CN106443592A - 基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统及跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统及跟踪方法，包括基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统和基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，所述基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统包括：数字锁相环和FFT频率引导模块，所述数字锁相环包含第一数字下变频器、数字控制振荡器、第二数字下变频器、第一积分清零模块、加法器、环路滤波器、第二积分清零模块、鉴相器、锁定判决模块；基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，应用于一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统，所述跟踪方法利用锁相环+频率引导的方法，实现对接收机微弱信号的捕获跟踪。

Description

基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统及跟踪方法

技术领域

本发明属于通信测控跟踪技术领域，特别涉及一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统及跟踪方法，适用于接收机基带信号的跟踪。

背景技术

在雷达通信测控系统中，跟踪接收机是其中的一个重要分支，用于提取跟踪雷达天线的角误差信息，最终完成雷达天线对接收机的跟踪；由于雷达天线接收的信号很微弱，而锁相环对微弱信号的检测能力强，所以跟踪接收机运用锁相环实现接收机跟踪，即锁相环跟踪接收机。

通常使用的模拟锁相环跟踪接收机存在模拟器件漂移大、低信噪比情况下跟踪接收机困难、灵敏度不高、解调结果不稳定的问题。

发明内容

针对低信噪比情况下雷达天线跟踪接收机存在的困难，本发明的目的在于提出一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统及跟踪方法，该种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统及跟踪方法利用锁相环+频率引导的方法，实现对接收机微弱信号的捕获跟踪。

为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统，包括：数字锁相环和FFT频率引导模块，所述数字锁相环包含第一数字下变频器、数字控制振荡器、第二数字下变频器、第一积分清零模块、加法器、环路滤波器、第二积分清零模块、鉴相器、锁定判决模块；

所述第一数字下变频器包含第一中频信号输入端和第一数字信号输出端，

所述数字控制振荡器包含第一数字信号控制输出端、第二数字信号控制输出端和数字信号控制输入端，

所述第二数字下变频器包含第二中频信号输入端、第二数字信号输出端和第三数字信号输出端，

所述第一积分清零模块包含第一传输信号输入端、第一传输信号输出端和第二传输信号输出端，

所述加法器包含第一频率值输入端、第二频率值输入端和第一频率值输出端，

所述环路滤波器包含环路滤波输入端和环路滤波输出端，

所述第二积分清零模块包含第二传输信号输入端、第三传输信号输出端和第四传输信号输出端，

所述鉴相器包含第一低频信号输入端、第二低频信号输入端和角度值输出端，

所述锁定判决模块包含正弦信号输入端和余弦信号输入端，

所述FFT频率引导模块包含第三低频信号输入端和第二频率值输出端；

第一数字下变频器的第一数字信号输出端电连接第一积分清零模块的第一传输信号输入端，第一数字下变频器的第一中频信号输入端电连接数字控制振荡器的第一数字信号控制输出端，数字控制振荡器的第二数字信号控制输出端电连接第二数字下变频器的第二中频信号输入端，第二数字下变频器的第二数字信号输出端电连接FFT频率引导模块的第三低频信号输入端，第二数字下变频器的第三数字信号输出端电连接第二积分清零模块的第二传输信号输入端，FFT频率引导模块的第二频率值输出端电连接加法器的第一频率值输入端，加法器的第二频率值输入端电连接环路滤波器的环路滤波输出端，加法器的第一频率值输出端电连接数字控制振荡器的数字信号控制输入端，环路滤波器的环路滤波输入端电连接鉴相器的角度值输出端，鉴相器的第一低频信号输入端电连接第一积分清零模块的第一传输信号输出端，鉴相器的第二低频信号输入端电连接第二积分清零模块的第三传输信号输出端，第一积分清零模块的第二传输信号输出端电连接锁定判决模块的正弦信号输入端，第二积分清零模块的第四传输信号输出端电连接锁定判决模块的余弦信号输入端。

技术方案二：

一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，应用于一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统，所述基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统，包括第一数字下变频器、数字控制振荡器、第二数字下变频器、第一积分清零模块、加法器、FFT频率引导模块、环路滤波器、第二积分清零模块、鉴相器、锁定判决模块，所述基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，包括以下步骤：

