CN105530008A - 接收机锁频环锁频方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接收机锁频环锁频方法，包括以下步骤：根据频率控制字生成多路中频载波；利用所述多路中频载波中的每一路对输入信号进行下变频处理，得到多路基带信号；对所述多路基带信号中的每一路进行累加获得多路累加信号；对所述多路累加信号进行鉴频处理，确定鉴频信号；根据所述鉴频信号确定锁定载波信号。同时本发明还公开了一种接收机锁频环锁频装置。采用本发明解决由于接收机高动态引起的锁频环频率错锁问题。

Description

接收机锁频环锁频方法及装置

技术领域

本发明涉及接收机领域，特别涉及一种接收机锁频环锁频方法及装置。

背景技术

随着人类活动探索范围的扩大和科技水平的提高，全球卫星导航系统凭借其全球、全天候、连续和高精度的特点，正发挥着重要的作用。目前，GNSS系统在导航和定位领域已向高精度、高轨道、高动态、高灵敏度、高抗干扰特性方向发展。由于GNSS导航系统在各个领域发挥着重要作用和巨大的市场经济效益。到目前为止，世界主要航天大国不惜巨资发展独立自主的卫星导航系统，其中已经组网成功并提供全球位置服务的系统包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS；正在开发建设的卫星导航系统有欧盟的Galileo(伽利略)卫星导航系统及我国的北斗二代(BD-2)卫星导航系统等。

目前适用于世界各个卫星导航系统的接收机种类繁多，但当进行深空探测时，深空飞行器飞行轨道高度远高于导航卫星的轨道高度，因此深空探测器接收到的导航信号由于地球的遮挡、传播路径损耗等因素，接收信号功率衰减约20～30dB；由于深空飞行器飞行轨道特性，要求深空飞行器导航接收机能够适用于接收动态范围较大的导航信号，但应用传统导航接收机频率锁定环路对高动态导航信号进行频率锁定过程中，由于接收机的高动态特性，很容易发生锁频环错锁现象，进而导致鉴相器鉴相结果存在固定相位差，最终致使导航电文解算失败；因此如何解决高动态应用环境下导航接收机锁频环频率错锁现象是研制高动态导航接收机的技术基础。

传统星载导航接收机锁频环都采用Costas(科斯塔斯环)，该环路既有对相位翻转不敏感特性。目前已公开的基于星载高动态导航接收机锁频环错锁的方法中，还没有发现一种在不改变传统接收机锁频环路结构的前提下解决高动态星载接收机锁频环错锁现象的环路设计。

发明内容

有鉴于此，为克服上述至少一个缺点，并提供下述至少一种优点。本发明公开了一种接收机锁频环锁频方法及装置，解决由于接收机高动态引起的锁频环频率错锁问题

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面公开了一种接收机锁频环锁频方法，包括以下步骤：

根据频率控制字生成多路中频载波；

利用所述多路中频载波中的每一路对输入信号进行下变频处理，得到多路基带信号；

对所述多路基带信号中的每一路进行累加获得多路累加信号；

对所述多路累加信号进行鉴频处理，确定鉴频信号；

根据所述鉴频信号确定锁定载波信号。

进一步的，所述根据频率控制字生成多路中频载波，包括：

利用多个预先确定的频率调整控制字调整所述频率控制字；

利用多个调整后的频率控制字分别产生多路中频载波。

进一步的，所述调整，包括：

利用所述多个预先确定的频率调整控制字分别与所述频率控制字相加减，产生多个所述调整后的频率控制字。

或，

利用所述多个预先确定的频率控制字分别与所述频率控制字相乘，产生多个所述调整后的频率控制字。

进一步的，所述多路中频载波中，相邻频率的2路中频载波具有固定的频率间隔。

进一步的，所述对所述多路累加信号进行鉴频处理，获取鉴频输出信号，包括：

对所述多路累加信号进行鉴频；

根据鉴频结果中的最大值确定鉴频输出信号。

本发明另一方面公开了一种接收机锁频环锁频，包括：

载波发生器，用于根据频率控制字生成多路中频载波；

下变领模块，用于利用所述多路中频载波中的每一路对输入信号进行下变频处理，得到多路基带信号；

累加模块，用于对所述多路基带信号中的每一路进行累加获得多路累加信号，并确定鉴频信号；

鉴频器利用所述鉴频信号锁定载波信号。

进一步的，所述载波发生器，利用多个预先确定的频率调整控制字调整所述频率控制字；利用多个调整后的频率控制字分别产生多路中频载波。

进一步的，所述载波控制器利用所述多个预先确定的频率调整控制字分别与所述频率控制字相加减，产生多个所述调整后的频率控制字。

或，

利用所述多个预先确定的频率控制字分别与所述频率控制字相乘，产生多个所述调整后的频率控制字。

进一步的，所述多路中频载波中，相邻频率的2路中频载波具有固定的频率间隔。

进一步的，所述鉴频器根据所述多路累加器的每一路的鉴频结果的最大值确定鉴频输出信号。

通过本发明上述技术方案可以在不改变传统锁频环路参数与结构的前提下有效的扩大锁频环频率牵引范围，使传统锁频环路有效的适用于高轨道、高动态导航接收机的频率锁定，有效的解决由于接收机高动态引起的锁频环频率错锁问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例接收机锁频环锁频装置示意图；

