CN112636772A - 一种时间同步接收机系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一个实施例公开了一种时间同步接收机系统，包括捕获单元、跟踪单元和解算单元，还包括预处理单元，其中，所述预处理单元利用全数字前馈式自动增益控制算法调整接收到的A/D采样信号的幅度，使得所述A/D采样信号的数据信息尽可能地占据高数据位，并对A/D采样信号的低数据位进行截位处理，得到输出信号。本发明在接收端增加了预处理单元，通过基于增益判决的全数字自动增益控制，调整了接收信号的幅度，使其数据信息尽可能的占据高数据位，在保证接收信号有效位数及输出动态范围的基础上，对增益调整后的数据进行截位处理，从而优化算法的资源占用问题，兼顾接收机的时间同步精度性能和资源占用。

Description

一种时间同步接收机系统

技术领域

本发明涉及时间同步技术领域。更具体地，涉及一种时间同步接收机系统。

背景技术

高精度时间同步是时间频率量传和溯源的基础。随着国际计量局(BIPM)对快速UTC的推广，各守时实验室对于远程比对结果的测量精度也提出了更高要求。双向时间同步技术是一种应用广泛的高精度时间传递方式，包括卫星双向、微波双向、激光双向时间同步等，可提供纳秒级的不确定性。两站利用信号在传输路径上的互易性，同时接收对方站的调制时间信号，将接收的信号资料互换后相减，得到两站之间高精度的时间钟差。

目前，双向时间同步技术多采用伪码扩频信号调制体制，其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。该方法测量精度较高，抗干扰能力强，且可以利用码分多址(CDMA)的方式进行实时的多通道时间比对信号传输，实现多站间同时的时间双向比对。在接收端，通过多通道时间同步接收机对扩频伪码信号进行解调来获得伪码信号的相位时延信息，解调的关键是实现伪码相位和载波相位的同步，相位同步精度直接决定着时间同步精度。相位同步分为粗同步过程和精同步过程。粗同步是通过捕获技术实现的，精同步是通过跟踪技术实现的。

在接收机设计中，相位同步的精度性能和资源的占用存在着矛盾。较高的相位同步精度性能会产生较大的资源占用，同时接收通道的增加也会导致占用资源大大增加。因此，资源的占用问题会对多通道时间同步接收机精度性能和通道数的提升存在制约。

发明内容

本发明提供一种时间同步接收机系统，在接收端对接收到的信号进行预处理，在保证接收信号有效位数及输出动态范围的基础上，降低其占用位数，节约了算法的资源占用。

为达到上述目的，提供如下技术方案：

本发明公开了一种时间同步接收机系统，包括捕获单元、跟踪单元和解算单元，还包括预处理单元，

其中，所述预处理单元利用全数字前馈式自动增益控制算法调整接收到的A/D采样信号的幅度，使得所述A/D采样信号的数据信息尽可能地占据高数据位，并对A/D采样信号的低数据位进行截位处理，得到输出信号。

在一个具体示例中，所述预处理单元包括：均值计算模块、增益计算模块、滤波器模块、增益判决模块、幅度调节模块和低位截位模块，其中，

均值计算模块估计A/D采样信号的幅度均值；

增益计算模块将A/D采样信号的幅度均值与幅度参考值相比较得到第一幅度比值分量；

滤波器模块通过环路滤波器对所述第一幅度比值分量进行平滑，得到第二幅度比值分量，消除了野值影响；

增益判决模块对所述第一幅度比值分量和第二幅度比值分量进行判决，根据判决结果决定增益调整量的取值以及对环路滤波器进行控制；

幅度调节模块使用增益调整量对A/D采样信号进行幅度调整，使输出信号尽可能的占据高数据位；

低位截位模块对幅度调整后的A/D采样信号进行截位处理得到输出信号。

在一个具体示例中，所述均值计算模块根据大数定律估计A/D采样信号的幅度均值，样本个数越多，均值估计的误差越小。

在一个具体示例中，所述环路滤波器采用α-β滤波器，所述增益调整量和第一幅度比值分量的关系为：

Gain(t)＝αGain(t-T₀)+βε(t)

其中，T₀为自动增益控制环路更新周期，参数α和β分别表示前次增益调整量Gain(t-T₀)和本次计算出的第一幅度比值分量ε(t)在本次增益调整量Gain(t)中所占的权重，且α+β＝1，α值越大，环路增益控制抖动越小，增益控制精度越高；同样，过大的α值，也会降低幅度调节的速度。

在一个具体示例中，当取第二幅度比值分量作为增益调整量时，第二幅度比值分量是输出信号的幅度均值与A/D采样信号的幅度均值的比值分量，第一幅度比值分量是幅度参考值与A/D采样信号的幅值均值的比值分量，对第二幅度比值分量和第一幅度比值分量求比值得到结果为：