步骤1，第一数字下变频器用于获取雷达天线接收到的中频信号，并将所述接收到的中频信号下变频到低频，得到第一低频数字信号，并将第一低频数字信号发送至第一积分清零模块；第一积分清零模块用于接收第一数字下变频器发送过来的第一低频数字信号，并对所述第一低频数字信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第一低频数字信号，然后将所述平滑滤波处理后的第一低频数字信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块；第二数字下变频器用于获取雷达天线接收到的中频信号，并将所述接收到的中频信号下变频到低频，得到第二低频数字信号，并将第二低频数字信号分别发送至第二积分清零模块和FFT频率引导模块；

步骤2，第二积分清零模块用于接收第二数字下变频器发送过来的第二低频数字信号，并对所述第二低频数字信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第二低频数字信号，然后将所述平滑滤波处理后的第二低频数字信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块；FFT频率引导模块用于接收第二数字下变频器发送过来的第二低频数字信号，并对所述第二低频数字信号进行快速傅里叶变换，获取快速傅里叶变换后的第二低频数字信号最大值的位置，根据所述最大值的位置估计快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，然后将估计得到的快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率发送至加法器；

鉴相器分别用于接收第一积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频数字信号，以及第二积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第二低频数字信号，并计算平滑滤波处理后的第一低频数字信号与平滑滤波处理后的第二低频数字信号的商，然后对平滑滤波处理后的第一低频数字信号与平滑滤波处理后的第二低频数字信号的商进行反正切处理，得到角度值，并将所述角度值发送至环路滤波器；

步骤3，环路滤波器用于接收鉴相器发送过来的角度值，并对所述角度值进行高频噪声消除，得到高频噪声消除后的角度值，再将所述高频噪声消除后的角度值转换成频率值，得到高频噪声消除后的频率值后发送至加法器；

加法器分别用于接收FFT频率引导模块发送过来的估计得到的快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，以及环路滤波器发送过来的高频噪声消除后的频率值后并进行相加，得到合路频率值，然后将所述合路频率值发送至数字控制振荡器；

数字控制振荡器用于接收加法器发送过来的合路频率值，并根据所述合路频率值分别产生第一I路正弦信号和第一Q路余弦信号，然后分别将所述第一I路正弦信号发送至第一数字下变频器，将所述第一Q路余弦信号发送至第二数字下变频器；

步骤4，第一数字下变频器还用于接收数字控制振荡器发送过来的第一I路正弦信号，并将所述第一I路正弦信号与第一数字下变频器获取的雷达天线接收到的中频信号相乘后再进行低通滤波，得到第一低频I路正弦信号，并将所述第一低频I路正弦信号发送至第一积分清零模块；

第一积分清零模块还用于接收第一数字下变频器发送过来的第一低频I路正弦信号，并对所述第一低频I路正弦信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，然后将所述平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块；

第二数字下变频器还用于接收数字控制振荡器发送过来的第一Q路余弦信号，并将所述第一Q路余弦信号与第二数字下变频器获取的雷达天线接收到的中频信号相乘后再进行低通滤波，得到第一低频Q路余弦信号，并将所述第一低频Q路余弦信号发送至第二积分清零模块；

步骤5，第二积分清零模块还用于接收第二数字下变频器发送过来第一低频Q路余弦信号，并对所述第一低频Q路余弦信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，然后将所述平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块；

锁定判决模块分别用于接收第一积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，以及第二积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，并对所述平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号和所述平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号分别进行平方操作，分别得到第一低频I路平方正弦信号和第一低频Q路平方余弦信号；

步骤6，鉴相器还分别用于接收第一积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，以及第二积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，并计算平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号与平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的商，然后对平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号与平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的商进行反正切处理，得到第一反正切处理后的角度值，并将所述第一反正切处理后的角度值发送至环路滤波器；

环路滤波器还用于接收鉴相器发送过来的第一反正切处理后的角度值，并对所述第一反正切处理后的角度值进行高频噪声消除，得到第一高频噪声消除后的反正切角度值，再将该第一高频噪声消除后的反正切角度值转换成高频噪声消除后的反正切频率值，得到第一高频噪声消除后的反正切频率值后发送至加法器；

