CN112769537B - 一种卫星双向时间比对数传信号解调装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施例公开了一种卫星双向时间比对数传信号解调装置、系统和方法，该装置包括：倍频处理单元、辅助单元、PLL单元和BLL单元，其中，倍频处理单元用于将数传信号处理成载波倍频信号，并发送给辅助单元，辅助单元用于对所述载波倍频信号进行频率提取，将提取到的载波频率发送给PLL单元和BLL单元进行动态辅助，PPL单元用于根据动态辅助，将所述数传信号处理成基带数传信号，BLL单元用于根据所述动态辅助，将所述基带数传信号解调出实时时间比对数据信息。

Description

一种卫星双向时间比对数传信号解调装置、系统和方法
技术领域
本发明涉及卫星双向时频传递技术。更具体地，涉及一种卫星双向时间比对数传信号解调装置、系统和方法。
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实时性能也提出了更高要求。卫星双向时间比对技术是一种应用广泛的高精度时间传递方式。两地面站同时向卫星发射调制时间信号，经卫星转发后两站分别接收来自对方站的信号，两地面站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，卫星双向时间比对技术多采用伪码扩频信号体制，该方法虽然测量精度较高，但其扩频后占用带宽较大，数据传输速率较低，导致远程比对结果的实时性能较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个实施例提供一种卫星双向时间比对数传信号解调装置，包括：
倍频处理单元、辅助单元、PLL单元和BLL单元，其中，
倍频处理单元用于将数传信号处理成载波倍频信号，并发送给辅助单元，
辅助单元用于对所述载波倍频信号进行频率提取，将提取到的载波频率发送给PLL单元和BLL单元进行动态辅助，
PPL单元用于根据动态辅助，将所述数传信号处理成基带数传信号，
BLL单元用于根据所述动态辅助，将所述基带数传信号解调出实时时间比对数据信息。
在一个具体实施例中，所述辅助单元包括：FFT单元和FLL单元，其中，
FFT单元用于获取所述载波倍频信号的频率估计初值，
FLL单元用于在所述频率估计初值的基础上，获取载波倍频信号的频率。
在一个具体实施例中，所述FFT单元包括：FFT鉴频模块和信号检测模块，
其中所述FFT鉴频模块用于接收所述载波倍频信号，并对载波倍频信号进行FFT处理，将FFT处理结果进行模方选大，
所述信号检测模块用于获取模方值峰值以及峰值两侧的频率，并记录获取次数，当达到预设的条件时，输出最后一次的获取频率。
在一个具体实施例中，所述FLL单元包括：
FLL下变频模块、FLL鉴频器、FLL滤波器和FLL NCO模块，其中
所述FLL NCO模块用于生成本地载波信号，并向FLL下变频模块发送本地载波信号，
所述FLL下变频模块用于对倍频信号进行下变频处理，
所述FLL鉴频器用于计算载波倍频信号与本地载波信号的频率误差，
所述FLL滤波器用于对所述频率误差进行滤波处理，输出频率字，以使得FLLNCO模块根据所述频率字调节本地载波，多次循环后，直至生成与倍频信号同频的本地载波，输出载波频率给PLL单元及BLL单元进行动态辅助。
在一个具体实施例中，所述PLL单元包括：
PLL下变频模块、PLL鉴别器、PLL滤波器和PLL NCO单元，其中，
所述PLL下变频模块用于对所述数传信号进行下变频处理，输出基带数传信号。
所述PLL鉴频器用于计算接收数传信号和由PLL NCO单元生成的本地信号的相位误差，
所述PLL滤波器用于对所述频率误差进行滤波处理，输出PLL频率字，以使得PLLNCO单元根据PLL频率字与辅助单元输入的频率动态辅助相结合生成本地载波，直至PLLNCO单元生成与接收信号载波同频同相的本地载波信号。
