CN114374588B - 一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法 - Google Patents

一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114374588B
CN114374588B CN202111559637.0A CN202111559637A CN114374588B CN 114374588 B CN114374588 B CN 114374588B CN 202111559637 A CN202111559637 A CN 202111559637A CN 114374588 B CN114374588 B CN 114374588B
Authority
CN
China
Prior art keywords
subcarrier
carrier
doppler
frequency
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111559637.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114374588A (zh
Inventor
孙大元
李亮
张广宇
蔡鹏�
田之俊
郑翘楚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 54 Research Institute
Original Assignee
CETC 54 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 54 Research Institute filed Critical CETC 54 Research Institute
Priority to CN202111559637.0A priority Critical patent/CN114374588B/zh
Publication of CN114374588A publication Critical patent/CN114374588A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114374588B publication Critical patent/CN114374588B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014—Carrier regulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2657—Carrier synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014—Carrier regulation
    • H04L2027/0024—Carrier regulation at the receiver end
    • H04L2027/0026—Correction of carrier offset

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，属于航天测控领域。该方法利用残留载波跟踪频率这一先验信息，通过对其进行LKF处理和计算，得到副载波多普勒和多普勒变化率的估计值，以降低后续副载波跟踪环路的初始频率偏差与频率变化率，从而使环路可以设置为小环路带宽，保证其可以低信噪比条件下工作，从而以极小的硬件资源为代价，解决低信噪比、大多普勒条件下的副载波同步问题。