步骤7，加法器还用于分别接收FFT频率引导模块发送过来的估计得到的快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，以及环路滤波器发送过来的第一高频噪声消除后的反正切频率值后并进行相加，得到第一相加后的频率值，并将所述第一相加后的频率值发送至数字控制振荡器；数字控制振荡器还用于接收加法器发送过来的第一相加后的频率值，并根据所述第一相加后的频率值分别产生第二I路正弦信号和第二Q路余弦信号，然后分别将所述第二I路正弦信号发送至第一数字下变频器，将所述第二Q路余弦信号发送至第二数字下变频器；

步骤8，依次重复执行步骤4和步骤7M次，直到得到第M低频I路平方正弦信号和第M低频Q路平方余弦信号，此时将得到的第一低频I路平方正弦信号和第一低频Q路平方余弦信号到第M低频I路平方正弦信号和第M低频Q路平方余弦信号表示为M组第m低频I路平方正弦信号和第m低频Q路平方余弦信号，m＝1,2,…,M；

若M组第m低频I路平方正弦信号和第m低频Q路平方余弦信号中，有N组满足低频I路平方正弦信号大于2倍低频Q路平方余弦信号，则表示跟踪到了雷达天线接收到的信号中的目标；M>N。

本发明具有以下优点：

第一，易于硬件实现：本发明方法是在FPGA和DSP中软件协同编程实现，对硬件的要求不高，而且FPGA和DSP的信号处理速度都很快，完全满足需要；

第二，检测低信噪比：本发明采用FFT频率引导将信号粗捕获，FFT捕获成功之后估计的信号频率与真实的信号频率最大相差190.7Hz，并且数字锁相环对窄带信号跟踪效果好，能够检测低信噪比的信号。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统的整体实现框图；

图2是本发明方法的锁定判决流程图。

具体实施方式

参照图1，为本发明的一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统的整体实现框图；所述基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统，包括：数字锁相环和FFT频率引导模块，所述数字锁相环包含第一数字下变频器、数字控制振荡器、第二数字下变频器、第一积分清零模块、加法器、环路滤波器、第二积分清零模块、鉴相器、锁定判决模块。

所述第一数字下变频器包含第一中频信号输入端和第一数字信号输出端。所述数字控制振荡器包含第一数字信号控制输出端、第二数字信号控制输出端和数字信号控制输入端。所述第二数字下变频器包含第二中频信号输入端、第二数字信号输出端和第三数字信号输出端。

所述第一积分清零模块包含第一传输信号输入端、第一传输信号输出端和第二传输信号输出端。

所述加法器包含第一频率值输入端、第二频率值输入端和第一频率值输出端。

所述环路滤波器包含环路滤波输入端和环路滤波输出端。

所述第二积分清零模块包含第二传输信号输入端、第三传输信号输出端和第四传输信号输出端。

所述鉴相器包含第一低频信号输入端、第二低频信号输入端和角度值输出端。

所述锁定判决模块包含正弦信号输入端和余弦信号输入端。

所述FFT频率引导模块包含第三低频信号输入端和第二频率值输出端。

第一数字下变频器的第一数字信号输出端电连接第一积分清零模块的第一传输信号输入端，第一数字下变频器的第一中频信号输入端电连接数字控制振荡器的第一数字信号控制输出端，数字控制振荡器的第二数字信号控制输出端电连接第二数字下变频器的第二中频信号输入端，第二数字下变频器的第二数字信号输出端电连接FFT频率引导模块的第三低频信号输入端，第二数字下变频器的第三数字信号输出端电连接第二积分清零模块的第二传输信号输入端，FFT频率引导模块的第二频率值输出端电连接加法器的第一频率值输入端，加法器的第二频率值输入端电连接环路滤波器的环路滤波输出端，加法器的第一频率值输出端电连接数字控制振荡器的数字信号控制输入端，环路滤波器的环路滤波输入端电连接鉴相器的角度值输出端，鉴相器的第一低频信号输入端电连接第一积分清零模块的第一传输信号输出端，鉴相器的第二低频信号输入端电连接第二积分清零模块的第三传输信号输出端，第一积分清零模块的第二传输信号输出端电连接锁定判决模块的正弦信号输入端，第二积分清零模块的第四传输信号输出端电连接锁定判决模块的余弦信号输入端。

一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，应用于一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统，所述基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统，包括第一数字下变频器、数字控制振荡器、第二数字下变频器、第一积分清零模块、加法器、FFT频率引导模块、环路滤波器、第二积分清零模块、鉴相器、锁定判决模块，所述基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，包括以下步骤：