本发明的第二个实施例提供一种卫星双向时间比对数传信号解调系统，包括：
根据第一个实施例中任一项所述的装置构建的解调装置，
地面站，用于向卫星发送数传信号；
卫星，用于将所述数传信号发送给所述解调装置。
在一个具体实施例中，倍频处理单元将数传信号处理成载波倍频信号，并发送给辅助单元，
辅助单元对所述载波倍频信号进行频率提取，将提取到的载波频率发送给PLL单元和BLL单元进行动态辅助，
PPL单元根据动态辅助，将所述数传信号处理成基带数传信号，
BLL单元根据所述动态辅助，将所述基带数传信号解调出实时时间比对数据信息。
在一个具体实施例中，所述动态辅助包括：FFT单元获取所述载波倍频信号的频率估计初值，
FLL单元在所述频率估计初值的基础上，获取载波倍频信号的频率。
在一个具体实施例中，所述FFT单元包括：FFT鉴频模块和信号检测模块，
其中所述FFT鉴频模块接收所述载波倍频信号，并对载波倍频信号进行FFT处理，将FFT处理结果进行模方选大，
所述信号检测模块获取模方值峰值以及峰值两侧的频率，并记录获取次数，当达到预设的条件时，输出最后一次的获取频率。
在一个具体实施例中，所述FLL单元包括：
FLL下变频模块、FLL鉴频器、FLL滤波器和FLL NCO模块，其中
所述FLL NCO模块生成本地载波信号，并向FLL下变频模块发送本地载波信号，
所述FLL下变频模块对倍频信号进行下变频处理，
所述FLL鉴频器计算载波倍频信号与本地载波信号的频率误差，
所述FLL滤波器对所述频率误差进行滤波处理，输出频率字，以使得FLLNCO模块根据所述频率字调节本地载波，多次循环后，直至生成与倍频信号同频的本地载波，输出载波频率给PLL单元及BLL单元进行动态辅助。
本发明的有益效果如下：
本申请通过对高动态条件下高数据率的卫星双向时间比对BPSK数传信号的解调，从而精确获得数传信号的数据位相位，进而获得数传信号的传输时延信息。本发明应用于高精度卫星双向实时时间比对系统中，可以完成对高速率卫星双向时间比对数传信号的同步和解调，完成大量数据信息的交互，实现实时的高精度时间传递。
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示出根据本发明一个实施例的卫星双向时间比对数传信号解调系统架构图。
图2示出根据本发明一个实施例的卫星双向时间比对数传信号解调装置架构图。
图3示出根据本发明一个实施例的FFT单元示意图。
图4示出根据本发明一个实施例的FLL单元示意图。
图5示出根据本发明一个实施例的PLL单元示意图。
图6示出根据本发明一个实施例的卫星双向时间比对数传信号解调方法流程图。
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。
如图1所示，一种卫星双向时间比对数传信号解调系统，包括：一种卫星双向时间比对数传信号解调装置10、卫星20和地面站30，
地面站30用于向卫星20发送数传信号；
卫星20，用于将所述数传信号发送给所述解调装置10。
在一个具体实施例中，两地面站同时向卫星发射数传信号，经卫星转发后两站对应的解调装置分别接收来自对方站的信号。
本领域人员可以理解，可以每个地面站安装一个解调装置，也可多个地面站公用一个解调装置，解调装置可以安装在地面站上，也可以独立运行于地面砖，在此不做具体限定。
如图2所示，一种卫星双向时间比对数传信号解调装置包括：
倍频处理单元101、辅助单元103、PLL单元107和BLL单元109，其中
辅助单元包括：FFT单元1031和FLL单元1032。
倍频单元101的输入端接收数传信号，输出端与FFT单元1031和FLL端的输入端1032相连，
FFT单元1031的输出端与FLL单元1032的输入端相连，
