z₂^-1)的输出端和加法器(D₁)的第三输入端相连，而延迟单元(Z₁^-1)的输入端同时与加法器(D₂)的输出端和加法器(D₃)的第三输入端相连；

CMOS电子开关(S₁)、(S₂)、(S₃)共同受控制信号(1)和控制信号(2)控制，每隔T_d秒闭合一次，每次闭合持续T_p秒；

当环路滤波器中的放大器的增益采用实时更新方法时，所述环路滤波器中的放大器的增益取值K₁₁、K₁₂、K₂₁、K₂₂、K₃₁、K₃₂由矩阵K决定：

矩阵K=K11K21K31K12K22K32,]]>

当环路滤波器中的放大器的增益每一次更新时，矩阵K由下式求出：

K＝PC^T(CPC^T+R)^-1

其中：

矩阵P＝A(P_delay-P_delayC^T(CP_delayC^T+R)^-1CP_delay)A^T+Q，矩阵P_delay为上一次更新时的矩阵P的值，

初始时，矩阵Pdelay=σφ2σf2σa2,]]>

其中σ_φ²是载波相位初始估计值的方差、σ_f²是频率多普勒初始估计值的方差、σ_a²是多普勒变化率初始估计值的方差，

A=1TpTp2201Tp001,]]>

在静态，C/N₀＞10^3.5Hz的环境，

Q=000.01,]]>

矩阵C和矩阵R由下式算出：

当控制信号(1)和控制信号(2)同时存在且同时到达时则数据支路的Costas鉴相器有效，则：

C=1-(M-2)Tp2(M-1)(M-2)Tp261Tp20,]]>

R=12MTp·C/N0(1+12MTp·C/N0)0012Tp·C/N0,]]>

当只存在控制信号(2)，此时数据支路的Costas鉴相器无效，则：

C=0001Tp20,R=00012Tp·C/N0;]]>

其中，C/N₀＝10^3.5Hz，

数控振荡器输入端与所述环路滤波器的输出端相连，该数控振荡器的余弦信号输出端分别与数据支路中的第一乘法器和导频支路中的第二乘法器的第二个输入端相连，而正弦信号输出端分别与数据支路中第二乘法器和导频支路中的第一乘法器的第二输入端相连。

2.根据权利要求1所述的双更新率载波跟踪环，其特征在于，当所述环路滤波器中的放大器的增益使用稳态值时，根据以下两种情况分别计算：

当数据支路Costas鉴相器无效即不起作用下：

矩阵K＝PC^T(CPC^T+R)^-1，

其中，P＝A(P-PC^T(CPC^T+R)^-1CP)A^T+Q，

C=0001Tp20,R=00012Tp·C/N0,]]>

当数据支路的鉴相器有效时，

所述矩阵K用表示，由下式算出：

K~=P~C~T(C~P~C~T+R~)-1,]]>

其中，P~=A(P-PC~T(C~PC~T+R~)-1C~P)AT+Q,]]>

C~=1-(M-2)Tp2(M-1)(M-2)Tp261Tp20]]>

R~=12MTp·C/N0(1+12MTp·C/N0)0012Tp·C/N0.]]>