步骤1，第一数字下变频器用于获取雷达天线接收到的中频信号，并将所述接收到的中频信号下变频到低频，得到第一低频数字信号，并将第一低频数字信号发送至第一积分清零模块；第一积分清零模块用于接收第一数字下变频器发送过来的第一低频数字信号，并对所述第一低频数字信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第一低频数字信号，然后将所述平滑滤波处理后的第一低频数字信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块；第二数字下变频器用于获取雷达天线接收到的中频信号，并将所述接收到的中频信号下变频到低频，得到第二低频数字信号，并将第二低频数字信号分别发送至第二积分清零模块和FFT频率引导模块。

具体地，将所述雷达天线接收到的中频信号记为E(t)，其表达式为：

其中，雷达天线接收到的中频信号包含D路中频信号，D为能被2整除的自然数，∑表示雷达天线接收到的前D/2路中频信号相加合成的和信号，△'(t)表示雷达天线接收到的后D/2路中频信号调制合成的总误差信号，A表示雷达天线接收到的前D/2路中频信号相加合成的和信号振幅，ω表示雷达天线接收到的中频信号角频率，μ表示雷达天线的差斜率，θ表示雷达天线接收到的后D/2路中频信号调制合成的总误差信号的角度角，为雷达天线接收到的前D/2路中频信号相加合成的和信号，与雷达天线接收到的后D/2路中频信号调制合成的总误差信号的相位，c(t)表示雷达天线接收到的中频信号的调制方波，其表达式如下：

其中，n表示负无穷到正无穷的整数，f表示雷达天线接收到的中频信号的调制频率，t表示时间变量。

第一数字下变频器用于获取雷达天线接收到的70MHz中频信号，并对所述接收到的中频信号下变频到低频，得到第一低频数字信号，并将第一低频数字信号发送至第一积分清零模块；第一积分清零模块用于接收第一数字下变频器发送过来的第一低频数字信号，并对所述第一低频数字信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第一低频数字信号，然后将所述平滑滤波处理后的第一低频数字信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块；第二数字下变频器用于获取雷达天线接收到的70MHz中频信号，并对所述接收到的中频信号下变频到低频，得到第二低频数字信号，并将第二低频数字信号分别发送至第二积分清零模块和FFT频率引导模块。

步骤2，第二积分清零模块用于接收第二数字下变频器发送过来的第二低频数字信号，并对所述第二低频数字信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第二低频数字信号，然后将所述平滑滤波处理后的第二低频数字信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块；FFT频率引导模块用于接收第二数字下变频器发送过来的第二低频数字信号，并对所述第二低频数字信号进行快速傅里叶变换，获取快速傅里叶变换后的第二低频数字信号最大值的位置，根据所述最大值的位置估计快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，然后将估计得到的快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率发送至加法器。

鉴相器分别用于接收第一积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频数字信号，以及第二积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第二低频数字信号，并计算平滑滤波处理后的第一低频数字信号与平滑滤波处理后的第二低频数字信号的商，然后对平滑滤波处理后的第一低频数字信号与平滑滤波处理后的第二低频数字信号的商进行反正切处理，得到角度值，并将所述角度值发送至环路滤波器。

具体地，获取快速傅里叶变换后的第二低频数字信号最大值的位置后，根据所述最大值的位置估计快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，同时得到所述最大值的位置捕获成功的标志，获得所述标志后FFT频率引导模块将保存当前估计的快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，并且不再接收第二数字下变频器发送过来的任何信号，所述估计信号频率与真实信号频率最大相差190.7Hz。

步骤3，环路滤波器用于接收鉴相器发送过来的角度值，并对所述角度值进行高频噪声消除，得到高频噪声消除后的角度值，再将所述高频噪声消除后的角度值转换成频率值，得到高频噪声消除后的频率值后发送至加法器。

加法器分别用于接收FFT频率引导模块发送过来的估计得到的快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，以及环路滤波器发送过来的高频噪声消除后的频率值后并进行相加，得到合路频率值，然后将所述合路频率值发送至数字控制振荡器。

数字控制振荡器用于接收加法器发送过来的合路频率值，并根据所述合路频率值分别产生第一I路正弦信号和第一Q路余弦信号，然后分别将所述第一I路正弦信号发送至第一数字下变频器，将所述第一Q路余弦信号发送至第二数字下变频器。

