[发明专利]高动态下遥测信号载波捕获跟踪方法

说明书

技术领域

本发明创建了一种高动态遥测信号载波捕获跟踪方法，适用于对空间飞行器在高动态条件下的遥测信号载波捕获跟踪，以完成对飞行器的方位及飞行速度测量。

背景技术

高动态条件下，遥测信号的载波具有多普勒频率大、多普勒频率变化率大的特点。由于锁频环（FLL）相比锁相环（PLL）具有更大的动态范围，PLL相比FLL具有更高的跟踪精度。对于高动态条件下的载波捕获跟踪问题，通常先用FLL对载波进行粗捕，使频差小到某一门限值后再切换到PLL进行细捕，从而实现对载波的高精度跟踪。为了使FLL及PLL具有较大的动态范围，需要将环路滤波器的带宽设置较大，但是为了达到较高的跟踪精度，需要将环路滤波器的带宽设置较小，可见这两者对环路滤波器带宽的要求是一组矛盾。在高动态条件下，如何解决好这对矛盾，是能否实现遥测信号载波捕获跟踪的关键。

发明内容

本发明的目的正是针对上述背景技术中的问题提出的。本发明采用FLL加PLL结构，通过两级二阶FLL和一级三阶PLL来实现对信号载波的捕获跟踪，并通过对环路压控振荡器（VCO）的输入控制信号进行监测，实现自适应地调整环路滤波器的带宽，以满足信号载波频率动态范围的要求。下面将详细进行说明。

（1）    载波捕获跟踪方法

本方法通过两级二阶FLL和一级三阶PLL来实现对信号载波的捕获跟踪。FLL和PLL的差别在于VCO的输入控制信号是残留频差还是残留相差。

在FLL中，VCO的输入控制信号采用的是残留频差。本方法通过基于快速傅里叶变换（FFT）的频率估计来实现鉴频，从而提取残留频差。接收信号经过模数变换（ADC）后，将按信号的载波频率进行正交下变频，然后将根据信号的带宽进行降采样。设经过ADC后的信号为x₀(t)，

                                                 x₀(t)=cos[2πf_ct+ φ_d(t)+ φ₀]                                                       (1)

其中f_c为信号的载波频率，φ_d(t)为多普勒频率及其变化率所产生的相位，φ₀为信号的初始相位。在高动态下，φ_d(t)可表示为

                                  φ_d(t)= 2πf_d(t)t=2πf_d(t)t≈2π[f₀+1/2 f₁t+1/6 f₂t²]t                                    (2)

其中f₀、f₁和f₂分别为多普勒频率及其一阶变化率和二阶变化率，式中忽略了高于二阶的多普勒变化率。

经过正交下变频后，接收信号变为x₁(t)。不妨设正变下变频时引入的相位偏差为0，则x₁(t)可表示为

                                        x₁(t)=exp{j[2π(f₀+1/2 f₁t+1/6 f₂t²)]t+φ₀}                                           (3)

设VCO的输出频率为f’，信号表示式为x₂(t)，其形式为

                                                           x₂(t)=exp(j2πf’t)                                                             (4)

x₁(t)和x₂(t)将按复数进行共轭相乘，得到包含残留频率偏差的信号，设共轭相乘后的信号为x₃(t)，表示为