[发明专利]一种基于相位累积多普勒频偏补偿的0/π调制测角方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及通信与测控领域中的一种单脉冲单通道跟踪接收机技术，可用于对目标的捕获、跟踪。

背景技术

在宽带通信系统中，通常采用自跟踪雷达稳定地跟踪目标，保证足够的天线增益，确保数据的远距离可靠传输。

在特定的应用场景下，天线跟踪系统不会额外发送信标信号，而是直接采用宽带通信信号来实现天线的波束跟踪，为了适用于任何形式的接收信号，通常采用正交0/π调制法和四相调制法两种方法。

李瑞榜早在“扩频信号跟踪测角技术研究”(无线电工程，2004(1))中提出了一种正交0/π调制方法。该方法对两路差信号用一组正交的低频调制方波分别进行0/π两相调制，接收机通过时域相关完成信号能量累计，以解调角度差信息。但不足之处在于时域相关过程中引入噪声能量，使系统的应用局限于高信噪比环境中。

王小妹在“宽带雷达信号接收系统单脉冲单通道跟踪接收机技术研究”(西安电子科技大学论文，2011(10))中介绍了四相调制方法，对正交合并后的差路信号进行四相调制，通过移位相关运算获得包络幅度，解调角度差信息，该方法可工作在低信噪比的环境中，但不足之处在于跟踪性能较差。

遗憾的是，上述两种方法均未提及多普勒频偏对跟踪系统的影响。在特定环境下，发射接收双方往往存在相对高速移动，在超高频段的通信过程中必然带来多普勒频偏的影响，影响跟踪系统的性能。

王珊珊在“单通道角跟踪接收机基带信号处理技术”(西安电子科技大学论文，2011(12))中，提出通过“FFT频率估计法”对多普勒频偏进行补偿，但不足之处在于其系统资源开销大，频率估计性能较差，并且该方法仅适合信标信号形式的频偏估计。

张鹏在“高动态_低信噪比条件下基于PCM_FM遥测信号的角跟踪技术研究”(国防科学技术大学论文，2012(11))中，对王小妹提出的四相调制方法做出改进，引入“二阶锁频环”对多普勒频偏进行补偿，但不足之处在于其锁频时间长，实时性差。

因此，现有的宽带信号测角方法无法兼顾高精度频偏估计补偿、适用信号形式范围广及实时性好的要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于相位累积频偏估计补偿技术的正交0/π调制测角方法，该方法和差通道相位一致性只需满足抗多普勒频偏100KHz，低频调制方波在跟踪接收机与射频网络前端允许出现可容忍的相差，系统自跟踪性能优异。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)在馈源网络输出的帧结构中，在同步序列之后插入两个完全相同的CP数据段和Frank序列；接收端接收馈源网络输出的和信号、方位差信号和俯仰差信号；通过一对正交的低频调制方波，分别对方位差信号和俯仰差信号进行0/π调制；

2)调制后的方位差信号和俯仰差信号相加成总的差信号，经过一个定向耦合器，再与和信号相加，合成单通道跟踪信号；

3)对单通道跟踪信号进行窄带滤波；

4)对窄带滤波后的单通道跟踪信号进行正交下变频，变为I、Q两路基带信号，分别通过低通滤波后，再进行下采样处理；

5)根据步骤1)采用的一对正交低频调制方波，将一个方波周期分为4个时隙；在每一个时隙内，I、Q两路信号首尾处各去除N个采样点，N由正交低频调制方波的容许相位延时确定，分别延时一个采样点做自相关运算，完成能量累计，然后二者做求模运算，最终依次输出4个时隙的总能量值；

6)将步骤5)得到的四个总能量值的最大值与设定门限比较，若总能量值的最大值大于门限值，则执行步骤7)；否则，返回步骤5)；

7)将接收到的两个Frank序列做复相关运算，由复相关值通过反三角函数计算出前后两个Frank序列的相位差，得到多普勒频偏值，完成频偏补偿；

8)将步骤5)得到的四个总能量值通过两两加减运算解调出两路差信号以及和信号大小，并作归一化处理，得到方位差和俯仰差电平；

9)多次统计方位差和俯仰差电平，求平均值，送给伺服系统。

所述的步骤3)中滤波通带选为信号带宽的1/6。

所述的步骤4)中每个符号的采样点数选择为4。

所述的步骤6)中门限设置为无噪声条件下相关峰值的0.8倍。

所述的步骤8)中四个总能量值开根号后通过两两加减运算解调出两路差信号以及和信号大小。

本发明的有益效果是：

1)频偏估计算法精度高，可将多普勒频偏纠正到1.2KHz的残留频偏以内，系统抗多普勒频偏100KHz。