FLL单元1032的输出端与PLL单元107和BLL单元109相连，
PLL的输出端107与BLL单元109相连。
如图3所示，FFT单元包括FFT鉴频模块10311和信号检测模块10313，
FFT鉴频单元与信号检测模块相连
如图4所示，FLL单元包括FLL下变频模块10321、FLL鉴频器10323、FLL滤波器10325和FLL NCO模块10327，
FLL下变频模块与FLL鉴频器相连，FLL鉴频器相连与FLL滤波器相连，FLL NCO模块与FLL下变频模块相连。
如图5所示，PLL单元107包括：PLL下变频模块1071、PLL鉴别器1073、PLL滤波器1075和PLL NCO单元1079，
PLL下变频模块与PLL鉴别器相连，PLL鉴别器与PLL滤波器相连，PLL滤波器与PLLNCO模块相连，PLL NCO模块与PLL下变频模块相连。
如图6所示，一种卫星双向时间比对数传信号解调方法，包括：
倍频处理单元将数传信号处理成载波倍频信号，并发送给辅助单元，
辅助单元对所述载波倍频信号进行频率提取，将提取到的载波频率发送给PLL单元和BLL单元进行动态辅助，
在一个具体实施例中，所述辅助单元包括：FFT单元和FLL单元，其中，FFT单元获取所述载波倍频信号的频率估计初值，
优选地，所述FFT单元包括：FFT鉴频模块和信号检测模块，
其中所述FFT鉴频模块接收所述载波倍频信号，并对载波倍频信号进行FFT处理，将FFT处理结果进行模方选大，
所述信号检测模块获取变换后的模方值峰值以及峰值两侧的频率，并记录获取次数，在一个具体示例中，获取变换后的模方值峰值的频率，获取次数为一次，获取变换后的模方值峰值左侧的频率，获取次数为两次，获取变换后的模方值峰值右侧的频率，获取次数为三次。当达到预设的条件时，输出最后一次的获取频率。
在一个具体实施例中，预测的条件例如或许次数到达预设的次数，例如50次。
FLL单元在所述频率估计初值的基础上，获取载波倍频信号的频率。优选地，所述FLL单元包括：
FLL下变频模块、FLL鉴频器、FLL滤波器和FLL NCO模块，其中
所述FLL NCO模块生成本地载波信号，并向FLL下变频模块发送本地载波信号，
所述FLL下变频模块对倍频信号进行下变频处理，
所述FLL鉴频器计算载波倍频信号与本地载波信号的频率误差，
所述FLL滤波器对所述频率误差进行滤波处理，输出频率字，以使得FLLNCO模块根据所述频率字调节本地载波，多次循环后，直至生成与倍频信号同频的本地载波，输出载波频率给PLL单元及BLL单元进行动态辅助。
PPL单元根据动态辅助，将所述数传信号处理成基带数传信号，
优选地，所述PLL单元包括：
PLL下变频模块、PLL鉴别器、PLL滤波器和PLL NCO单元，其中，
所述PLL下变频模块对所述数传信号进行下变频处理，输出基带数传信号。
所述PLL鉴频器计算接收数传信号和由PLL NCO单元生成的本地信号的相位误差，
所述PLL滤波器对所述频率误差进行滤波处理，输出PLL频率字，以使得PLL NCO单元根据PLL频率字与辅助单元输入的频率动态辅助相结合生成本地载波，直至PLL NCO单元生成与接收信号载波同频同相的本地载波信号。
BLL单元根据所述动态辅助，将所述基带数传信号解调出实时时间比对数据信息。
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 (6)

1.一种卫星双向时间比对数传信号解调装置，其特征在于，包括：
倍频处理单元、辅助单元、PLL单元和BLL单元，其中，
倍频处理单元用于将数传信号处理成载波倍频信号，并发送给辅助单元，
辅助单元用于对所述载波倍频信号进行频率提取，将提取到的载波频率发送给PLL单元和BLL单元进行动态辅助，
PLL单元用于根据动态辅助，将所述数传信号处理成基带数传信号，
BLL单元用于根据所述动态辅助，将所述基带数传信号解调出实时时间比对数据信息；