具体地，所述第一I路正弦信号和所述第一Q路余弦信号，其表达式分别为：

其中，表示第一I路正弦信号的角频率，表示第一Q路余弦信号的角频率，t表示时间变量。

步骤4，第一数字下变频器还用于接收数字控制振荡器发送过来的第一I路正弦信号，并将所述第一I路正弦信号与第一数字下变频器获取的雷达天线接收到的中频信号相乘后再进行低通滤波，得到第一低频I路正弦信号，并将所述第一低频I路正弦信号发送至第一积分清零模块。

第一积分清零模块还用于接收第一数字下变频器发送过来的第一低频I路正弦信号，并对所述第一低频I路正弦信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，然后将所述平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块。

第二数字下变频器还用于接收数字控制振荡器发送过来的第一Q路余弦信号，并将所述第一Q路余弦信号与第二数字下变频器获取的雷达天线接收到的中频信号相乘后再进行低通滤波，得到第一低频Q路余弦信号，并将所述第一低频Q路余弦信号发送至第二积分清零模块。

具体地，所述平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，记为其表达式为：

其中，表示平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号的幅度，表示平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号的误差角，μ表示雷达天线的差斜率，表示平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号的相位，c(t)表示雷达天线接收到的射频信号处理后获得的中频信号的调制方波，t表示时间变量。

步骤5，第二积分清零模块还用于接收第二数字下变频器发送过来第一低频Q路余弦信号，并对所述第一低频Q路余弦信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，然后将所述平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块。

锁定判决模块分别用于接收第一积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，以及第二积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，并对所述平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号和所述平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号分别进行平方操作，分别得到第一低频I路平方正弦信号和第一低频Q路平方余弦信号。

具体地，所述平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，记为其表达式为：

其中，表示平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的幅度，表示平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的误差角，μ表示雷达天线的差斜率，表示平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的相位，c(t)表示雷达天线接收到的射频信号处理后获得的中频信号的调制方波，t表示时间变量。

步骤6，鉴相器还分别用于接收第一积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，以及第二积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，并计算平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号与平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的商，然后对平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号与平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的商进行反正切处理，得到第一反正切处理后的角度值，并将所述第一反正切处理后的角度值发送至环路滤波器。

环路滤波器还用于接收鉴相器发送过来的第一反正切处理后的角度值，并对所述第一反正切处理后的角度值进行高频噪声消除，得到第一高频噪声消除后的反正切角度值，再将该第一高频噪声消除后的反正切角度值转换成第一高频噪声消除后的反正切频率值，得到第一高频噪声消除后的反正切频率值后发送至加法器。

具体地，所述第一反正切处理后的角度值，记为其表达式为：

其中，arctan(·)表示反正切操作，表示平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，表示平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，t表示时间变量。

步骤7，加法器还用于分别接收FFT频率引导模块发送过来的估计得到的快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，以及环路滤波器发送过来的第一高频噪声消除后的反正切频率值后并进行相加，得到第一相加后的频率值，并将所述第一相加后的频率值发送至数字控制振荡器；数字控制振荡器还用于接收加法器发送过来的第一相加后的频率值，并根据所述第一相加后的频率值分别产生第二I路正弦信号和第二Q路余弦信号，然后分别将所述第二I路正弦信号发送至第一数字下变频器，将所述第二Q路余弦信号发送至第二数字下变频器；

步骤8，依次重复执行步骤4和步骤7M次，直到得到第M低频I路平方正弦信号和第M低频Q路平方余弦信号，此时将得到的第一低频I路平方正弦信号和第一低频Q路平方余弦信号到第M低频I路平方正弦信号和第M低频Q路平方余弦信号表示为M组第m低频I路平方正弦信号和第m低频Q路平方余弦信号，m＝1,2,…,M。

若M组第m低频I路平方正弦信号和第m低频Q路平方余弦信号中，有N组满足低频I路平方正弦信号大于2倍低频Q路平方余弦信号，则表示跟踪到了雷达天线接收到的中频信号中的目标；反之则没有跟踪到雷达天线接收到的中频信号中的目标；M>N。

具体地，获取快速傅里叶变换后的第二低频数字信号最大值的位置后，根据所述最大值的位置估计快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，同时得到所述最大值的位置捕获成功的标志；因此，数字控制振荡器(NCO)的输入有两种选择，一种是在得到所述最大值的位置捕获成功前，FFT频率引导模块的输出；另一种是在得到所述最大值的位置捕获成功后，使用环路滤波器的输出，即FFT频率引导模块的输出与环路滤波器的输出之和。