图2为本发明实施例接收机锁频环锁频流程图；

图3为本发明实施例累加处理示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1为本发明实施例接收机锁频环锁频装置示意图。

本实施例的锁频装置可适用于如卫星导航应用中的导航接收机等，尤其可适用于对具有因多普勒效应造成的具有高动态范围的接收信号。参考图1，在本发明实施例中该接收机锁频环锁频装置包括，载波发生器、下变频模块、累加模块、鉴频器。

载波发生器用于生成本地中频载波，在本发明实施例中，通过载波NCO累加复现本地中频载波，其中，本地中频载波可表示为正弦载波和余弦载波2路。进一步的，根据外部输入的载波频率控制字和载波频率调整字再产生多路本地中频载波。

在本发明实施例中，在根据载波频率控制字和载波频率调整字产生本地中频载波时，一种实现方式为根据载波频率控制字和载波频率调整字间的加减操作，产生具有固定频率差值的调整后的载波频率控制字，并根据该调整后的载波频率控制字利用上述载波NCO累加浮现与该调整后的载波频率控制字相对应的载波。另一种可替代的实现方式为采用载波频率控制字和载波频率调整字间的乘除操作，同样产生具有固定频率差值的调整后的载波频率控制字，进而生成相应的本地中频载波。

更具体的，以上述加减操作为例，利用两个频率控制字同时也经过载波NCO累加复现4路本地中频正弦载波和余弦载波(及两对分别具有相同频率的中频正弦载波和余弦载波)。因此；本地载波发生器产生了包括I路有固定可配置频率差值的高频、中频、低频3路载波、Q路有固定可配置频率差值的高频、中频、低频3路载波。

本领域技术人员可以知道，上述根据调整后的载波频率控制字产生本地中频载波的数量与载波频率控制字和载波频率调整字间的运算结果有关，利用当利用一个载波频率调整字产生本地中频载波时，一次加法与一次减法的操作将产生一个对应的调整后的载波频率控制字，采用乘除操作具有类此的关系。同样的，当具有多个载波频率调整字时，通过载波频率控制字与每个载波频率调整字间的运算，将相应的产生对应数量的本地中频载波。通过设定载波频率调整字的个数以及由每个载波频率调整字确定的频率差值，可产生具有与固定频率间隔的本地载波，通过扩展本地中频载波的数量和覆盖的频率范围，可扩大锁频装置的捕获范围。

下变频模块利用生成的本地载波对输入信号进行下边频。设在上述描述中，只存在一个载波频率调整字，且与载波频率控制只进行一次加法操作与减法操作，则同存在一路原始的本地中频载波和与两个调整后的载波频率控制字。利用该三路本地中频载波，对同一输入信号分别进行下变频处理，则将分别产生三路基带信号。本领域技术人员可以知道，三路本地中频载波并不构成对本发明实施例的限定，如上所示，可利用不同的载波频率调整字产生多路不同的本地中频载波，从而可对应的生成同样数量的基带信号。

同样以上述实施例为例，根据本地载波发生器产生的6路本地载波频率，与输入信号混频完成输入信号的数字下变频，得到I路3路、Q路3路混频数据(作为基带信号)。

累加模块用于根据基带信号进行累加，获得对应于每路基带信号的累加信号。参考上述实施例，6路混频数据送入即时码累加模块，通过相关累加器得到以伪码周期为累加时长的累加量，输出累加量包括I路固定频率差值的即时码3路累加量、Q路固定频率差值的即时码3路累加量。并通过比较I路3路即时支路累加量的最大值和Q路3路即时支路累加量的最大值最为鉴频器的输入。

鉴频器以累加量最大值作为鉴频信号进行环路调整反馈，此时载波频率控制调整字清零，关闭3载波环路功能，将3载波环路切换为单载波环路。

图2为本发明实施例接收机锁频环锁频流程图。

图3为本发明实施例累加处理示意图。

参考图2，步骤S201中，根据频率控制字生成多路中频载波。载波频率控制字决定生成的多路中频载波中位于中间频率的中频载波。针对其他多路中频载波，通过结合载波频率调整字与载波频率控制字的加减或乘除运算，相应的确定其他多路中频载波的频率，进而生成具有相同频率间隔的本地中频载波。每一路中频载波采用相互正交的I支路载波和Q支路载波的形式进行表示。

