CN112118200B - 跟踪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种跟踪方法及系统，所述方法包括：伪码跟踪和频率跟踪，所述伪码跟踪包括：输入复信号和复载波NCO产生的载波信号进行混频，剥离载波信号；与本地码发生器产生的超前1/8、即时和滞后1/8扩频码进行相乘，剥离扩频码；进行相干累积，本地码发生器的超前1/8支路和滞后1/8支路积分输出鉴相器；将鉴相器的结果输出环路滤波器；环路滤波结果转换为频率控制字，将环路滤波器和频率控制字转换模块级联；频率控制字与码NCO偏置相位累加，取相位累加器的高十比特进行映射。本发明采用窄相关技术，提高伪码跟踪精度，减小接收机滤波器对伪码波形产生的畸变，采用伪码跟踪为二阶环路，对计算进行化简，使得DDLL的实现结构变得更加简单。

Description

跟踪方法及系统

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种跟踪方法及系统。

背景技术

在载波同步技术领域中，由于传输损耗及噪声干扰，接收端难以获得准确的载波同步信息。在高动态环境中，通信双方由于存在较大的相对运动速度及加速度导致接收端接收到的信号在载频上会有较大的多普勒频偏及多普勒变化率，使得载波同步过程更加困难。为了适用高动态环境，中低动态接收机的载波跟踪环路带宽必须被加宽来捕获和跟踪上接收信号的多普勒频偏及其变化率，然而环路带宽的加大又势必导致载波跟踪精度的降低，导致载波跟踪失败。

因此，现有技术需要改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种跟踪方法及系统。

基于本发明实施例的一个方面，公开一种跟踪方法，包括：

伪码跟踪，所述伪码跟踪对本地复制伪码相位进行实时调整，保证本地伪码相位和接收信号伪码相位对齐，获得减小相关损失，最大程度获得扩频增益；

频率跟踪，所述频率跟踪对多普勒频率进行精确同步，消除接收信号残余频率偏差，指导载波频率调整，驱动接收模块复位。

基于本发明的跟踪方法的另一个实施例中，所述伪码跟踪包括：

输入复信号和复载波NCO产生的载波信号进行混频，然后剥离载波信号；

剥离载波后的信号分别与本地码发生器产生的超前1/8、即时和滞后1/8扩频码进行相乘，进而剥离扩频码；

在积分清除器中对剥离扩频码后的信号进行相干累积，其中本地码发生器的即时支路积分输出结果作为载波相位跟踪环路的输入，本地码发生器的超前1/8支路和滞后1/8支路积分输出结果作为鉴相器的输入；

鉴相器采用归一化的超前减滞后功率鉴相器，将鉴相器的输出结果作为环路滤波器的输入；

对鉴相器的输出至环路滤波器进行环路滤波，环路滤波后的结果转换为频率控制字，将环路滤波器和频率控制字转换模块进行级联；

根据频率控制字与码NCO偏置进行相位累加，相位累加器的位宽为32个比特，取相位累加器的高十比特进行映射。

基于本发明的跟踪方法的另一个实施例中，所述频率跟踪包括：

输入信号与此时的输出信号同时进入混频器，通过乘法器进行相乘运算，获取输入信号与此时的输出信号的和频分量以及差频分量；

将获取的和频分量以及差频分量输入至鉴相器中，对差频分量进行鉴相运算，得到与相位差相关的相位信息；

将相位信息输入至环路滤波器，经过环路滤波后得出频率跟踪结果、频率控制字及相位误差。

基于本发明的跟踪方法的另一个实施例中，所述鉴相器的输出结果为：

式中，E(k)表示超前1/8支路积分输出的结果，L(k)表示滞后1/8支路积分输出的结果。

基于本发明的跟踪方法的另一个实施例中，所述环路滤波器和频率控制字转换模块进行级联的算法公式为：

式中，F_c(z)为z域传递函数，z^-1对应时域中的延迟因子，

L为扩频比，sps为过采样率，f_s为输入复信号的采样率，T为环路的更新周期，T等于一个数据比特持续的时间，K为环路的增益，w_nF＝1.89·B_L为环路滤波器的特征频率，B_L为环路滤波器的噪声带宽，通过改变B_L,进而改变w_nF。