依次重复执行步骤4和步骤7M次，直到得到第M低频I路平方正弦信号和第M低频Q路平方余弦信号，此时将得到的第一低频I路平方正弦信号和第一低频Q路平方余弦信号到第M低频I路平方正弦信号和第M低频Q路平方余弦信号表示为M组第m低频I路平方正弦信号和第m低频Q路平方余弦信号，m＝1,2,…,M。

参照图2，为本发明方法的锁定判决流程图；判定目标锁定的过程：当FFT频率引导模块得到所述最大值的位置捕获成功后，设置锁定等待时间为200ms，在锁定等待时间期间内调整环路滤波器进行目标跟踪，锁定等待时间后进行数字锁相环的锁定判决；本实施例中M＝40，N＝30，若40组第m低频I路平方正弦信号和第m低频Q路平方余弦信号中，有30组满足低频I路平方正弦信号大于2倍低频Q路平方余弦信号时，则表示锁相环锁定了雷达天线接收到的射频信号处理后获得的中频信号中的目标，即雷达天线成功跟踪到了目标。

Claims (9)

1.一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统，其特征在于，包括：数字锁相环和FFT频率引导模块，所述数字锁相环包含第一数字下变频器、数字控制振荡器、第二数字下变频器、第一积分清零模块、加法器、环路滤波器、第二积分清零模块、鉴相器、锁定判决模块；

所述第一数字下变频器包含第一中频信号输入端和第一数字信号输出端，

所述数字控制振荡器包含第一数字信号控制输出端、第二数字信号控制输出端和数字信号控制输入端，

所述第二数字下变频器包含第二中频信号输入端、第二数字信号输出端和第三数字信号输出端，

所述第一积分清零模块包含第一传输信号输入端、第一传输信号输出端和第二传输信号输出端，

所述加法器包含第一频率值输入端、第二频率值输入端和第一频率值输出端，

所述环路滤波器包含环路滤波输入端和环路滤波输出端，

所述第二积分清零模块包含第二传输信号输入端、第三传输信号输出端和第四传输信号输出端，

所述鉴相器包含第一低频信号输入端、第二低频信号输入端和角度值输出端，

所述锁定判决模块包含正弦信号输入端和余弦信号输入端，

所述FFT频率引导模块包含第三低频信号输入端和第二频率值输出端；

第一数字下变频器的第一数字信号输出端电连接第一积分清零模块的第一传输信号输入端，第一数字下变频器的第一中频信号输入端电连接数字控制振荡器的第一数字信号控制输出端，数字控制振荡器的第二数字信号控制输出端电连接第二数字下变频器的第二中频信号输入端，第二数字下变频器的第二数字信号输出端电连接FFT频率引导模块的第三低频信号输入端，第二数字下变频器的第三数字信号输出端电连接第二积分清零模块的第二传输信号输入端，FFT频率引导模块的第二频率值输出端电连接加法器的第一频率值输入端，加法器的第二频率值输入端电连接环路滤波器的环路滤波输出端，加法器的第一频率值输出端电连接数字控制振荡器的数字信号控制输入端，环路滤波器的环路滤波输入端电连接鉴相器的角度值输出端，鉴相器的第一低频信号输入端电连接第一积分清零模块的第一传输信号输出端，鉴相器的第二低频信号输入端电连接第二积分清零模块的第三传输信号输出端，第一积分清零模块的第二传输信号输出端电连接锁定判决模块的正弦信号输入端，第二积分清零模块的第四传输信号输出端电连接锁定判决模块的余弦信号输入端。

2.一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，所述方法应用于权利要求1所述的基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统，所述基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪系统，包括第一数字下变频器、数字控制振荡器、第二数字下变频器、第一积分清零模块、加法器、FFT频率引导模块、环路滤波器、第二积分清零模块、鉴相器、锁定判决模块，所述基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，第一数字下变频器用于获取雷达天线接收到的中频信号，并将所述接收到的中频信号下变频到低频，得到第一低频数字信号，并将第一低频数字信号发送至第一积分清零模块；第一积分清零模块用于接收第一数字下变频器发送过来的第一低频数字信号，并对所述第一低频数字信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第一低频数字信号，然后将所述平滑滤波处理后的第一低频数字信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块；第二数字下变频器用于获取雷达天线接收到的中频信号，并将所述接收到的中频信号下变频到低频，得到第二低频数字信号，并将第二低频数字信号分别发送至第二积分清零模块和FFT频率引导模块；