Description

一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法
技术领域
本发明涉及航天测控领域，特别是指一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法。
背景技术
PCM-BPSK-PM(单副载波复合调制解调)调制体制是航天测控领域中常用的一种信号调制体制，广泛应用于各类卫星、载人航天、深空探测等领域。PCM-BPSK-PM调制信号通常采取相干解调方式，载波同步和副载波同步是解调处理中的核心环节，其中副载波同步一般采用基于COSTAS环的副载波跟踪和恢复方法。COSTAS环的跟踪门限信噪比与多普勒适应性存在矛盾，因此难以应对低信噪比与大多普勒条件同时存在的场景，如深空探测任务。针对此问题，理论上可以采取频率估计与补偿措施，降低COSTAS环的初始频率偏差与频率变化率，从而使环路可以设置为小环路带宽，保证其可以低信噪比条件下工作。但能够适应低信噪比条件的频率估计算法普遍非常复杂，资源消耗巨大，工程实现代价极高。
针对以上问题，需要以解决低信噪比、大多普勒条件下的副载波同步问题为目标，探索更加高效、更加节省资源、适合工程应用的副载波同步方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法。该方法可以降低后续副载波跟踪环路的初始频率偏差与频率变化率，使其能够适应低信噪比的工作条件，从而以极小的硬件资源为代价，解决低信噪比、大多普勒条件下的副载波同步问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，包括以下步骤：
(1)载波跟踪：通过对PCM-BPSK-PM单副载波复合调制解调体制信号的残留载波进行跟踪，完成残留载波同步，解调出副载波信号并输出，同时将实时跟踪的残留载波跟踪频率输出；
(2)线性卡尔曼滤波：接收载波跟踪处理输出的残留载波跟踪频率，通过LKF线性卡尔曼滤波处理，得到载波多普勒和载波多普勒变化率的估计值，并将其输出；
(3)正交下变频：接收载波跟踪处理输出的副载波信号，完成正交下变频处理，输出I、Q两路基带信号；此外，接收多普勒变化率补偿处理输出的再次补偿后的环路反馈频率控制字，对正交下变频的本地载波频率进行实时调整；
(4)积分降采：接收正交下变频处理输出的I、Q两路基带信号，完成积分清除处理，实现数据降采样，输出降采样后的I、Q两路基带信号；
(5)鉴相：接收积分降采处理输出的I、Q两路基带信号，进行鉴相运算，得到相位误差估计值并输出；
(6)环路滤波：接收鉴相处理输出的相位误差估计值，经环路滤波器滤波后，得到环路反馈频率控制字并输出；
(7)多普勒补偿：接收线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒估计值，根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算为副载波多普勒估计值；此外，接收环路滤波处理输出的环路反馈频率控制字，利用副载波多普勒估计值对其进行补偿，然后输出补偿后的环路反馈频率控制字；
(8)多普勒变化率补偿：接收线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒变化率估计值，根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算为副载波多普勒变化率估计值；此外，接收多普勒补偿处理输出的补偿后的环路反馈频率控制字，利用副载波多普勒变化率估计值对其进行再次补偿，然后输出再次补偿后的环路反馈频率控制字；
完成利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步。
进一步的，步骤(1)的载波跟踪采用锁相环实现，实时输出跟踪频率。
进一步的，步骤(2)中，线性卡尔曼滤波的状态方程为：
xk＝Axk-1+Buk-1；
其中，xk为状态量，A为状态转移矩阵，/> B为关系矩阵，B＝[1 0]；uk为观测量，uk＝跟踪频率的更新频率。
进一步的，步骤(3)中，本地载波由数字控制振荡器产生，通过设置数字控制振荡器的频率控制字调整本地载波频率；
步骤(4)中，积分降采后的数据采样率为8倍的符号速率；
步骤(5)中，鉴相运算的公式为
步骤(6)中，环路滤波器采用三阶滤波器。
进一步的，步骤(7)中，将载波多普勒估计值折算为副载波多普勒估计值的计算公式为：
其中，fdsc为副载波多普勒估计值，fdc为线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒估计值，fsc为副载波频率，fc为载波射频频率；
步骤(8)中，将载波多普勒变化率估计值折算为副载波多普勒变化率估计值的计算公式为：
其中，fd'sc为副载波多普勒变化率估计值，fd's为线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒变化率估计值，fsc为副载波频率，fc为载波射频频率。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1、本发明利用残留载波跟踪频率这一先验信息，进行副载波多普勒和多普勒变化率估计，降低了后续副载波跟踪环路的初始频率偏差与频率变化率，大幅提升了副载波同步的多普勒适应能力，从而具备在低信噪比、大多普勒条件下完成副载波同步的能力。
2、本发明通过对残留载波跟踪频率进行LKF处理得到残留载波多普勒和多普勒变化率的估计值，并根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算出副载波多普勒和多普勒变化率的估计值。与传统的频率估计方法相比，本发明采用的方法运算量小，硬件资源消耗低，完全满足工程应用条件。
附图说明
图1是本发明实施例的原理方框图。
具体实施方式
一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，本方法的处理流程为：载波跟踪处理得到副载波信号和残留载波跟踪频率；对残留载波跟踪频率进行LKF处理得到残留载波多普勒、多普勒变化率的估计值；副载波信号经正交下变频、积分降采后得到I、Q基带信号；经鉴相处理，得到相位误差估计；相位误差经环路滤波得到环路反馈频率控制字；将LKF处理得到的残留载波多普勒、多普勒变化率的估计值折算为副载波多普勒、多普勒变化率的估计值，对环路反馈频率控制字进行多普勒补偿和多普勒变化率补偿后，反馈回正交下变频处理。
参照图1，图1是本发明实施例的原理方框图，它包括以下处理过程：载波跟踪1、LKF处理2、正交下变频3、积分降采4、鉴相5、环路滤波6、多普勒补偿7、多普勒变化率补偿8。实施例按图1完成处理过程。
如图1所示，一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，其包括以下处理过程：
载波跟踪。通过对PCM-BPSK-PM调制体制信号的残留载波进行跟踪，完成残留载波同步，解调出副载波信号并输出，同时将实时跟踪的残留载波频率输出；
实施例中，载波跟踪采用锁相环实现，实时输出跟踪频率；
LKF处理。接收载波跟踪处理输出的残留载波跟踪频率，通过LKF线性卡尔曼滤波处理，得到载波多普勒和载波多普勒变化率的估计结果，并将其输出；
实施例中，卡尔曼滤波状态方程为xk＝Axk-1+Buk-1。其中xk为状态量，A为状态转移矩阵，/>B为关系矩阵，B＝[1 0]。uk为观测量，uk＝跟踪频率的更新频率；
正交下变频。接收载波跟踪处理输出的副载波信号，完成正交下变频处理，输出I、Q两路基带信号。接收多普勒变化率补偿处理输出的环路反馈频率控制字，对输出的本地载波频率进行实时调整；
实施例中，本地载波由NCO产生，通过设置NCO频率控制字调整输出频率；
积分降采。接收正交下变频处理输出的I、Q基带信号，完成积分清除处理，实现数据降采样，输出降采样后的I、Q两路基带信号；
实施例中，积分降采后的数据采样率为8倍的符号速率。
鉴相。接收积分降采处理输出的I、Q基带信号，进行鉴相运算，得到相位误差估计值并输出；
实施例中，鉴相运算公式为
环路滤波。接收鉴相运算输出的相位误差估计值，经环路滤波器滤波后，得到环路反馈频率控制字并输出；
实施例中，环路滤波器采用三阶滤波器；
多普勒补偿。接收LKF处理输出的载波多普勒估计值，根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算为副载波多普勒估计值。接收环路滤波处理输出的环路反馈频率控制字，利用副载波多普勒估计值对其进行补偿后输出；
实施例中，将载波多普勒估计值折算为副载波多普勒估计值的计算公式为其中fdsc为副载波多普勒估计值，fdc为残留载波多普勒估计值，fsc为副载波频率，fc为载波射频频率；
多普勒变化率补偿。接收LKF处理输出的载波多普勒变化率估计值，根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算为副载波多普勒变化率估计值。接收多普勒补偿处理输出的环路反馈频率控制字，利用副载波多普勒变化率估计值对其进行补偿后输出；
实施例中，将载波多普勒变化率估计值折算为副载波多普勒变化率估计值的计算公式为其中fd'sc为副载波多普勒变化率估计值，fd's为残留载波多普勒变化率估计值，fsc为副载波频率，fc为载波射频频率；
至此，完成利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步。
总之，本发明利用残留载波跟踪频率这一先验信息，通过对其进行LKF处理和计算，得到副载波多普勒和多普勒变化率的估计值，以降低后续副载波跟踪环路的初始频率偏差与频率变化率，从而使环路可以设置为小环路带宽，因此能够适应低信噪比的工作条件，以极小的硬件资源为代价，解决低信噪比、大多普勒条件下的副载波同步问题。
本发明通过对残留载波跟踪频率进行LKF处理得到残留载波多普勒和多普勒变化率的估计值，并根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算出副载波多普勒和多普勒变化率的估计值。与传统的频率估计方法相比，本发明方法运算量小，硬件资源消耗低，完全满足工程应用条件。
本发明适用于PCM-BPSK-PM调制体制，可利用残留载波跟踪结果辅助实现副载波同步，特别适用于解决低信噪比、大多普勒条件下副载波同步的问题。

