一種載波跟蹤環(huán)路及接收機(jī)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種載波跟蹤環(huán)路及接收機(jī)。本發(fā)明實(shí)施例中，載波跟蹤環(huán)路包括第一反饋環(huán)路模塊和第二反饋環(huán)路模塊；第一反饋環(huán)路模塊用于采用接收到的第二反饋模塊發(fā)送的第一頻率估計(jì)值對(duì)第一數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率消除處理；第二反饋環(huán)路模塊用于采用第二頻率估計(jì)值對(duì)接收到的第三數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率調(diào)整，并對(duì)頻率調(diào)整后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)得到比特?cái)?shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例中的載波跟蹤環(huán)路采用雙反饋環(huán)路機(jī)制，第一反饋環(huán)路模塊采用第一頻率估計(jì)值進(jìn)行粗頻偏消除，并將信號(hào)多普勒頻偏牽引至匹配濾波器帶寬范圍內(nèi)，減少濾波造成的信號(hào)失真；第二反饋環(huán)路模塊采用第二頻率估計(jì)值進(jìn)行精確載波跟蹤，使得信號(hào)頻譜能時(shí)刻穩(wěn)定在匹配濾波器的主瓣范圍內(nèi)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種載波跟蹤環(huán)路及接收機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及衛(wèi)星通信和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種載波跟蹤環(huán)路及接收 機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 接收機(jī)是接收衛(wèi)星信號(hào)的設(shè)備，其主要功能是接收衛(wèi)星信號(hào)，W獲得必要的導(dǎo)航 和定位信息及觀測(cè)量，并經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航和定位。接收機(jī)捕獲到衛(wèi)星發(fā) 射的信號(hào)后，得到衛(wèi)星的載波頻率和擴(kuò)頻碼，進(jìn)而可W解調(diào)出導(dǎo)航數(shù)據(jù)電文用于完成用戶(hù) 的定位。但是，接收機(jī)在捕獲過(guò)程中只能得到載波頻率和擴(kuò)頻碼碼相位的大概值，所W在完 成捕獲之后要進(jìn)入跟蹤環(huán)路，進(jìn)一步確定載波頻率和擴(kuò)頻碼的碼相位，同時(shí)跟蹤已經(jīng)確定 的載波頻率和擴(kuò)頻碼的碼相位。而且，由于低軌衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收信號(hào)會(huì)引入高動(dòng)態(tài)信息， 例如速度、加速度和加加速度信息。在信號(hào)跟蹤的過(guò)程中，多普勒頻移產(chǎn)生波動(dòng)，使得信號(hào) 頻譜的中屯、頻點(diǎn)在不停的擺動(dòng)，接收信號(hào)在經(jīng)過(guò)匹配濾波器后，會(huì)在不同時(shí)刻產(chǎn)生不同的 衰減，引起誤碼;特別是在跟蹤連續(xù)波衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，過(guò)大的積分多普勒頻移甚至?xí)斐奢d波 環(huán)路失鎖。
[0003] 綜上，目前亟需一種有效的載波跟蹤環(huán)路，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行多普勒頻移 校正，使得信號(hào)頻譜能時(shí)刻穩(wěn)定在匹配濾波器的主瓣范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種載波跟蹤環(huán)路及接收機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行多普勒 頻移校正，使得信號(hào)頻譜能時(shí)刻穩(wěn)定在匹配濾波器的主瓣范圍內(nèi)。
[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種載波跟蹤環(huán)路，包括:第一反饋環(huán)路模塊和第二反饋環(huán) 路模塊；
[0006] 所述第一反饋環(huán)路模塊用于根據(jù)接收到的衛(wèi)星數(shù)字中頻信號(hào)得到第一數(shù)據(jù)，采用 接收到的所述第二反饋模塊發(fā)送的第一頻率估計(jì)值對(duì)所述第一數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率消除處理，并 對(duì)頻率消除處理后得到的第二數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，將濾波后得到的第=數(shù)據(jù)W及估計(jì)得到的所 述第=數(shù)據(jù)的頻偏發(fā)送給所述第二反饋環(huán)路模塊；