所述辅助单元包括：FFT单元和FLL单元，其中，
FFT单元用于获取所述载波倍频信号的频率估计初值，
FLL单元用于在所述频率估计初值的基础上，获取载波倍频信号的频率；
所述FFT单元包括：FFT鉴频模块和信号检测模块，
其中所述FFT鉴频模块用于接收所述载波倍频信号，并对载波倍频信号进行FFT处理，将FFT处理结果进行模方选大，
所述信号检测模块用于获取模方值峰值以及峰值两侧的频率，并记录获取次数，当达到预设的条件时，输出最后一次的获取频率。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述FLL单元包括：
FLL下变频模块、FLL鉴频器、FLL滤波器和FLL NCO模块，其中
所述FLL NCO模块用于生成本地载波信号，并向FLL下变频模块发送本地载波信号，
所述FLL下变频模块用于对倍频信号进行下变频处理，
所述FLL鉴频器用于计算载波倍频信号与本地载波信号的频率误差，
所述FLL滤波器用于对所述频率误差进行滤波处理，输出频率字，以使得FLLNCO模块根据所述频率字调节本地载波，多次循环后，直至生成与倍频信号同频的本地载波，输出载波频率给PLL单元及BLL单元进行动态辅助。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述PLL单元包括：
PLL下变频模块、PLL鉴别器、PLL滤波器和PLL NCO单元，其中，
所述PLL下变频模块用于对所述数传信号进行下变频处理，输出基带数传信号；
所述PLL鉴频器用于计算接收数传信号和由PLL NCO单元生成的本地信号的相位误差，
所述PLL滤波器用于对所述相位误差进行滤波处理，输出PLL频率字，以使得PLL NCO单元根据PLL频率字与辅助单元输入的频率动态辅助相结合生成本地载波，直至PLL NCO单元生成与接收信号载波同频同相的本地载波信号。
4.一种卫星双向时间比对数传信号解调系统，其特征在于，包括：
根据权利要求1-3中任一项所述的装置构建的解调装置，
地面站，用于向卫星发送数传信号；
卫星，用于将所述数传信号发送给所述解调装置。
5.一种卫星双向时间比对数传信号解调方法，其特征在于，倍频处理单元将数传信号处理成载波倍频信号，并发送给辅助单元，
辅助单元对所述载波倍频信号进行频率提取，将提取到的载波频率发送给PLL单元和BLL单元进行动态辅助，
PLL单元根据动态辅助，将所述数传信号处理成基带数传信号，
BLL单元根据所述动态辅助，将所述基带数传信号解调出实时时间比对数据信息；
所述动态辅助包括：FFT单元获取所述载波倍频信号的频率估计初值，
FLL单元在所述频率估计初值的基础上，获取载波倍频信号的频率；
所述FFT单元包括：FFT鉴频模块和信号检测模块，
其中所述FFT鉴频模块接收所述载波倍频信号，并对载波倍频信号进行FFT处理，将FFT处理结果进行模方选大，
所述信号检测模块获取模方值峰值以及峰值两侧的频率，并记录获取次数，当达到预设的条件时，输出最后一次的获取频率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述FLL单元包括：
FLL下变频模块、FLL鉴频器、FLL滤波器和FLL NCO模块，其中
所述FLL NCO模块生成本地载波信号，并向FLL下变频模块发送本地载波信号，
所述FLL下变频模块对倍频信号进行下变频处理，
所述FLL鉴频器计算载波倍频信号与本地载波信号的频率误差，
所述FLL滤波器对所述频率误差进行滤波处理，输出频率字，以使得FLL NCO模块根据所述频率字调节本地载波，多次循环后，直至生成与倍频信号同频的本地载波，输出载波频率给PLL单元及BLL单元进行动态辅助。
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