[发明专利]一种空间相干光通信高动态载波捕获跟踪环路

说明书

技术领域

本发明涉及相干光通信数字解调领域，特别是涉及一种空间相干光通信高动态载波捕获跟踪环路。

背景技术

在空间相干光通信中，不同轨道的卫星间通信存在多普勒频移，并且多普勒频偏达数GHz，对整个通信链路产生严重影响。由于在相干光通信系统中本振光波长是恒定的，当存在多普勒频移时，会使信号光频率发生变化且是不稳定的，也就导致了相干检测输出的中频信号产生漂移，使得实现本振光对信号光的频率跟踪难度加大。相干光通信过程中多普勒效应导致信号光与本振光的频率差是一个随机值，严重影响相干解调系统的性能，使得误码率上升，因此必须对多普勒效应引起的频移进行补偿。

目前，多普勒频移补偿方案大多采用自动频率控制(AFC)环路，当多普勒频移达到GHz时，一般AFC环路难以有效的工作。通常载波捕获有两种结构方式：一种是锁相环路PLL，接收机需要产生同频同相的相干载波；另一种是锁频环路(FLL)，接收机需要产生与输入载波同频的但不要求同相的载波。在静态或低动态接收机中，通常采用锁相环来实现载波的跟踪。PLL具有较好的噪声性能，但它的动态容忍能力较差。高动态环境下，接收到的信号会存在较大的多普勒频偏。为了满足高动态性，PLL必须具有相对宽的带宽，环路带宽的增加又会使宽带噪声加入，当噪声电平增大到超过环路门限时就会导致载波跟踪环失锁。若不增加载波锁相环的环路带宽，则载波多普勒频移常常会超过锁相环的捕获带和同步带，这样也不能保证对载波的可靠捕获和跟踪。

目前采用单独锁频环和锁相环进行载波捕获跟踪，存在着捕获带宽、捕获速度与较高的跟踪精度和稳定性间矛盾，若环路捕获带宽较宽，捕获速度快，跟踪精度会相对较低，环路的稳定性能也会较差，动态环境下容易造成动态环路失锁，很难同时满足动态性能、跟踪精度与稳定性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种空间相干光通信高动态载波捕获跟踪环路，该捕获跟踪环路采用了双锁频环路和锁相环实现载波捕获跟踪，可以实现高动态条件下的载波捕获跟踪，双锁频环路将CPAFC跟踪算法与ODAFC跟踪算法有效相结合，并根据实时检测捕获跟踪结果控制两个锁频环路的连通状态，实现高动态范围载波稳定捕获跟踪。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种空间相干光通信高动态载波捕获跟踪环路，其特征在于包括双锁频环路和锁相环路，所述双锁频环路包括第一锁频环路、第二锁频环路和切换控制单元，其中:

切换控制单元：接收锁相环路输出载波锁定指示信号L(k)，并根据所述载波锁定指示信号L(k)确定第一锁频环路和第二锁频环路连通状态，以及第二锁频环路中环路滤波器的增益；

第一锁频环路和第二锁频环路：根据切换控制单元确定所述锁频环路的连通状态和第二锁频环路的环路滤波器增益，由处于连通状态的锁频环路接收外部输入信号，并对所述外部输入信号进行信号频率捕获跟踪处理，输出经频率校正后的解调信号x_f(k)到锁相环路；其中第一锁频环路采用CPAFC跟踪算法实现鉴频处理得到鉴频控制量e₁(k)；第二锁频环路采用ODAFC跟踪算法实现鉴频处理得到鉴频控制量e₂(k)；

锁相环路：接收锁频环路输出的经频率校正后的解调信号x_f(k)，进行相位捕获跟踪处理，输出经相位补偿后的信号x_fa(k)，并利用信号x_fa(k)计算载波锁定指示信号L(k)，然后输出所述载波锁定指示信号L(k)到切换控制单元。

上述的空间相干光通信高动态载波捕获环路，在双锁频环路中，第一锁频环路包括解调单元、第一鉴频器、第一环路滤波器；第二锁频环路包括解调单元、第二鉴频器、第二环路滤波器，其中：

第一锁频环路与第二锁频环路共用解调单元，第一环路滤波器的输出频偏估计量Δf₁和第二环路滤波器的输出频偏估计量Δf₂通过加法器相加后输出频偏估计量Δf＝Δf₁+Δf₂到解调单元；

解调单元接收外部输入信号，并接收频偏估计量Δf对所述输入信号进行频偏纠正，输出经频偏纠正后的解调信号x_f(k)到第一鉴频器、第二鉴频器和锁相环路，其中经频偏纠正后的解调信号x_f(k)的同相支路信号为S_I(k)、正交支路信号S_Q(k)；