[发明专利]锁频环辅助锁相环快速锁定方法

说明书

本发明公开的一种锁频环辅助锁相环快速锁定的方法，旨在提供一种能够提高动态性能，具有更高的相位测量精度的锁定方法。本发明通过下述技术方案实现：载波频率信号经下变频后，利用码环锁定同步后送过来的PN码进行解扩，送入锁相环中的I、Q支路，经C/A码发生器后再进行积分滤波‑清除后送入锁相环路鉴相器进行鉴相，锁相环的相位误差由锁频环的频率误差积分得到，然后通过三阶环路滤波器输出精确地载波相位偏差被送入锁相环路NCO调整NCO输出新的正弦表和余弦表，使信号能快速锁定。然后下变频得到完全零中频信号；然后将零中频信号送入位环进行位同步，再进行译码、帧同步和解调。锁相环路利用锁频环路锁定后的载波频率值，能够快速锁定，输出精确的相位测量值。

技术领域

本发明涉及Ka频段扩频模式测控系统，低信噪比且高动态条件下锁频环辅助锁相环快速锁定的方法。

背景技术

卫星导航接收机的基本功能是接收来自卫星的导航信号，为用户提供定位、遥测、测距、测速等所需要的数据。这些数据包括伪码相位、多普勒频率、载波相位、遥测数据等原始观测量和导航电文。为完成上述功能，卫星导航接收机对接收的卫星信号先作捕获处理，获得伪码相位与多普勒频率的粗略估计。捕获成功后，跟踪单元继续对信号作精细同步。其中，为了获得载波相位的同步，通常采用锁相环PLL(PLL)技术。在卫星接收机中，锁相环PLL的设计在通信系统中起着重要作用。可是对卫星导航接收机而言,在高动态环境下,锁相环PLL存在动态适应能力不足的问题。在航天测控系统中,由于通信传输距离远及载体相对运动剧烈,使得接收信号具有低信噪比高动态的特点。在高动态和低信噪比条件下，锁相环PLL的收敛性能变差。一般来说，PLL在低动态时具有较高的跟踪精度和较好的抗噪性能，但是在高动态环境下PLL必须具有较宽的带宽，这意味着抗噪性能和跟踪精度的降低。高阶跟踪环路稳定性比低阶环路差。大带宽带来测量误差大，同时锁相环PLL在高动态环境下，容易发生相位失锁或相位翻转等现象。同时，如果要锁相环PLL快速收敛，需采用较大的环路带宽，但在低信噪比条件下失锁的概率会加大。如果环路带宽比较窄，锁相环PLL的收敛速度很慢，不满足卫星接收机在突发体制下快速锁定的要求。并且在高动态和低信噪比条件下，锁相环PLL的收敛性能易变差。在低信噪比条件下，为增加锁相环PLL收敛的概率，又能快速锁定，就需进入锁相环PLL的剩余频差很小。目前低轨通信卫星运动的速度与加速度很大，卫星接收信号的多普勒频偏及其变化率也很大。为适应高动态环境,卫星导航接收机采取锁频环(FLL)辅助锁相环的技术进行载波跟踪。锁相环PLL在锁频环FLL跟踪频率基础上锁定载波相位。

传统的测控系统一般采用S频段2G～4G，载波频偏范围一般在±180KHz，频偏变化率范围一般在±15KHz/s以内，在这种情况下地面下行接收机一般设计传统的二阶锁频环FLL辅助或者三阶锁相环PLL结构，采用较窄的噪声带宽，就能快速锁定信号，完成对载波的跟踪，输出精确地相位测量值，同时数据的误码率比较低，可以保证信号解调的正确性。

近年来，随着卫星的数量呈井喷的增加，传统的S频段已经不能满足需求，需要采用更高的频段，越来越多的使用Ka频段27～40G。载波的频偏和频偏变化率也越来越高，达到±900KHz和±25KHz/s。在这种情况下，需要采用较宽的噪声带宽来适应这么大的动态变化，而传统的二阶或者三阶锁相环PLL在较宽的噪声带宽下无法快速锁定信号，无法完成对信号的跟踪锁定。并且载波的频段高，导致射频、多路径和电离层的干扰高，同时由于卫星上资源能量有限，使得地面站下行链路接收信号的信噪比很低，传统的二阶或者三阶锁相环PLL采用较窄的噪声带宽，导致能适应的动态范围较小，在大动态条件下锁定时间较长。当地面下行接收机信号通道从捕获切换到跟踪阶段时，因为捕获阶段所得到的接收信号载波频率估计值与实际的载波频率值之间存在着一个较大的偏差。为适应高动态环境,卫星导航接收机采取锁频环(FLL)辅助锁相环的技术进行载波跟踪。锁相环PLL在锁频环FLL跟踪频率基础上锁定载波相位。