[发明专利]一种锁相接收机混合环路

说明书

技术领域

本发明涉及锁相接收机接收环路设计领域，特别涉及一种锁相接收机混合环路。

背景技术

目前，宇航系统中测量卫星飞行轨道最常用的一种方法叫多普勒测速定轨法，当卫星相对地球运动时会产生多普勒效应，通过测量多普勒频率可以计算出卫星相对地球运动速度。由于卫星距离地面站十分遥远，接收的信号十分微弱，其强度与接收机内部噪声强度差不多，接收信号一般都被噪声所淹没，普通接收机已不能完成信号捕获和跟踪，此时需由锁相接收机完成多普勒频率的测量。锁相技术起源于上世纪三十年代，随着技术的不断发展，特别是人造卫星和宇宙飞船的出现，锁相接收技术得到了大量应用，发展至今已十分成熟。

锁相接收机中锁相环路的阶数为环路滤波器阶数加一，如采用一阶环路滤波器则锁相环路为二阶，采用二阶环路滤波器则锁相环路为三阶。卫星接收机中一般采用二阶锁相环路，根据理论分析，对于给定的环路带宽，当接收信号存在多普勒频移时二阶锁相环路会产生相应的稳态相位误差，多普勒频移越大产生的稳态相位误差越大，环路就越容易失锁越不稳定，稳态相位误差一般要求不大于5°。稳态相位误差在一定范围内与环路带宽成反比，为了保持环路锁定可以提高环路带宽，而环路带宽增大会使环路噪声功率增加从而造成接收机灵敏度下降。对二阶锁相环路而言，环路带宽和稳态相位误差是相互矛盾的，使得接收机灵敏度和所能跟踪的多普勒频率范围是相互矛盾的，一般情况下需要根据指标进行综合设计。

随着空间技术的发展，特别是深空探测的不断开展，由于通信距离更加遥远，工作频率更高，卫星相对地球运动更快，需要跟踪的多普勒频率范围和变化率增加，而且卫星接收机灵敏度要求更高，很多场合二阶环路已不能满足要求，需要采用三阶环路。采用三阶环的优点在于其稳态相位误差比二阶环小一个数量级以上，在相同的多普勒频率和稳态相位误差要求下，环路带宽可以做窄，以提高灵敏度，这对深空探测领域十分重要。而三阶以上环路设计十分复杂，不适于卫星通信中的使用。

但三阶环路捕获性能较差，因此如何既能利用二阶环路较好的捕获信号的能力，又可以利用三阶环路良好的稳态相位误差是目前星载接收机环路面临的一个主要问题。

本发明的接收机混合环路考虑上述问题，根据卫星对接收机静态频率稳定性的较严格的要求，考虑到信号未锁定时需要压控晶振输出频率比较稳定，采用混合环路设计的方法：接收信号捕获前锁相环路为二阶环，此时环路直流增益较小，压控晶振电压控制端直流电压变化范围较小，其输出频率频移很小，接收机静态频率比较稳定，信号捕获能力较好；捕获信号后自动切换成三阶环，此时环路增益较大且稳态相位误差较小。通过这种混合环路设计，接收机灵敏度可以增加5dB以上。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锁相接收机的混合环路，以解决现有信号接收机的减少稳态相位误差与提高灵敏度两者相互矛盾造成难以在高多普勒范围与低接收功率之间相互取舍的问题。

本发明的第二目的在于提供一种锁相接收机的混合环路，以解决星载接收机采用二阶锁相环路会产生相应的稳态相位误差，所能跟踪的多普勒频率范围有限的问题。

本发明的第三目的在于提供一种锁相接收机的混合环路，以解决星载接收机采用三阶锁相环路在相同的多普勒频率和稳态相位误差要求下，捕获性能差的问题。

为解决上述问题，本发明提供的一种锁相接收机混合环路，包括主鉴相环路、副鉴相环路、环路滤波器及开关，接收信号输入所述主鉴相环路进行处理后输出直流电压信号和交流差拍信号，所述直流电压信号和交流差拍信号输入所述环路滤波器进行低通滤波，滤除交流差拍信号后将所述直流电压信号输出至所述副鉴相环路，所述副鉴相环路处理所述直流电压信号并输出锁定指示信号至所述开关以控制所述环路滤波器；

其中，所述环路滤波器包括一第一级有源滤波器及一第二级有源滤波器，所述第一级有源滤波器与第二级有源滤波器串联，所述第一级有源滤波器的外围电路中包括第一滤波电容，所述第二级有源滤波器的外围电路中包括第二滤波电容，所述开关与所述第二滤波电容并联；

    当所述锁定指示信号未达到最大值时，所述开关闭合，所述第二滤波电容被短路，所述第二级有源滤波器不进行滤波，等效为衰减器，此时锁相接收机环路为二阶环路；当所述锁定指示信号达到最大值时，所述开关断开，所述第二滤波电容不被短路，此时所述第二级有源滤波器进行滤波，此时锁相接收机环路为三阶环路。