[0007] 所述第二反饋環(huán)路模塊用于采用第二頻率估計(jì)值對(duì)接收到的所述第=數(shù)據(jù)進(jìn)行 頻率調(diào)整，并對(duì)頻率調(diào)整后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)得到比特?cái)?shù)據(jù)；W及根據(jù)接收到的所述第=數(shù) 據(jù)的頻偏確定所述第一頻率估計(jì)值和所述第二頻率估計(jì)值，并將所述第一頻率估計(jì)值發(fā)送 給所述第一反饋環(huán)路模塊。
[000引優(yōu)選的，所述第一反饋環(huán)路模塊為現(xiàn)場(chǎng)可編程口陣列模塊FPGA;所述第二反饋環(huán) 路模塊為數(shù)字信號(hào)處理器DSP。
[0009] 優(yōu)選的，所述第一反饋環(huán)路模塊和所述第二反饋環(huán)路模塊通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口 EMIF和通用輸入/輸出GPIO接口進(jìn)行通信；
[0010] 所述第一反饋環(huán)路模塊通過(guò)所述EMIF接口將所述第=數(shù)據(jù)發(fā)送給所述第二反饋 環(huán)路模塊；
[0011] 所述第二反饋環(huán)路模塊通過(guò)所述GPIO接口將所述第一頻率估計(jì)值發(fā)送給所述第 一反饋環(huán)路模塊。
[0012] 優(yōu)選的，所述第一反饋環(huán)路模塊中包括頻率精估器；
[0013] 所述第一反饋環(huán)路模塊采用所述頻率精估器通過(guò)四次方運(yùn)算、平滑濾波、快速傅 氏變換FFT估計(jì)所述第S數(shù)據(jù)的頻偏。
[0014] 優(yōu)選的，所述第二反饋環(huán)路模塊中包括群時(shí)延估計(jì)器；
[0015] 所述第二反饋環(huán)路模塊采用所述群時(shí)延估計(jì)器確定匹配濾波器群延時(shí)范圍，并根 據(jù)所述匹配濾波器群延時(shí)范圍得到所述第一頻率估計(jì)值和所述第二頻率估計(jì)值。
[0016] 優(yōu)選的，所述第二反饋環(huán)路模塊中包括判決反饋鑒相器和環(huán)路濾波器；
[0017] 所述第二反饋環(huán)路模塊用于通過(guò)所述判決反饋鑒相器和所述環(huán)路濾波器得到所 述第一頻率估計(jì)值和所述第二頻率估計(jì)值。
[0018] 優(yōu)選的，所述判決反饋鑒相器采用符號(hào)判決鑒相器，所述環(huán)路濾波器采用S階化L 環(huán)路濾波器。
[0019] 優(yōu)選的，所述第一反饋環(huán)路模塊和所述第二反饋環(huán)路模塊通過(guò)預(yù)先設(shè)置的中斷間 隔進(jìn)行通信。
[0020] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種接收機(jī)，其包括天線、射頻模塊W及如上所述的載波 跟蹤環(huán)路。
[0021] 本發(fā)明的上述實(shí)施例中，載波跟蹤環(huán)路包括第一反饋環(huán)路模塊和第二反饋環(huán)路模 塊;其中，第一反饋環(huán)路模塊用于根據(jù)接收到的衛(wèi)星數(shù)字中頻信號(hào)得到第一數(shù)據(jù)，采用接收 到第二反饋模塊發(fā)送的第一頻率估計(jì)值對(duì)第一數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率消除處理，并對(duì)頻率消除處理 后得到的第二數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，將濾波后得到的第=數(shù)據(jù)W及估計(jì)得到的第=數(shù)據(jù)的頻偏發(fā) 送給第二反饋環(huán)路模塊;第二反饋環(huán)路模塊用于采用第二頻率估計(jì)值對(duì)接收到的第=數(shù)據(jù) 進(jìn)行頻率調(diào)整，并對(duì)頻率調(diào)整后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)得到比特?cái)?shù)據(jù)；W及根據(jù)接收到的第=數(shù) 據(jù)的頻偏確定第一頻率估計(jì)值和第二頻率估計(jì)值，并將第一頻率估計(jì)值發(fā)送給第一反饋環(huán) 路模塊。本發(fā)明實(shí)施例中的載波跟蹤環(huán)路采用雙反饋環(huán)路機(jī)制，第一反饋環(huán)路模塊采用第 一頻率估計(jì)值進(jìn)行粗頻偏消除，并將信號(hào)多普勒頻偏牽引至匹配濾波器帶寬范圍內(nèi)，減少 濾波造成的信號(hào)失真;第二反饋環(huán)路模塊采用第二頻率估計(jì)值進(jìn)行精確載波跟蹤，使得信 號(hào)頻譜能時(shí)刻穩(wěn)定在匹配濾波器的主瓣范圍內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使 用的附圖作簡(jiǎn)要介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其 他的附圖。
