[发明专利]同步装置、同步方法及使用该同步装置的高速接收机

说明书

本发明提出了一种激光通信测距一体化系统的同步装置、同步方法以及使用该同步装置的高速接收机。高速接收机接收到高速信号，首先使用模数转换器(ADC)对其进行采样，再将采样数据送入吉比特收发器(GTH)进行串并转换，高速串行数据转换为速率较低的多路并行数据。随后并行数据被送入同步装置中进行信号同步，在同步装置中并行数据将进行并行数据帧捕获、动态校正和高速锁相环跟踪等步骤，由此，接收机完成对高速信号的精确同步。在信号精确同步的基础上，接收机的测距支路和通信支路将解算出测距结果和通信数据。本发明在保证信号精确同步、测距和通信结果准确的同时，减轻了时钟负担，并有效降低了硬件实现的复杂度。

技术领域

本发明涉及激光通信测距一体化系统中的一种同步装置、同步方法以及使用该同步装置的高速接收机，属于电子通信和雷达技术领域。

背景技术

激光通信测距一体化系统要求天基终端(卫星)与地面站之间、天基终端(卫星)与天基终端(卫星)之间采用激光实现高速数据传输与高精度测距一体化功能。也就是使用同一通道的信号同时完成通信与测距两种功能，需要从两种功能的异同点入手，尽可能合并二者的运算步骤，节约资源与功耗，构造集约型系统。

以激光作为媒介进行信号传输的一个优点是频谱资源大，信号传输速率高。但相应而生的一个问题是接收机处理速率也要随之大幅度提升。本发明设计的系统码元速率可以达到Gbps级别，模数转换器(ADC)的采样速率需要满足奈奎斯特定理(即ADC的采样频率至少为信号频率的2倍)才可对传输码元进行采样，采样后的信号即使经过串并转换，每一路信号的处理时钟也达上百兆赫兹，传统的同步方法难以对如此高速率的信号进行同步；另外，当卫星与地面站之间的相对运动速率(动态速率)大到一定程度时，其引发的多普勒效应将带来大的频率偏移，也无法对信号进行同步，这也使得接收机无法完成测距和通信，因此提出了一种高速接收机和接收方法来解决这一难题，其中信号高速同步是这种高速接收机和接收方法的核心技术。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了激光通信测距一体化系统中的一种高速接收机及其方法。本发明设计的激光通信测距一体化系统高速接收机的思路是使用高速ADC对光电转换后的接收信号进行采样，采样数据通过高速串并转换接口转为多路并行数据(降低每路数据处理速度，减轻时钟负担)，高速接收机中的同步装置对并行数据进行精确同步，进而可以计算出接收信号延时，从而计算出测距值；同时以锁相环数控振荡器输出的码相位作为依据对接收信号做内插、解调，提取通信信息，自此完成了激光通信测距一体化系统高速接收机的设计。具体的，一种激光通信测距一体化系统的同步装置，包括

并行捕获电路：采用并行计算方式搜索信号到达时刻，获得捕获结果，实现信号的粗同步；动态校正电路：通过快速傅立叶变换(FFT)算法修正多普勒效应带来的频率偏移，输出动态校正的标志和结果；以及高速跟踪电路：用积分清除运算在并行捕获的基础上进一步缩小本地码序列与接收序列的码相位差，实现信号的精确同步；所述并行捕获电路将捕获结果送至所述动态校正电路和高速跟踪电路，所述动态校正电路将动态校正的标志输给并行捕获电路，将动态校正的结果输出到高速跟踪电路。

进一步的，所述并行捕获电路包括用于存储接收数据的寄存器组(Reg0)和存储数据帧帧同步字采样值的本地码序列寄存器(Reg1)，Reg1中存储的数据与Reg0中存储的数据采用n级流水线结构进行相关运算和比较运算，通过比较一组相关运算的峰值与预设的判决门限大小，确定该时钟周期内的捕获结果。

进一步的，所述动态校正电路对加在数据帧的帧同步字(N₁bit)与数据域(N₃bit)之间一段由二进制数“1”、“0”循环组成的周期序列(N₂bit)进行FFT，在FFT运算结果中找到峰值点的位置m，测量所述频率偏移。