基于本发明的跟踪方法的另一个实施例中，所述码NCO偏置为预偏置，对应无多普勒码偏时的相位累加器增量，偏置值计算公式为：

式中，L为扩频比，sps为过采样率。

基于本发明的跟踪方法的另一个实施例中，所述输入信号与此时的输出信号的和频分量以及差频分量为：

m(n)＝s_in(n)*s_out(n)；

式中，s_in(n)为输入信号，s_out(n)为输出信号，m(n)为输入信号与此时的输出信号的和频分量以及差频分量。

基于本发明的跟踪方法的另一个实施例中，所述鉴相器进行鉴相运算，得到与相位差相关的相位信息，其算法公式为：

式中，K_m为增益系数,V_i、θ_in为输入信号的幅值和相位,V_o、θ_out为输出信号的幅值和相位，Kd为鉴相器的增益。

基于本发明的跟踪方法的另一个实施例中，所述环路滤波器的环路传递函数为：

式中，s为输入信号，ω_n为环路自然角频率，系数a，b的典型取值为a＝1.1，b＝2.4，噪声带宽B_L＝0.7845ω_n。

基于本发明实施例的另一个方面，公开了一种跟踪系统，包括：

第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、第一积分清除器、第二积分清除器、第三积分清除器、鉴相器、环路滤波器、频率控制字转换模块、相位累加器、本地码发生器；

将复信号和复载波NCO输入第一乘法器，由所述第一乘法器将复信号和复载波NCO产生的载波进行混频，并剥离载波，输出剥离载波后的信号；

所述本地码发生器产生超前1/8扩频码、即时扩频码和滞后1/8扩频码；

所述剥离载波后的信号分别通过第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器与所述本地码发生器产生的超前1/8扩频码、即时扩频码和滞后1/8扩频码进行相乘后，分别经过第一积分清除器、第二积分清除器、第三积分清除器将扩频码剥离，所述第一积分清除器、第三积分清除器输出的剥离扩频码后的信号输出至鉴相器，所述第二积分清除器输出的剥离扩频码后的信号输出作为载波相位跟踪环路的输入；

所述鉴相器采用归一化的超前减滞后功率鉴相器，所述鉴相器的信号输出至所述环路滤波器；

所述环路滤波器将信号进行滤波，并将滤波后的结果转换为频率控制字，所述环路滤波器与所述频率控制字转换模块进行级联；

所述相位累加器对频率控制字与码NCO偏置进行相位累加，所述码NCO偏置为预置值，对应无多普勒码偏时的相位累加器增量，所述相位累加器的位宽为32个比特，取相位累加器的高十比特进行映射输出到本地码发生器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

采用本发明的跟踪方法及系统，采用窄相关技术，提高伪码跟踪精度，适当的增加了射频前端滤波器的带宽，减小接收机滤波器对伪码波形产生的畸变，充分发挥了窄相关间隔的优势，采用伪码跟踪为二阶环路，其将环路滤波器中的积分器和频率转换中的差分器进行级联，在更新频率控制字时，对计算进行化简，从而简化了电路，使得DDLL的实现结构变得更加简单。

附图说明

图1为本发明提出的跟踪系统的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明提出的跟踪方法的伪码跟踪一个实施例的流程图；

图3为本发明提出的跟踪方法的频率跟踪一个实施例的流程图。

图中，1第一乘法器、2第二乘法器、3第三乘法器、4第四乘法器、5第一积分清除器、6第二积分清除器、7第三积分清除器、8鉴相器、9环路滤波器、10频率控制字转换模块、11相位累加器、12本地码发生器。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只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，本领域普通技术人员在没有做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。

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种跟踪方法及系统进行更详细地说明。

图1为本发明提出的跟踪系统的一个实施例的结构示意图，如图1所示，所述跟踪系统包括：

第一乘法器1、第二乘法器2、第三乘法器3、第四乘法器4、第一积分清除器5、第二积分清除器6、第三积分清除器7、鉴相器8、环路滤波器9、频率控制字转换模块10、相位累加器11、本地码发生器12；

将复信号和复载波NCO输入第一乘法器1，由所述第一乘法器1将复信号和复载波NCO产生的载波进行混频，并剥离载波，输出剥离载波后的信号；

所述本地码发生器12产生超前1/8扩频码、即时扩频码和滞后1/8扩频码；

所述剥离载波后的信号分别通过第二乘法器2、第三乘法器3、第四乘法器4与所述本地码发生器12产生的超前1/8扩频码、即时扩频码和滞后1/8扩频码进行相乘后，分别经过第一积分清除器5、第二积分清除器6、第三积分清除器7将扩频码剥离，所述第一积分清除器5、第三积分清除器7输出的剥离扩频码后的信号输出至鉴相器8，所述第二积分清除器6输出的剥离扩频码后的信号输出作为载波相位跟踪环路的输入；

