CN112953517A - 一种动态多普勒频偏校准方法 - Google Patents

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胡勇
潘柳
黄安君
梁桂海
林也非
叶晓书
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    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop

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Abstract

本发明涉及移动通信技术领域，具体公开了一种动态多普勒频偏校准方法，包括如下步骤：S1、由信号源输出无多普勒频偏的脉冲调制信号至被测散射体模拟源；S2、被测散射体模拟源根据设置的速度与加速度参数，给脉冲调制信号增加动态多普勒频偏后输出至下变频器；S3、调制信号经过下变频器变为中频后输入到动态多普勒测频组件；S4、动态多普勒测频组件利用数字锁相环锁定输入信号，数控振荡器的频率与输入信号相等，输入频率的变化反映在环路滤波器输出的频率控制码中；S5、数控振荡器的频率控制码变化量与输入信号频率变化一一对应，根据对应的数学关系提取和测量多普勒频率；本发明能够连续输出多组多普勒频偏值，具有准确度高的优点。

Description

一种动态多普勒频偏校准方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体为一种动态多普勒频偏校准方法。
背景技术
散射体模拟源的速度/加速度检测原理为，被测装备发射脉冲调制信号给散射体模拟源，散射体模拟源根据设置的速度/加速度给输入信号加入多普勒频偏后，再输出给被测装备。对散射体横拟源速度/加速度的校准，实际就是对散射体模拟源输出脉冲调制信号的动态多普勒频偏的校准。
目前对于频率参数的测量，一般采用频率计或频谱仪等测量仪器。频率计的工作原理是对输入的正弦波信号进行过零计数，其测量分辨率取决于计数统计的时间，统计时间越长则分辨率越高，在2ms周期内频率测量分辨率只能在500Hz，达不到1Hz的准确度要求。频谱仪是基于超外差接收机的工作原理，普通频谱仪扫描时间很难跟上模拟源快变要求，目前最新的实时频谱仪在510Mz带宽内可实现微秒级的快速测量能力，但是同样其快速测量时，频率测量分辨率也在数百Hz量级，不满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动态多普勒频偏校准方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种动态多普勒频偏校准方法，包括如下步骤：
S1、由信号源输出无多普勒频偏的脉冲调制信号至被测散射体模拟源；
S2、被测散射体模拟源根据设置的速度与加速度参数，给脉冲调制信号增加动态多普勒频偏后输出至下变频器；
S3、调制信号经过下变频器变为中频后输入到动态多普勒测频组件；
S4、动态多普勒测频组件利用数字锁相环锁定输入信号，数控振荡器的频率与输入信号相等，输入频率的变化反映在环路滤波器输出的频率控制码中；
S5、数控振荡器的频率控制码变化量与输入信号频率变化一一对应，根据对应的数学关系提取和测量多普勒频率。
优选的，所述步骤S1中，采用铷原子钟锁定的高稳晶振作为信号源，所述铷原子钟校准后的准确度优于2.0*10-11，频率漂移率小于3*10-12/d，所述高稳晶振的相位噪声优于-160dBc/Hz@10Hz，频率稳定度优于3*10-12@1s。
优选的，所述步骤S3中，动态多普勒测频组件由由数字锁相环软件和测频数字板卡硬件组成，所述数字锁相环软件运行在测频数字板卡硬件的大规模FPGA+DSP上，逻辑上由数字鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器组成；所述测频数字板卡硬件包含中频采样A/D、采样缓存器、大规模FPGA+DSP、频综、电源和输出接口。
优选的，所述步骤S4中，数字锁相环的频率分辨力为0.05Hz～0.1Hz。
优选的，所述数字锁相环的频率分辨力为0.093Hz。
优选的，所述步骤S5中，对于恒定加速度，得到连续输出的多普勒频偏值后，对其进行线性拟合，拟合后的直线斜率即为加速度对应的频率变化率。
优选的，所述步骤S5中，对于非恒定加速度，得到连续输出的多普勒频偏值后，对其进行一阶差分运算，再除以两个采样点的时间间隔，即可得到瞬时加速度对应的频率变化率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用铷原子钟锁定的高稳晶振作为信号源、下变频器和动态多普物测频组件的频率参考，既可得到铷原子钟频率准确度高的优点，也可得到高稳晶振相位噪声低的优点。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种动态多普勒频偏校准方法，包括如下步骤：
S1、由信号源输出无多普勒频偏的脉冲调制信号至被测散射体模拟源；
S2、被测散射体模拟源根据设置的速度与加速度参数，给脉冲调制信号增加动态多普勒频偏后输出至下变频器；
S3、调制信号经过下变频器变为中频后输入到动态多普勒测频组件；
S4、动态多普勒测频组件利用数字锁相环锁定输入信号，数控振荡器的频率与输入信号相等，输入频率的变化反映在环路滤波器输出的频率控制码中；