[0023] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種載波跟蹤環(huán)路示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的雙反饋環(huán)路機(jī)制的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的符號(hào)判決鑒相器示意圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的S階化L環(huán)路濾波器示意圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步地詳細(xì)描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施 例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的 所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例中提供的載波跟蹤環(huán)路可適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，例如適用于衛(wèi)星載 荷或地面終端，并作為接收機(jī)中載波跟蹤模塊，實(shí)現(xiàn)連續(xù)信號(hào)通信的載波跟蹤和數(shù)據(jù)解調(diào) 功能。
[0030] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種載波跟蹤環(huán)路示意圖，該載波跟蹤環(huán)路包括第一 反饋環(huán)路模塊101和第二反饋環(huán)路模塊102;
[0031] 所述第一反饋環(huán)路模塊101用于根據(jù)接收到的衛(wèi)星數(shù)字中頻信號(hào)得到第一數(shù)據(jù)， 采用接收到的所述第二反饋模塊發(fā)送的第一頻率估計(jì)值對(duì)所述第一數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率消除處 理，并對(duì)頻率消除處理后得到的第二數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，將濾波后得到的第=數(shù)據(jù)W及估計(jì)得 到的所述第=數(shù)據(jù)的頻偏發(fā)送給所述第二反饋環(huán)路模塊102;
[0032] 所述第二反饋環(huán)路模塊102用于采用第二頻率估計(jì)值對(duì)接收到的所述第=數(shù)據(jù)進(jìn) 行頻率調(diào)整，并對(duì)頻率調(diào)整后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)得到比特?cái)?shù)據(jù)；W及根據(jù)接收到的所述第= 數(shù)據(jù)的頻偏確定所述第一頻率估計(jì)值和所述第二頻率估計(jì)值，并將所述第一頻率估計(jì)值發(fā) 送給所述第一反饋環(huán)路模塊101。
[0033] 本發(fā)明實(shí)施例中的載波跟蹤環(huán)路采用雙反饋環(huán)路機(jī)制，第一反饋環(huán)路模塊采用第 一頻率估計(jì)值進(jìn)行粗頻偏消除，并將信號(hào)多普勒頻偏牽引至匹配濾波器帶寬范圍內(nèi)，減少 濾波造成的信號(hào)失真;第二反饋環(huán)路模塊采用第二頻率估計(jì)值進(jìn)行精確載波跟蹤，使得信 號(hào)頻譜能時(shí)刻穩(wěn)定在匹配濾波器的主瓣范圍內(nèi)。
[0034] 具體地，本發(fā)明實(shí)施例中的第一反饋環(huán)路模塊可W為FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)可編程口陣列模塊），第二反饋環(huán)路模塊可W為DSP(Digital Signal Processors，數(shù)字信號(hào)處理器）?；贔PGA和DSP架構(gòu)，可完成數(shù)字下變頻、采樣率變換、帖頭 捕獲、低通濾波、定時(shí)同步、載波跟蹤、譯碼等功能，本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)連續(xù)波通信，實(shí)現(xiàn)了 一種高動(dòng)態(tài)多普勒載波跟蹤環(huán)路。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例中的雙反饋環(huán)路機(jī)制包括兩級(jí)NCCKnumerically controlled OSCi 1 Iator，數(shù)字控制振蕩器)混頻，第一級(jí)NCO由FPGA實(shí)現(xiàn)，接收第一頻率估計(jì)值并進(jìn)行頻 率消除處理后，送入匹配濾波;第二級(jí)NCO在DSP中實(shí)現(xiàn)，接收FPGA的頻偏估計(jì)數(shù)據(jù)，采用S 階化L(化ase Lock Loop)進(jìn)行精確頻率調(diào)整，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)。
[0036] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的雙反饋環(huán)路機(jī)制的具體結(jié)構(gòu)示意圖。下面結(jié)合圖2對(duì)本 發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行介紹。
[0037] (I)FPGA環(huán)路(外部環(huán)路）
[003引本發(fā)明實(shí)施例中，衛(wèi)星數(shù)字中頻信號(hào)是由接收機(jī)中的射頻模塊發(fā)送給FPGA的，即， 射頻模塊通過(guò)對(duì)接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行處理得到衛(wèi)星數(shù)字中頻信號(hào)并發(fā)送給FPGA。具 體地，天線接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)可為多種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)，較佳的，衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)為 W下內(nèi)容中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)：全球定位系統(tǒng)(Global化sitioning System,GPS)、北斗衛(wèi)星導(dǎo) 航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System,抓S)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS)、伽利 略衛(wèi)星導(dǎo)航(GALILEO)。
