CN110932720B - 卫星双向时间比对信号的鉴频方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星双向时间比对信号的鉴频方法，包括：设定鉴频环路的环路更新周期为数据位周期；在鉴频环路初始未稳定的状态下，对环路中接收的I、Q两路正交信号分成N段，进行分段相干积分，相干积分的长度为数据位长度的1/N；对分段相干积分的点积、叉积结果进行反正切鉴频得到N个鉴别频率；在鉴频环路稳定后，对接收的I、Q两路正交信号进行相干积分，积分的长度为数据位长度，采用反正切鉴频来计算频率鉴别结果。本发明提供的技术方案在鉴频环路未稳定的状态下采取分段鉴频的方法，可以获得较好的动态性能，使鉴频环路快速稳定。在鉴频环路稳定后，将相干积分长度切换为数据长度，获得较好的噪声滤除效果。

Description

卫星双向时间比对信号的鉴频方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星信号鉴频领域，特别是涉及一种卫星双向时间比对信号的鉴频方法及系统。
背景技术
在现有技术中，卫星双向时间比对技术多采用伪码扩频信号调制体制，测量原理是将待传输信号的频谱采用一个噪声似的伪随机信号扩展频谱后成为宽频带信号进行数据传输，通过获得伪码信号的相位时延信息来获得时间传递信息。这种方法测量精度较高，抗干扰能力强，得到了广泛应用。在接收端对高数据率的卫星双向时间比对扩频信号解调时，常采用锁频环路对接收信号的频率进行跟踪。在工程实践中，卫星信道传输环境较为复杂，对于接收的扩频信号，会存在低信噪比、高动态等特征，这样传统的锁频环对于接收信号的频率鉴别在噪声性能和动态性能无法兼顾。
鉴于此，本发明的目的在于提供一种卫星双向时间比对信号的鉴频方法及系统，以缓解现有技术在噪声性能和动态性能无法兼顾的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种卫星双向时间比对信号的鉴频方法及系统，以解决现有技术存在的问题。
第一方面，本发明提供了一种卫星双向时间比对信号的鉴频方法，包括：设定鉴频环路的环路更新周期为数据位周期；在鉴频环路初始未稳定的状态下，对接收的I、Q两路正交信号分成N段，进行分段相干积分，相干积分的长度为数据位长度的1/N，N大于或者等于5；对分段相干积分的点积、叉积结果进行反正切鉴频得到N个鉴别频率，选取N个鉴别频率的中位数作为频率鉴别结果；在鉴频环路稳定后，对接收的I、Q两路正交信号进行相干积分，积分的长度为数据位长度，对两路相干积分的结果进行点积、叉积运算，采用反正切鉴频来计算频率鉴别结果。
第二方面，本发明还提供了一种卫星双向时间比对信号的鉴频系统，包括：锁频环NCO模块，生成两路正交的本地载波，输出到下变频模块；下变频模块，根据锁频环NCO模块生成的本地载波，对接收到的中频信号进行同相正交I、Q两路正交信号的下变频；解扩模块，对下变频后的信号进行伪码解扩；相干积分模块，设定鉴频环路的环路更新周期为数据位长度，在鉴频环路初始未稳定的状态下，对接收的I、Q两路正交信号分成N段，进行分段相干积分，相干积分的长度为数据位长度的1/N，N大于或者等于5，在鉴频环路稳定后，对接收的I、Q两路正交信号进行相干积分，积分的长度为数据位长度；鉴频器模块，对分段相干积分的点积、叉积结果进行反正切鉴频得到N个鉴别频率，选取N个鉴别频率的中位数作为频率鉴别结果，在鉴频环路稳定后，对两路相干积分的结果进行点积、叉积运算，采用反正切鉴频来计算频率鉴别结果；环路滤波器模块，将频率鉴别结果滤除高频分量及噪声，更新频率控制字控制锁频环NCO模块。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：本发明提供的技术方案在鉴频环路未稳定的状态下采取分段鉴频的方法，可以获得较好的动态性能，使鉴频环路快速稳定。在鉴频环路稳定后，将相干积分长度切换为数据长度，获得较好的噪声滤除效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一种实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施例的一种卫星双向时间比对信号的鉴频方法流程示意图；
图2是本发明第二实施例的一种卫星双向时间比对信号的鉴频系统的结构示意图；
图3是本发明第二实施例的一种卫星双向时间比对信号的鉴频系统的原理示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一：
图1是本发明第一实施例的一种卫星双向时间比对信号的鉴频方法流程示意图，如图1所示，该方法包括如下两个步骤。