Claims (5)

1.一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)载波跟踪：通过对PCM-BPSK-PM单副载波复合调制解调体制信号的残留载波进行跟踪，完成残留载波同步，解调出副载波信号并输出，同时将实时跟踪的残留载波跟踪频率输出；
(2)线性卡尔曼滤波：接收载波跟踪处理输出的残留载波跟踪频率，通过LKF线性卡尔曼滤波处理，得到载波多普勒和载波多普勒变化率的估计值，并将其输出；
(3)正交下变频：接收载波跟踪处理输出的副载波信号，完成正交下变频处理，输出I、Q两路基带信号；此外，接收多普勒变化率补偿处理输出的再次补偿后的环路反馈频率控制字，对正交下变频的本地载波频率进行实时调整；
(4)积分降采：接收正交下变频处理输出的I、Q两路基带信号，完成积分清除处理，实现数据降采样，输出降采样后的I、Q两路基带信号；
(5)鉴相：接收积分降采处理输出的I、Q两路基带信号，进行鉴相运算，得到相位误差估计值并输出；
(6)环路滤波：接收鉴相处理输出的相位误差估计值，经环路滤波器滤波后，得到环路反馈频率控制字并输出；
(7)多普勒补偿：接收线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒估计值，根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算为副载波多普勒估计值；此外，接收环路滤波处理输出的环路反馈频率控制字，利用副载波多普勒估计值对其进行补偿，然后输出补偿后的环路反馈频率控制字；
(8)多普勒变化率补偿：接收线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒变化率估计值，根据载波射频频率和副载波频率的比例关系折算为副载波多普勒变化率估计值；此外，接收多普勒补偿处理输出的补偿后的环路反馈频率控制字，利用副载波多普勒变化率估计值对其进行再次补偿，然后输出再次补偿后的环路反馈频率控制字；
完成利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步。
2.根据权利要求1所述的一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，其特征在于，步骤(1)的载波跟踪采用锁相环实现，实时输出跟踪频率。
3.根据权利要求1所述的一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，其特征在于，步骤(2)中，线性卡尔曼滤波的状态方程为：
xk＝Axk-1+Buk-1；
其中，xk为状态量，A为状态转移矩阵，/>B为关系矩阵，B＝[1 0]；uk为观测量，uk＝跟踪频率的更新频率。
4.根据权利要求1所述的一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，其特征在于，步骤(3)中，本地载波由数字控制振荡器产生，通过设置数字控制振荡器的频率控制字调整本地载波频率；
步骤(4)中，积分降采后的数据采样率为8倍的符号速率；
步骤(5)中，鉴相运算的公式为
步骤(6)中，环路滤波器采用三阶滤波器。
5.根据权利要求1所述的一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法，其特征在于，步骤(7)中，将载波多普勒估计值折算为副载波多普勒估计值的计算公式为：
其中，fdsc为副载波多普勒估计值，fdc为线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒估计值，fsc为副载波频率，fc为载波射频频率；
步骤(8)中，将载波多普勒变化率估计值折算为副载波多普勒变化率估计值的计算公式为：
其中，fd'sc为副载波多普勒变化率估计值，fd's为线性卡尔曼滤波处理输出的载波多普勒变化率估计值，fsc为副载波频率，fc为载波射频频率。
CN202111559637.0A 2021-12-20 2021-12-20 一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法 Active CN114374588B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111559637.0A CN114374588B (zh) 2021-12-20 2021-12-20 一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111559637.0A CN114374588B (zh) 2021-12-20 2021-12-20 一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114374588A CN114374588A (zh) 2022-04-19
CN114374588B true CN114374588B (zh) 2023-12-29