步骤2，第二积分清零模块用于接收第二数字下变频器发送过来的第二低频数字信号，并对所述第二低频数字信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第二低频数字信号，然后将所述平滑滤波处理后的第二低频数字信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块；FFT频率引导模块用于接收第二数字下变频器发送过来的第二低频数字信号，并对所述第二低频数字信号进行快速傅里叶变换，获取快速傅里叶变换后的第二低频数字信号最大值的位置，根据所述最大值的位置估计快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，然后将估计得到的快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率发送至加法器；

鉴相器分别用于接收第一积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频数字信号，以及第二积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第二低频数字信号，并计算平滑滤波处理后的第一低频数字信号与平滑滤波处理后的第二低频数字信号的商，然后对平滑滤波处理后的第一低频数字信号与平滑滤波处理后的第二低频数字信号的商进行反正切处理，得到角度值，并将所述角度值发送至环路滤波器；

步骤3，环路滤波器用于接收鉴相器发送过来的角度值，并对所述角度值进行高频噪声消除，得到高频噪声消除后的角度值，再将所述高频噪声消除后的角度值转换成频率值，得到高频噪声消除后的频率值后发送至加法器；

加法器分别用于接收FFT频率引导模块发送过来的估计得到的快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，以及环路滤波器发送过来的高频噪声消除后的频率值后并进行相加，得到合路频率值，然后将所述合路频率值发送至数字控制振荡器；

数字控制振荡器用于接收加法器发送过来的合路频率值，并根据所述合路频率值分别产生第一I路正弦信号和第一Q路余弦信号，然后分别将所述第一I路正弦信号发送至第一数字下变频器，将所述第一Q路余弦信号发送至第二数字下变频器；

步骤4，第一数字下变频器还用于接收数字控制振荡器发送过来的第一I路正弦信号，并将所述第一I路正弦信号与第一数字下变频器获取的雷达天线接收到的中频信号相乘后再进行低通滤波，得到第一低频I路正弦信号，并将所述第一低频I路正弦信号发送至第一积分清零模块；

第一积分清零模块还用于接收第一数字下变频器发送过来的第一低频I路正弦信号，并对所述第一低频I路正弦信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，然后将所述平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块；

第二数字下变频器还用于接收数字控制振荡器发送过来的第一Q路余弦信号，并将所述第一Q路余弦信号与第二数字下变频器获取的雷达天线接收到的中频信号相乘后再进行低通滤波，得到第一低频Q路余弦信号，并将所述第一低频Q路余弦信号发送至第二积分清零模块；

步骤5，第二积分清零模块还用于接收第二数字下变频器发送过来第一低频Q路余弦信号，并对所述第一低频Q路余弦信号进行平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，然后将所述平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号分别发送至鉴相器和锁定判决模块；

锁定判决模块分别用于接收第一积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，以及第二积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，并对所述平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号和所述平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号分别进行平方操作，分别得到第一低频I路平方正弦信号和第一低频Q路平方余弦信号；

步骤6，鉴相器还分别用于接收第一积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，以及第二积分清零模块发送过来的平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，并计算平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号与平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的商，然后对平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号与平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的商进行反正切处理，得到第一反正切处理后的角度值，并将所述第一反正切处理后的角度值发送至环路滤波器；

环路滤波器还用于接收鉴相器发送过来的第一反正切处理后的角度值，并对所述第一反正切处理后的角度值进行高频噪声消除，得到第一高频噪声消除后的反正切角度值，再将该第一高频噪声消除后的反正切角度值转换成高频噪声消除后的反正切频率值，得到第一高频噪声消除后的反正切频率值后发送至加法器；

步骤7，加法器还用于分别接收FFT频率引导模块发送过来的估计得到的快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，以及环路滤波器发送过来的第一高频噪声消除后的反正切频率值后并进行相加，得到第一相加后的频率值，并将所述第一相加后的频率值发送至数字控制振荡器；数字控制振荡器还用于接收加法器发送过来的第一相加后的频率值，并根据所述第一相加后的频率值分别产生第二I路正弦信号和第二Q路余弦信号，然后分别将所述第二I路正弦信号发送至第一数字下变频器，将所述第二Q路余弦信号发送至第二数字下变频器；