步骤S202，利用多路中频载波中的每一路对输入信号进行下变频处理，得到多路基带信号。参考上述实施例，可利用中频载波对输入信号进行数字下边片，该输入信号可以为导航接收信号或其他通过接收及获取并经过处理的信号。对应于具有相同频率的I支路信号和Q支路信号，可在利用一路中频信号对输入信号进行处理时，获取2路基带信号，作为下变频信号。

步骤S203，对多路基带信号中的每一路进行累加获得多路累加信号。参考图3，在本发明实施例中，以导航信号为例，在对基带信号进行累加处理时，将下变频信号根据伪随机码的极性进行累加清零操作，累加清零周期为伪码周期(clear_dump)，累加模块输出的多路路累加量经过Mux模块后，Mux模块的输出值作为鉴频器的输入，因为只有即时码支路的相关累加输出值进行载波环路控制，超前码支路与之后码支路的累加量用于码环输入，因此累加处理只对即时码支路进行相关累加。而通道中的超前码支路与滞后码支路的累加量不必进行累加。

步骤S204，对多路累加信号进行鉴频处理，确定鉴频信号。以及在步骤S205，根据鉴频信号确定锁定载波信号。累加量最大值进行环路调整反馈，此时载波频率控制调整字清零，关闭多路载波的环路功能，并切换为单载波环路，进而锁定载波信号。

本发明提供的一种高轨道高动态导航接收机锁频环防错锁方法，可用于解决星载高动态导航接收机锁频环路频率错锁问题，本设计由3载波环路控制模块、多载波累加处理模块、码相关累加模块、累加量判别模块三部分组成。可以根据外部处理器的频率控制字生成3路有固定载波频率差值的载波频率，载波频率差值可配置。通过载波环路比较在3路载波频率下输出的累加值，选取累加值最大1路的载波频率作为中心频率，这种3载波环路锁定机制有效的抑制了在高轨道高动态导航接收机中锁频环路错锁现象，进而避免了由于锁频环错锁导致锁相环中存在的固定相位差值，有效地提高了传统环路的动态适用范围

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种接收机锁频环锁频方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据频率控制字生成多路中频载波；

利用所述多路中频载波中的每一路对输入信号进行下变频处理，得到多路基带信号；

对所述多路基带信号中的每一路进行累加获得多路累加信号；

对所述多路累加信号进行鉴频处理，确定鉴频信号；

根据所述鉴频信号确定锁定载波信号。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据频率控制字生成多路中频载波，包括：

利用多个预先确定的频率调整控制字调整所述频率控制字；

利用多个调整后的频率控制字分别产生多路中频载波。

3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述调整，包括：

利用所述多个预先确定的频率调整控制字分别与所述频率控制字相加减，产生多个所述调整后的频率控制字。

或，

利用所述多个预先确定的频率控制字分别与所述频率控制字相乘，产生多个所述调整后的频率控制字。

4.如权利要求1至3任一所述方法，其特征在于，所述多路中频载波中，相邻频率的2路中频载波具有固定的频率间隔。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述对所述多路累加信号进行鉴频处理，获取鉴频输出信号，包括：

对所述多路累加信号进行鉴频；

根据鉴频结果中的最大值确定鉴频输出信号。

6.一种接收机锁频环锁频，其特征在于，包括：

载波发生器，用于根据频率控制字生成多路中频载波；

下变频模块，用于利用所述多路中频载波中的每一路对输入信号进行下变频处理，得到多路基带信号；

累加模块，用于对所述多路基带信号中的每一路进行累加获得多路累加信号，并确定鉴频信号；

鉴频器利用所述鉴频信号锁定载波信号。

7.如权利要求6所述装置，其特征在于：所述载波发生器，利用多个预先确定的频率调整控制字调整所述频率控制字；利用多个调整后的频率控制字分别产生多路中频载波。

8.如权利要求7所述装置，其特征在于：所述载波控制器利用所述多个预先确定的频率调整控制字分别与所述频率控制字相加减，产生多个所述调整后的频率控制字。

或，

利用所述多个预先确定的频率控制字分别与所述频率控制字相乘，产生多个所述调整后的频率控制字。

9.如权利要求6至8中任一所述装置，其特征在于：所述多路中频载波中，相邻频率的2路中频载波具有固定的频率间隔。

10.如权利要求6所述装置，其特征在于：所述鉴频器根据所述多路累加器的每一路的鉴频结果的最大值确定鉴频输出信号。