Family

ID=81140461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111559637.0A Active CN114374588B (zh) 2021-12-20 2021-12-20 一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114374588B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103795675A (zh) * 2014-01-24 2014-05-14 北京理工大学 一种低信噪比高动态环境下载波同步的方法
CN110830411A (zh) * 2019-09-27 2020-02-21 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种面向mf-tdma的星上多载波解调器
CN111431557A (zh) * 2020-06-12 2020-07-17 长沙北斗产业安全技术研究院有限公司 适用于多模调制体制的信号跟踪方法及信号跟踪系统
CN112671446A (zh) * 2020-12-02 2021-04-16 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种适用于高轨星间链路的解调装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103795675A (zh) * 2014-01-24 2014-05-14 北京理工大学 一种低信噪比高动态环境下载波同步的方法
CN110830411A (zh) * 2019-09-27 2020-02-21 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种面向mf-tdma的星上多载波解调器
CN111431557A (zh) * 2020-06-12 2020-07-17 长沙北斗产业安全技术研究院有限公司 适用于多模调制体制的信号跟踪方法及信号跟踪系统
CN112671446A (zh) * 2020-12-02 2021-04-16 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种适用于高轨星间链路的解调装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高动态条件下测控系统载波跟踪环路优化设计;陈竹;王元钦;侯孝民;;电讯技术(第08期);全文 *
高阶QAM信号多状态自适应卡尔曼滤波载波同步算法;吴天琳 等;信号处理;第30卷(第6期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114374588A (zh) 2022-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107765270B (zh) 一种基于卡尔曼滤波的卫星导航接收机跟踪环
US4959656A (en) Efficient detection and signal parameter estimation with application to high dynamic GPS receiver
CN103248593B (zh) 频偏估计与消除方法及系统
CN105245303A (zh) 一种高速突发解调同步系统
CN109617844B (zh) 一种载波同步的方法及系统
US4712221A (en) Carrier recovery of modulated signals
CN101807940B (zh) 一种gnss接收系统的抗多径干扰装置及其方法
WO2006083940A2 (en) Improved precision cordic processor
CN108494714A (zh) 一种快速克服多普勒频移的gmsk相干解调的方法
CN104345323A (zh) 一种gps卫星信号载波环跟踪方法和装置
CN102332935B (zh) 载波补偿系统和方法
CN104199059A (zh) 基于自适应α-β滤波器的接收机跟踪环多普勒自补偿方法
US7415078B2 (en) Demodulation for phase modulation
CN114374588B (zh) 一种利用残留载波跟踪结果辅助副载波同步的方法
CN107528805B (zh) 一种适用于信号分析仪的psk信号同步方法及装置
CN105607091B (zh) 一种改进的基于扩展卡尔曼滤波的载波跟踪环
CN111131110B (zh) 适合突发通信逆序组合的判决引导载波恢复系统及方法
US20020071503A1 (en) Differential phase demodulator incorporating 4th order coherent phase tracking
CN107733824A (zh) 一种基于afc环路的载波同步方法
CN107070832B (zh) 一种高动态无人机测控信号载波跟踪方法
CN111917452B (zh) 一种大频偏抑制载波跟踪的方法及系统
CN109581431B (zh) 一种双边带二进制偏移载波跟踪方法
CN104333393A (zh) 一种用于无人机地空窄带通信系统的接收终端及其方法
CN110505171B (zh) 一种无数据辅助频偏估计方法及装置
EP2521303B1 (en) Snapshot processing of timing data

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant