[发明专利]一种四路信号处理的载波锁相环

权利要求书

1.一种四路信号处理的载波锁相环，其特征在于，使用一个卡尔曼滤波器取代了环路滤波器，并将参与环路跟踪的信号增加为四路，其中I、Q分别为常规锁相环的同向、正交支路；I2和Q2分别为与其相位间隔θ的支路；卡尔曼滤波器根据对I、Q、I2和Q2四路信号的处理，估计信号的相位、多普勒频率以及多普勒频率的变化量三个状态变量，并以此三个估计量综合控制本地NCO产生复现载波。

2.如权利要求1所述的四路信号处理的载波锁相环，其特征在于，所述的卡尔曼滤波器对信号的处理过程包括依次进行的预测、测量、更新和反馈四部分算法，其中：预测算法根据上一时刻测量和反馈结果获取环路状态和测量结果的先验估计；测量算法根据四路信号的鉴相结果对先验估计进行纠正；更新算法是根据以上结果在环路状态方程中进行体现；反馈算法根据估计和纠正结果生成控制量对载波NCO和数字调相器进行调整。

3.如权利要求2所述的四路信号处理的载波锁相环，其特征在于，所述的预测算法具体为：

滤波器k时刻的状态向量 为：

    

其中为复现载波在k时刻的相位差，为k时刻载波多普勒，为载波多普勒变化率的估计；

滤波器的k时刻输入向量为：

     

其中，为由控制NCO生成本地相应多普勒频率的载波的频率控制量，为相位矫正量；   

结合输入量，滤波器k+1时刻状态量的先验估计可由下列方程得到：

         

式中，T为k+1时刻与k时刻的时间间隔，即环路的积分累加时间； 

其中，滤波器的状态转移矩阵A和输入关系矩阵B分别为：

       

则卡尔曼滤波器的状态转移方程：

      

式中，为状态过程噪声，频率或相位跟踪中的过程噪声符合正态白噪声。

4.如权利要求2所述的四路信号处理的载波锁相环，其特征在于，所述的测量算法具体为：滤波器在k+1时刻对输入信号载波和本地载波的相位差进行观测得到测量值y_k+1：

       

式中的atan代表二象限反正切，也可使用其它科斯塔斯鉴相器代替；为k+1时刻的观测噪声。

5.如权利要求2所述的四路信号处理的载波锁相环，其特征在于，所述的更新算法具体为：

用与的差值对先验估计进行修正，得到最后的卡尔曼滤波器更新方程：

式中：K矩阵为卡尔曼增益矩阵，由过程噪声和测量噪声的协方差共同决定；定义k+1时刻对状态向量真值先验估计和后验估计的均方误差分别为和：

则为：

。

6.如权利要求2所述的四路信号处理的载波锁相环，其特征在于，所述的反馈算法具体为：

状态向量完成更新后，要对三个反馈量、和进行更新，将该乘上一个增益系数作为k+1时刻主支路与次主路的相位间距，即：

        

NCO的相位校正量由主支路和从支路的鉴相差值更新：

        

必须使NCO相位误差在仅考虑噪声的情况下趋于稳态，得到： 

    。