步骤S101：按数据位长度的1/N相干积分鉴频。具体地，设定鉴频环路的环路更新周期为数据位长度，在鉴频环路初始未稳定的状态下，对接收的I、Q两路正交信号分成N段，进行分段相干积分，相干积分的长度为数据位长度的1/N，N大于或者等于5；对分段相干积分的点积、叉积结果进行反正切鉴频得到N个鉴别频率，选取N个鉴别频率的中位数作为频率鉴别结果。
需要进行说明的是，反正切鉴频即最大似然估计鉴频，其鉴别结果与信号幅度无关，鉴别性能较好。鉴频环路在一个环路周期内可以得到N个鉴别频率，在位同步环路未稳定时数据位跳变可能发生在N个分段中的任意一个分段积分时间内，会对其中的2个鉴别频率有影响，因此在N个鉴别频率中选取中位数即得到有效的频率鉴别值作为频率鉴别结果。
步骤S102：按数据位长度相干积分鉴频。具体地，在鉴频环路状态稳定后，对接收的I、Q两路正交信号进行相干积分，积分的长度为数据位长度，对两路相干积分的结果进行点积、叉积运算，采用反正切鉴频来计算频率鉴别结果。
需要进行说明的是，采用二象限反正切鉴频，消除数据位跳变对鉴别结果的影响，此时环路拥有较好的噪声滤除效果。然而，此时环路频率牵入范围较小，对动态应力引起的频率误差容忍性较差，只适合于锁频环稳定后的情况。
实施例二：
本发明实施例提供了一种卫星双向时间比对信号的鉴频系统，该系统主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的卫星双向时间比对信号的鉴频方法，以下对本发明实施例提供的卫星双向时间比对信号的鉴频系统做具体介绍。
图2是本发明第二实施例的一种卫星双向时间比对信号的鉴频系统的结构示意图。如图2所示，一种卫星双向时间比对信号的鉴频系统，包括锁频环NCO模块、下变频模块、解扩模块、相干积分模块、鉴频器模块和环路滤波器模块。
锁频环NCO模块，生成两路正交的本地载波，输出到下变频模块。
下变频模块，根据锁频环NCO模块生成的本地载波，对接收到的中频信号进行同相正交I、Q两路正交信号的下变频。
解扩模块，对下变频后的信号进行伪码解扩。
相干积分模块，设定鉴频环路的环路更新周期为数据位长度，在鉴频环路初始未稳定的状态下，对接收的I、Q两路正交信号分成N段，进行分段相干积分，相干积分的长度为数据位长度的1/N，N大于或者等于5，在鉴频环路稳定后，对接收的I、Q两路正交信号进行相干积分，积分的长度为数据位长度。
鉴频器模块，在鉴频环路初始未稳定的状态下，对分段相干积分的点积、叉积结果进行反正切鉴频得到N个鉴别频率，选取N个鉴别频率的中位数作为频率鉴别结果，在鉴频环路稳定后，对两路相干积分的结果进行点积、叉积运算，采用反正切鉴频来计算频率鉴别结果。
环路滤波器模块，将频率鉴别结果滤除高频分量及噪声，更新频率控制字控制锁频环NCO模块。
如图3所示，鉴频系统采用锁频环的方式，通过鉴别接收信号载波与本地载波之间的频率差异，环路滤波器模块更新频率控制字控制锁频环NCO模块，经过连续多次的循环反馈后，最终使两者的频率达到动态一致。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种卫星双向时间比对信号的鉴频方法，其特征在于，包括：
设定鉴频环路的环路更新周期为数据位周期；
在所述鉴频环路初始未稳定的状态下，对接收的I、Q两路正交信号分成N段，进行分段相干积分，所述相干积分的长度为数据位长度的1/N，所述N大于或者等于5；
对所述分段相干积分的点积、叉积结果进行反正切鉴频得到N个鉴别频率，选取所述N个鉴别频率的中位数作为频率鉴别结果；
在所述鉴频环路稳定后，对接收的I、Q两路正交信号进行相干积分，所述积分的长度为数据位长度；
对所述两路相干积分的结果进行点积、叉积运算，采用反正切鉴频来计算频率鉴别结果。
2.一种卫星双向时间比对信号的鉴频系统，其特征在于，包括：
锁频环NCO模块，生成两路正交的本地载波，输出到下变频模块；
下变频模块，根据所述锁频环NCO模块生成的本地载波，对接收到的中频信号进行同相正交I、Q两路正交信号的下变频；
解扩模块，对所述下变频后的信号进行伪码解扩；
相干积分模块，设定鉴频环路的环路更新周期为数据位周期，在所述鉴频环路初始未稳定的状态下，对接收的I、Q两路正交信号分成N段，进行分段相干积分，所述相干积分的长度为数据位长度的1/N，所述N大于或者等于5，在所述鉴频环路稳定后，对接收的I、Q两路正交信号进行相干积分，所述积分的长度为数据位长度；
鉴频器模块，在所述鉴频环路初始未稳定的状态下，对所述分段相干积分的点积、叉积结果进行反正切鉴频得到N个鉴别频率，选取所述N个鉴别频率的中位数作为频率鉴别结果，在所述鉴频环路稳定后，对所述两路相干积分的结果进行点积、叉积运算，采用反正切鉴频来计算频率鉴别结果；
环路滤波器模块，将所述频率鉴别结果滤除高频分量及噪声，更新频率控制字控制所述锁频环NCO模块。
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