[发明专利]锁频环中一种基于叉积算法的频率锁定检测器处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字无线通信传输技术领域，特别是涉及锁频环中一种基于叉积算法的频率锁定检测器处理方法，用于对锁频环路的锁定状态进行实时检测。

背景技术

在卫星通信系统中，特别是采用扩频BPSK调制信号的GPS、北斗等卫星导航通信系统的接收机中，常采用叉积自动频率控制环(CPAFC)对解扩后的符号数据进行载波捕获与跟踪。锁频环可在高动态接收机中跟踪载波的频率。锁频环路的鉴频功能主要通过鉴频器检测接收信号的频率残差来完成。导航信号中存在数据位调制，当接收信号表示为r_k＝I_k+jQ_k，可采用一种消除符号模糊的符号叉积算法；

上式鉴频输出的大小受信号幅度大小的影响。因而工程应用中常采用一种与信号幅值大小无关的显式估计频差的反正切叉积算法。

除了鉴频器，锁频环中另一个重要的部分是频率锁定检测器(Frequency Lock Detector)，对锁频环路的工作状态进行检测，判断环路入锁与否，并指示锁频环下一步的工作状态与信号处理流程。

针对符号叉积算法，频率锁定检测器直接采用接收信号的点积项，表达式为：

z_k＝|S_dot|＝|I_kI_k-1+Q_kQ_k-1|

该锁定检测器的输出大小也受到信号幅度的影响。另外，还有的文献中采用锁相环对频率环路进行锁定指示，表达式为：

上式更适合在锁频环路与锁相环路都收敛稳定后指示环路状态，不能单独用于锁频环路，且其实现结构中用到了在FPGA中较为耗费资源的除法操作。

对于采用BPSK调制的系统，采用反正切叉积法的锁频环也可以采用以上锁定检测方法，但是在工程中应用其检测性能与实现效果都受到限制。针对锁频环，特别是采用反正切叉积算法的锁频环路中，尚缺乏有效地实现锁定检测的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于叉积算法的频率锁定检测器处理方法，该方法用信号频差作锁定度量，不受调制信号相位和信号幅值大小影响，检测性能稳定，可应用于采用BPSK调制的卫星通信系统。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

锁频环中一种基于叉积算法的频率锁定检测器处理方法，包括下列步骤：

(1)计算第k时刻锁定度量值D:

其中，z_q为第q个锁定检测分量，Q为参加累加的锁定检测分量个数：

其中，atan代表反正切计算，I_q、Q_q分别为第q个时刻锁定检测器接收信号的实部和虚部，I_q-1、Q_q-1分别为第q-1个时刻锁定检测器接收信号的实部和虚部。其中，第p个时刻锁定检测器接收信号为x_p，p＝q、q-1：

x_p＝I_p+jQ_p＝a_p exp(j2πkΔf_p+θ_p+Δθ_p)+n_p′

其中，a_p为信号幅度，Δf_p为信号频偏，θ_p为信号调制相位，Δθ_p为信号相偏，n_p′为信号噪声分量；

(2)将锁定度量值D与判决门限λ比较，判定锁频环路是否进入锁定状态，其中：

如果D≥λ，则判定锁频环路达到锁定状态；

如果D<λ，则判定锁频环路未达到锁定状态。

在上述的频率锁定检测器处理方法中，判决门限λ的取值满足如下条件：在最低信噪比条件下，接收机的检测概率性能参数虚警概率P_f和检测概率P_d满足指标要求。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明的频率锁定检测器处理方法，适用于BPSK调制的盲锁频环路，由于本发明的锁定检测分量其锁定指示性能不受调制信号的调制相位和信号幅值的影响，因此锁定检测性能稳定。