其中，比值分量δ(t)表示出输出信号幅度均值偏离参考值的程度，ε(t)为第一幅度比值分量，ε_K(t)为第二幅度比值分量，A_in(t)为A/D采样信号的幅值均值，Ref为幅度参考值，A_out(t)为输出信号的幅度均值；

选择δ(t)作为增益判决量，当δ(t)的值变化范围较小，在门限范围内，即|δ(t)|≤η时，表示输出信号幅度均值在幅度参考值附近，此时判定环路在稳定状态，取第二幅度比值分量作为增益调整量；当δ(t)的值变化较大，超过门限范围，即|δ(t)|＞η时，表示输出信号幅度均值偏离幅度参考值较大，此时判定环路在不稳定状态，需要对自动增益控制环路快速调节。

在一个具体示例中，所述快速调节，即单次取第一幅度比值分量作为增益调整量，并使用第一幅度比值分量重置所述环路滤波器初值。

在一个具体示例中，所述增益判决模块通过设置判决计数门限来减少干扰影响，当自动增益控制环路处于稳定状态时，如果增益判决量连续计数门限次在门限范围外，判决环路不稳定，对环路进行快速调节；

单次快速调节后，环路回到稳定状态，判决计数清零；单次快速调节后，输出信号幅度均值与幅度参考值相差较小，可以很快的将其调节至稳定范围，此时仍采用第二幅度比值分量作为增益调整量，环路更新周期和所述参数α不变。

本发明的有益效果如下：

本发明在接收端增加了预处理单元，通过基于增益判决的全数字自动增益控制，调整了接收信号的幅度，使其数据信息尽可能的占据高数据位，在保证接收信号有效位数及输出动态范围的基础上，对增益调整后的数据进行截位处理，从而优化算法的资源占用问题，兼顾接收机的时间同步精度性能和资源占用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例一种时间同步接收机系统示意图。

图2是本发明一个实施例一种时间同步接收机系统中的预处理单元的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明的一个实施例提供了一种时间同步接收机系统，如图1所示，包括捕获单元、跟踪单元和解算单元，还包括预处理单元，其中，

所述预处理单元利用全数字前馈式自动增益控制算法调整接收到的A/D采样信号的幅度，使得所述A/D采样信号的数据信息尽可能地占据高数据位，并对A/D采样信号的低数据位进行截位处理，得到输出信号。

在一个具体实施例中，数据信息的高数据位和低数据位，例如3698，36为高数据位，98是低数据位。

在一个具体实施例中，如图2所示，所述预处理单元包括：均值计算模块、增益计算模块、滤波器模块、增益判决模块、幅度调节模块和低位截位模块，其中，

均值计算模块估计A/D采样信号的幅度均值；

增益计算模块将A/D采样信号的幅度均值与幅度参考值相比较得到第一幅度比值分量；

滤波器模块通过环路滤波器对所述第一幅度比值分量进行平滑，得到第二幅度比值分量，消除了野值影响；

增益判决模块对所述第一幅度比值分量和第二幅度比值分量进行判决，根据判决结果决定增益调整量的取值以及对环路滤波器进行控制；

幅度调节模块使用增益调整量对A/D采样信号进行幅度调整，使输出信号尽可能的占据高数据位；

低位截位模块对幅度调整后的A/D采样信号进行截位处理得到输出信号。

在一个具体实施例中，所述均值计算模块根据大数定律估计A/D采样信号的幅度均值，样本个数越多，均值估计的误差越小。

在一个具体实施例中，所述环路滤波器采用α-β滤波器，所述增益调整量和第一幅度比值分量的关系为：

Gain(t)＝αGain(t-T₀)+βε(t)

其中，T₀为自动增益控制即AGC环路更新周期，参数α和β分别表示前次增益调整量Gain(t-T₀)和本次计算出的第一幅度比值分量ε(t)在本次增益调整量Gain(t)中所占的权重，且α+β＝1，α值越大，环路增益控制抖动越小，增益控制精度越高；同样，过大的α值，也会降低幅度调节的速度。

在一个具体实施例中，当取第二幅度比值分量作为增益调整量时，第二幅度比值分量是输出信号的幅度均值与A/D采样信号的幅度均值的比值分量，第一幅度比值分量是幅度参考值与A/D采样信号的幅值均值的比值分量，对第二幅度比值分量和第一幅度比值分量求比值得到结果为：

其中，比值分量δ(t)表示出输出信号幅度均值偏离参考值的程度，ε(t)为第一幅度比值分量，ε_K(t)为第二幅度比值分量，A_in(t)为A/D采样信号的幅值均值，Ref为幅度参考值，A_out(t)为输出信号的幅度均值；