所述鉴相器8采用归一化的超前减滞后功率鉴相器8，所述鉴相器8的信号输出至所述环路滤波器9；

所述环路滤波器9将信号进行滤波，并将滤波后的结果转换为频率控制字，所述环路滤波器9与所述频率控制字转换模块10进行级联；

所述相位累加器11对频率控制字与码NCO偏置进行相位累加，所述码NCO偏置为预置值，对应无多普勒码偏时的相位累加器11增量，所述相位累加器11的位宽为32个比特，取相位累加器11的高十比特进行映射输出到本地码发生器12。

在本发明的实施例中，所述跟踪方法包括：

伪码跟踪和频率跟踪；

所述伪码跟踪对本地复制伪码相位进行实时调整，保证本地伪码相位和接收信号伪码相位对齐，获得减小相关损失，最大程度获得扩频增益；

所述频率跟踪对多普勒频率进行精确同步，消除接收信号残余频率偏差，指导载波频率调整，驱动接收模块复位。

图2为本发明提出的跟踪方法的伪码跟踪一个实施例的流程图，如图2所示，所述伪码跟踪包括：

100，输入复信号和复载波NCO产生的载波信号进行混频，然后剥离载波信号；

101，剥离载波后的信号分别与本地码发生器12产生的超前1/8、即时和滞后1/8扩频码进行相乘，进而剥离扩频码；

102，在积分清除器中对剥离扩频码后的信号进行相干累积，其中本地码发生器12的即时支路积分输出结果作为载波相位跟踪环路的输入，本地码发生器12的超前1/8支路和滞后1/8支路积分输出结果作为鉴相器8的输入；

103，鉴相器8采用归一化的超前减滞后功率鉴相器8，将鉴相器8的输出结果作为环路滤波器9的输入；

104，对鉴相器8的输出至环路滤波器9进行环路滤波，环路滤波后的结果转换为频率控制字，将环路滤波器9和频率控制字转换模块10进行级联；

105，根据频率控制字与码NCO偏置进行相位累加，相位累加器11的位宽为32个比特，取相位累加器11的高十比特进行映射。

所述鉴相器8的输出结果为：

式中，E(k)表示超前1/8支路积分输出的结果，L(k)表示滞后1/8支路积分输出的结果。

所述环路滤波器9和频率控制字转换模块10进行级联的算法公式为：

式中，F_c(z)为z域传递函数，z^-1对应时域中的延迟因子，

L为扩频比，sps为过采样率，f_s为输入复信号的采样率，T为环路的更新周期，T等于一个数据比特持续的时间，K为环路的增益，w_nF＝1.89·B_L为环路滤波器9的特征频率，B_L为环路滤波器9的噪声带宽，通过改变B_L,进而改变w_nF。

所述码NCO偏置为预偏置，对应无多普勒码偏时的相位累加器11增量，偏置值计算公式为：

式中，L为扩频比，sps为过采样率。

图3为本发明提出的跟踪方法的频率跟踪一个实施例的流程图，如图3所示，所述频率跟踪包括：

200，输入信号与此时的输出信号同时进入混频器，通过乘法器进行相乘运算，获取输入信号与此时的输出信号的和频分量以及差频分量；

201，将获取的和频分量以及差频分量输入至鉴相器8中，对差频分量进行鉴相运算，得到与相位差相关的相位信息；

202，将相位信息输入至环路滤波器9，经过环路滤波后得出频率跟踪结果、频率控制字及相位误差。

所述输入信号与此时的输出信号的和频分量以及差频分量为：

m(n)＝s_in(n)*s_out(n)；

式中，s_in(n)为输入信号，s_out(n)为输出信号，m(n)为输入信号与此时的输出信号的和频分量以及差频分量。

所述鉴相器8进行鉴相运算，得到与相位差相关的相位信息，其算法公式为：

式中，K_m为增益系数,V_i、θ_in为输入信号的幅值和相位,V_o、θ_out为输出信号的幅值和相位，Kd为鉴相器8的增益。

所述环路滤波器9的环路传递函数为：

式中，s为输入信号，ω_n为环路自然角频率，系数a，b的典型取值为a＝1.1，b＝2.4，噪声带宽B_L＝0.7845ω_n。

对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种跟踪方法，其特征在于，包括：

伪码跟踪，所述伪码跟踪对本地复制伪码相位进行实时调整，保证本地伪码相位和接收信号伪码相位对齐，获得减小相关损失，最大程度获得扩频增益；

频率跟踪，所述频率跟踪对多普勒频率进行精确同步，消除接收信号残余频率偏差，指导载波频率调整，驱动接收模块复位；

其中，所述伪码跟踪包括：

输入复信号和复载波NCO产生的载波信号进行混频，然后剥离载波信号；

剥离载波后的信号分别与本地码发生器产生的超前1/8、即时和滞后1/8扩频码进行相乘，进而剥离扩频码；

在积分清除器中对剥离扩频码后的信号进行相干累积，其中本地码发生器的即时支路积分输出结果作为载波相位跟踪环路的输入，本地码发生器的超前1/8支路和滞后1/8支路积分输出结果作为鉴相器的输入；