S5、数控振荡器的频率控制码变化量与输入信号频率变化一一对应，根据对应的数学关系提取和测量多普勒频率。
进一步的，所述步骤S1中，采用铷原子钟锁定的高稳晶振作为信号源，所述铷原子钟校准后的准确度优于2.0*10-11，频率漂移率小于3*10-12/d，所述高稳晶振的相位噪声优于-160dBc/Hz@10Hz，频率稳定度优于3*10-12@1s。
进一步的，所述步骤S3中，动态多普勒测频组件由由数字锁相环软件和测频数字板卡硬件组成，所述数字锁相环软件运行在测频数字板卡硬件的大规模FPGA+DSP上，逻辑上由数字鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器组成；所述测频数字板卡硬件包含中频采样A/D、采样缓存器、大规模FPGA+DSP、频综、电源和输出接口。
进一步的，所述步骤S4中，数字锁相环的频率分辨力为0.05Hz～0.1Hz。
进一步的，所述数字锁相环的频率分辨力为0.093Hz。
进一步的，所述步骤S5中，对于恒定加速度，得到连续输出的多普勒频偏值后，对其进行线性拟合，拟合后的直线斜率即为加速度对应的频率变化率。
进一步的，所述步骤S5中，对于非恒定加速度，得到连续输出的多普勒频偏值后，对其进行一阶差分运算，再除以两个采样点的时间间隔，即可得到瞬时加速度对应的频率变化率。
工作原理：具体应用时，通过信号源输出无多普勒频偏的脉冲调制信号至被测散射体模拟源；被测散射体模拟源根据设置的速度与加速度参数，给脉冲调制信号增加动态多普勒频偏后输出至下变频器；调制信号经过下变频器变为中频后输入到动态多普勒测频组件；动态多普勒测频组件利用数字锁相环锁定输入信号，数控振荡器的频率与输入信号相等；输入频率的任何变化，例如多普勒频率偏移，全部反映在环路滤波器输出的频率控制码中；数控振荡器的频率控制码变化量与输入信号频率变化一一对应，且有着准确的数学对应关系；频率控制码的变化量乘以确定的常数，就等于输入信号的多普勒频移，根据对应的数学关系提取和测量多普勒频率，连续输出频率控制码，即可连续输出多普勒频偏值。
对于恒定加速度，得到连续输出的多普勒频偏值后，对其进行线性拟合，拟合后的直线斜率即为加速度对应的频率变化率；对于非恒定加速度，得到连续输出的多普勒频偏值后，对其进行一阶差分运算，再除以两个采样点的时间间隔，即可得到瞬时加速度对应的频率变化率。
铷原子钟校准后的准确度优于2.0*10-11，频率漂移率小于3*10-12/d，高稳晶振的相位噪声优于-160dBc/Hz@10Hz，频率稳定度优于3*10-12@1s；依次保证铷原子钟频率准确度高和高稳晶振相位噪声低。
数字锁相环的频率分辨力即为动态多普勒频偏测量的分辨力，为了使最终测量结果的不确定度小于0.5Hz，数字锁相环的频率分辨力应远小于0.5Hz，本项目设计数字锁相环的频率分辨力为0.093Hz，满足测量要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种动态多普勒频偏校准方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、由信号源输出无多普勒频偏的脉冲调制信号至被测散射体模拟源；
S2、被测散射体模拟源根据设置的速度与加速度参数，给脉冲调制信号增加动态多普勒频偏后输出至下变频器；
S3、调制信号经过下变频器变为中频后输入到动态多普勒测频组件；
S4、动态多普勒测频组件利用数字锁相环锁定输入信号，数控振荡器的频率与输入信号相等，输入频率的变化反映在环路滤波器输出的频率控制码中；
S5、数控振荡器的频率控制码变化量与输入信号频率变化一一对应，根据对应的数学关系提取和测量多普勒频率。
2.根据权利要求1所述的一种动态多普勒频偏校准方法，其特征在于：所述步骤S1中，采用铷原子钟锁定的高稳晶振作为信号源，所述铷原子钟校准后的准确度优于2.0*10-11，频率漂移率小于3*10-12/d，所述高稳晶振的相位噪声优于-160dBc/Hz@10Hz，频率稳定度优于3*10-12@1s。
3.根据权利要求1所述的一种动态多普勒频偏校准方法，其特征在于：所述步骤S3中，动态多普勒测频组件由由数字锁相环软件和测频数字板卡硬件组成，所述数字锁相环软件运行在测频数字板卡硬件的大规模FPGA+DSP上，逻辑上由数字鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器组成；所述测频数字板卡硬件包含中频采样A/D、采样缓存器、大规模FPGA+DSP、频综、电源和输出接口。
4.根据权利要求1所述的一种动态多普勒频偏校准方法，其特征在于：所述步骤S4中，数字锁相环的频率分辨力为0.05Hz～0.1Hz。
5.根据权利要求4所述的一种动态多普勒频偏校准方法，其特征在于：所述数字锁相环的频率分辨力为0.093Hz。
6.根据权利要求1所述的一种动态多普勒频偏校准方法，其特征在于：所述步骤S5中，对于恒定加速度，得到连续输出的多普勒频偏值后，对其进行线性拟合，拟合后的直线斜率即为加速度对应的频率变化率。
7.根据权利要求1所述的一种动态多普勒频偏校准方法，其特征在于：所述步骤S5中，对于非恒定加速度，得到连续输出的多普勒频偏值后，对其进行一阶差分运算，再除以两个采样点的时间间隔，即可得到瞬时加速度对应的频率变化率。
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