步骤8，依次重复执行步骤4和步骤7M次，直到得到第M低频I路平方正弦信号和第M低频Q路平方余弦信号，此时将得到的第一低频I路平方正弦信号和第一低频Q路平方余弦信号到第M低频I路平方正弦信号和第M低频Q路平方余弦信号表示为M组第m低频I路平方正弦信号和第m低频Q路平方余弦信号，m＝1,2,…,M；

若M组第m低频I路平方正弦信号和第m低频Q路平方余弦信号中，有N组满足低频I路平方正弦信号大于2倍低频Q路平方余弦信号，则表示跟踪到了雷达天线接收到的中频数字信号中的目标；M>N。

3.如权利要求2所述的一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，其特征在于，所述第一数字下变频器和第二数字下变频器分别包括乘法器和低通滤波器。

4.如权利要求2所述的一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，其特征在于，在步骤1中，将所述雷达天线接收到的中频的信号记为E(t)，其表达式为：

其中，雷达天线接收到的中频信号包含D路中频信号，D为能被2整除的自然数，∑表示雷达天线接收到的前D/2路中频信号相加合成的和信号，Δ'(t)表示雷达天线接收到的后D/2路中频信号调制合成的总误差信号，A表示雷达天线接收到的前D/2路中频信号相加合成的和信号振幅，ω表示雷达天线接收到的中频信号角频率，μ表示雷达天线的差斜率，θ表示雷达天线接收到的后D/2路中频信号调制合成的总误差信号的角度角，为雷达天线接收到的前D/2路中频信号相加合成的和信号，与雷达天线接收到的后D/2路中频信号调制合成的总误差信号的相位，c(t)表示雷达天线接收到的中频信号的调制方波，其表达式如下：

$c\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}+1,2n\mathrm{\&pi;}<2\mathrm{\&pi;}ft\&le;2n\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;}\\ -1,2n\mathrm{\&pi;}-\mathrm{\&pi;}<2\mathrm{\&pi;}ft\&le;2n\mathrm{\&pi;}\end{array}\right.$

其中，n表示负无穷到正无穷的整数，f表示雷达天线接收到的射频信号处理后获得的中频信号的调制频率，t表示时间变量。

5.如权利要求2所述的一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，其特征在于，在步骤2中，所述根据所述最大值的位置估计快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，还包括：

根据所述最大值的位置估计快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，同时得到所述最大值的位置捕获成功的标志，获得所述标志后FFT频率引导模块将保存当前估计的快速傅里叶变换后的第二低频数字信号频率，并且不再接收第二数字下变频器发送过来的任何信号。

6.如权利要求2所述的一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，其特征在于，在步骤3中，所述第一I路正弦信号和所述第一Q路余弦信号，其表达式分别为：

$s_I^1\left(t\right)=cos\left({\mathrm{\&omega;}}_I^{1}t\right)$

$s_Q^1\left(t\right)=sin\left({\mathrm{\&omega;}}_Q^{1}t\right)$

其中，表示第一I路正弦信号的角频率，表示第一Q路余弦信号的角频率，t表示时间变量。

7.如权利要求2所述的一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，其特征在于，在步骤4中，所述平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，记为其表达式为：

其中，表示平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号的幅度，表示平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号的误差角，μ表示雷达天线的差斜率，表示平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号的相位，c(t)表示雷达天线接收到的中频信号的调制方波，t表示时间变量。

8.如权利要求2所述的一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，其特征在于，在步骤5中，所述平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，记为其表达式为：

其中，表示平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的幅度，表示平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的误差角，μ表示雷达天线的差斜率，表示平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号的相位，c(t)表示雷达天线接收到的中频信号的调制方波，t表示时间变量。

9.如权利要求2所述的一种基于数字锁相环的单通道接收机信号跟踪方法，其特征在于，在步骤6中，所述第一反正切处理后的角度值，记为其表达式为：

其中，arctan(·)表示反正切操作，表示平滑滤波处理后的第一低频I路正弦信号，表示平滑滤波处理后的第一低频Q路余弦信号，t表示时间变量。