鉴相器采用归一化的超前减滞后功率鉴相器，将鉴相器的输出结果作为环路滤波器的输入；

对鉴相器的输出至环路滤波器进行环路滤波，环路滤波后的结果转换为频率控制字，将环路滤波器和频率控制字转换模块进行级联；

根据频率控制字与码NCO偏置进行相位累加，相位累加器的位宽为32个比特，取相位累加器的高十比特进行映射输出到本地码发生器；

所述频率跟踪包括：

输入信号与输出信号同时进入混频器，通过乘法器进行相乘运算，获取输入信号与输出信号的和频分量以及差频分量；

将获取的和频分量以及差频分量输入至鉴相器中，对差频分量进行鉴相运算，得到与相位差相关的相位信息；

将相位信息输入至环路滤波器，经过环路滤波后得出频率跟踪结果、频率控制字及相位误差。

2.根据权利要求1所述的跟踪方法，其特征在于，所述鉴相器的输出结果为：

式中，E(k)表示超前1/8支路积分输出的结果，L(k)表示滞后1/8支路积分输出的结果。

3.根据权利要求2所述的跟踪方法，其特征在于，所述环路滤波器和频率控制字转换模块进行级联的算法公式为：

式中，F_c(z)为z域传递函数，z^-1对应时域中的延迟因子，

L为扩频比，sps为过采样率，f_s为输入复信号的采样率，T为环路的更新周期，T等于一个数据比特持续的时间，K为环路的增益，w_nF＝1.89·B_L为环路滤波器的特征频率，通过改变环路滤波器的噪声带宽B_L,进而改变w_nF。

4.根据权利要求3所述的跟踪方法，其特征在于，所述码NCO偏置为预偏置，对应无多普勒码偏时的相位累加器增量，偏置值计算公式为：

式中，L为扩频比，sps为过采样率。

5.根据权利要求1所述的跟踪方法，其特征在于，所述输入信号与输出信号的和频分量以及差频分量为：

m(n)＝s_in(n)*s_。ut(n)；

式中，s_in(n)为输入信号，s_out(n)为输出信号，m(n)为输入信号与输出信号的和频分量以及差频分量。

6.根据权利要求5所述的跟踪方法，其特征在于，所述鉴相器进行鉴相运算，得到与相位差相关的相位信息，其算法公式为：

式中，K_m为增益系数,V_i、θ_in为输入信号的幅值和相位,V_o、θ_out为输出信号的幅值和相位，Kd为鉴相器的增益，θ_e为相位差。

7.根据权利要求6所述的跟踪方法，其特征在于，所述环路滤波器的环路传递函数为：

式中，s为输入信号，ω_n为环路自然角频率，系数a，b的典型取值为a＝1.1,b＝2.4，环路滤波器的噪声带宽B_L＝0.7845ω_n。

8.一种跟踪系统，其特征在于，包括：

第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、第一积分清除器、第二积分清除器、第三积分清除器、鉴相器、环路滤波器、频率控制字转换模块、相位累加器、本地码发生器；

将复信号和复载波NCO输入第一乘法器，由所述第一乘法器将复信号和复载波NCO产生的载波进行混频，并剥离载波，输出剥离载波后的信号；

所述本地码发生器产生超前1/8扩频码、即时扩频码和滞后1/8扩频码；

所述剥离载波后的信号分别通过第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器与所述本地码发生器产生的超前1/8扩频码、即时扩频码和滞后1/8扩频码进行相乘后，分别经过第一积分清除器、第二积分清除器、第三积分清除器将扩频码剥离，所述第一积分清除器、第三积分清除器输出的剥离扩频码后的信号输出至鉴相器，所述第二积分清除器输出的剥离扩频码后的信号输出作为载波相位跟踪环路的输入；

所述鉴相器采用归一化的超前减滞后功率鉴相器，所述鉴相器的信号输出至所述环路滤波器；

所述环路滤波器将信号进行滤波，并将滤波后的结果转换为频率控制字，所述环路滤波器与所述频率控制字转换模块进行级联；

所述相位累加器对频率控制字与码NCO偏置进行相位累加，所述码NCO偏置为预置值，对应无多普勒码偏时的相位累加器增量，所述相位累加器的位宽为32个比特，取相位累加器的高十比特进行映射输出到本地码发生器。

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