选择δ(t)作为增益判决量，当δ(t)的值变化范围较小，在门限范围内，门限范围根据具体情况进行设定，即|δ(t)|≤η时，表示输出信号幅度均值在幅度参考值附近，此时判定环路在稳定状态，取第二幅度比值分量作为增益调整量；当δ(t)的值变化较大，超过门限范围，即|δ(t)|＞η时，表示输出信号幅度均值偏离幅度参考值较大，此时判定环路在不稳定状态，需要对AGC即自动增益控制环路快速调节。

在一个具体实施例中，所述快速调节，即单次取第一幅度比值分量作为增益调整量，并使用第一幅度比值分量重置所述环路滤波器初值。

在一个具体实施例中，所述增益判决模块通过设置判决计数门限来减少干扰影响，当AGC即自动增益控制环路处于稳定状态时，如果增益判决量连续计数门限次在门限范围外，判决环路不稳定，对环路进行快速调节；

单次快速调节后，环路回到稳定状态，判决计数清零；单次快速调节后，输出信号幅度均值与幅度参考值相差较小，可以很快的将其调节至稳定范围，此时仍采用第二幅度比值分量作为增益调整量，环路更新周期和所述参数α不变。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种时间同步接收机系统，包括捕获单元、跟踪单元和解算单元，其特征在于，还包括预处理单元，

其中，所述预处理单元利用全数字前馈式自动增益控制算法调整接收到的A/D采样信号的幅度，使得所述A/D采样信号的数据信息尽可能地占据高数据位，并对A/D采样信号的低数据位进行截位处理，得到输出信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预处理单元包括：均值计算模块、增益计算模块、滤波器模块、增益判决模块、幅度调节模块和低位截位模块，其中，

均值计算模块估计A/D采样信号的幅度均值；

增益计算模块将A/D采样信号的幅度均值与幅度参考值相比较得到第一幅度比值分量；

滤波器模块通过环路滤波器对所述第一幅度比值分量进行平滑，得到第二幅度比值分量，消除了野值影响；

增益判决模块对所述第一幅度比值分量和第二幅度比值分量进行判决，根据判决结果决定增益调整量的取值以及对环路滤波器进行控制；

幅度调节模块使用增益调整量对A/D采样信号进行幅度调整，使输出信号尽可能的占据高数据位；

低位截位模块对幅度调整后的A/D采样信号进行截位处理得到输出信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述均值计算模块根据大数定律估计A/D采样信号的幅度均值，样本个数越多，均值估计的误差越小。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述环路滤波器采用α-β滤波器，所述增益调整量和第一幅度比值分量的关系为：

Gain(t)＝αGain(t-T₀)+βε(t)

其中，T₀为自动增益控制环路更新周期，参数α和β分别表示前次增益调整量Gain(t-T₀)和本次计算出的第一幅度比值分量ε(t)在本次增益调整量Gain(t)中所占的权重，且α+β＝1，α值越大，环路增益控制抖动越小，增益控制精度越高；同样，过大的α值，也会降低幅度调节的速度。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当取第二幅度比值分量作为增益调整量时，第二幅度比值分量是输出信号的幅度均值与A/D采样信号的幅度均值的比值分量，第一幅度比值分量是幅度参考值与A/D采样信号的幅值均值的比值分量，对第二幅度比值分量和第一幅度比值分量求比值得到结果为：

其中，比值分量δ(t)表示出输出信号幅度均值偏离参考值的程度，ε(t)为第一幅度比值分量，ε_K(t)为第二幅度比值分量，A_in(t)为A/D采样信号的幅值均值，Ref为幅度参考值，A_out(t)为输出信号的幅度均值；

选择δ(t)作为增益判决量，当δ(t)的值变化范围较小，在门限范围内，即|δ(t)|≤η时，表示输出信号幅度均值在幅度参考值附近，此时判定环路在稳定状态，取第二幅度比值分量作为增益调整量；当δ(t)的值变化较大，超过门限范围，即|δ(t)|＞η时，表示输出信号幅度均值偏离幅度参考值较大，此时判定环路在不稳定状态，需要自动增益控制环路快速调节。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述快速调节，即单次取第一幅度比值分量作为增益调整量，并使用第一幅度比值分量重置所述环路滤波器初值。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述增益判决模块通过设置判决计数门限来减少干扰影响，当自动增益控制环路处于稳定状态时，如果增益判决量连续计数门限次在门限范围外，判决环路不稳定，对环路进行快速调节；

单次快速调节后，环路回到稳定状态，判决计数清零；单次快速调节后，输出信号幅度均值与幅度参考值相差较小，可以很快的将其调节至稳定范围，此时仍采用第二幅度比值分量作为增益调整量，环路更新周期和所述参数α不变。

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