[0039] 本發(fā)明實(shí)施例中，天線接收到衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)后，將其發(fā)送給接收機(jī)中的射頻模塊， 射頻模塊通過(guò)對(duì)接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行處理得到衛(wèi)星數(shù)字中頻信號(hào)，并將所述衛(wèi)星數(shù) 字中頻信號(hào)發(fā)送給所述FPGA，所述FPGA根據(jù)接收到的所述衛(wèi)星數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行下變頻 (孤C)、下采樣等處理第一數(shù)據(jù)。
[0040] FPGA包括FPGA端NC0、匹配濾波器、內(nèi)部跟蹤環(huán)、殘余頻偏補(bǔ)償?shù)饶K。FPGA接收 DSP通過(guò)GPI0(General Purpose I噸Ut Output,通用輸入/輸出）接口發(fā)送的第一頻率估計(jì) 值，并采用第一頻率估計(jì)值對(duì)第一數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率消除處理，并對(duì)頻率消除處理后得到的第 二數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，濾波后的數(shù)據(jù)通過(guò)EMIF巧Xternal Memo巧Interface,外部存儲(chǔ)器接口） 接口送入DSP進(jìn)行跟蹤。
[0041 ] FPGA中包括頻率精估器，F(xiàn)PGA采用頻率精估器通過(guò)四次方運(yùn)算、平滑濾波、快速傅 氏變換FFT(化St Fourier化ansformation，快速傅氏變換）估計(jì)所述第S數(shù)據(jù)的頻偏。具 體地，本發(fā)明實(shí)施例中采用的頻率精估器是無(wú)數(shù)據(jù)輔助的方法，具有使用不受數(shù)據(jù)限制、估 計(jì)精度高的特點(diǎn)。針對(duì)QPSK(如a化ature化ase化ift K巧in,正交相移鍵控）映射，通過(guò)四 次方運(yùn)算消除符號(hào)極性，再通過(guò)MA(Move Average)進(jìn)行平滑濾波，最后通過(guò)FFT進(jìn)行能量累 加，并捜索頻點(diǎn)。
[0042] 頻率分辨率計(jì)算如下：
[0043]
[0044] 其中，B表示信號(hào)帶寬，N為FFT點(diǎn)數(shù)。例如，帶寬為20KHZ，采用2046點(diǎn)FFT，頻率分辨 率小于5Hz，高動(dòng)態(tài)多普勒頻偏的情況下，頻率估計(jì)誤差可在10化W內(nèi)，具有較好的估計(jì)性 能。
[0045] (2)DSP環(huán)路（內(nèi)部環(huán)路）
[0046] 由FPGA送入的第S數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)同步后，送入鎖相環(huán)，鎖相環(huán)復(fù)制一個(gè)和接收的 第S數(shù)據(jù)頻移一致的載波頻率，在DSP中進(jìn)行頻率跟蹤，輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行維特比譯碼，得出 解調(diào)比特?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)DSP將估計(jì)出的第二頻率估計(jì)值發(fā)送給FPGA。
[0047] DSP中包括群時(shí)延估計(jì)器，DSP采用群時(shí)延估計(jì)器確定匹配濾波器群延時(shí)范圍，并 根據(jù)匹配濾波器群延時(shí)范圍得到第一頻率估計(jì)值和第二頻率估計(jì)值。具體地，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)第 一級(jí)NCO后會(huì)存在殘余頻偏，再經(jīng)過(guò)具有線性相位特性的FIR濾波器后，會(huì)出現(xiàn)相位延遲，延 遲超過(guò)一定范圍時(shí)，會(huì)造成解調(diào)端的相位模糊，因此需要消除相位延遲。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò) 精估頻率值來(lái)預(yù)判相位模糊度范圍。相位模糊度計(jì)算如下：
[004引例如采用31階匹配濾波器，帶寬B為20KHZ，則后殘余頻差fe造成的相位延遲如下：
[0049]
[0050] 其中，頻偏和相位模糊度關(guān)系如表1所示。
[0051 ]表1:頻偏和相位模糊度關(guān)系
[0化2]
[0053] 如圖2所示，DSP內(nèi)部跟蹤環(huán)采用科斯塔斯環(huán)結(jié)構(gòu)，具體可包括判決反饋鑒相器和 環(huán)路濾波器。DSP通過(guò)所述判決反饋鑒相器和所述環(huán)路濾波器得到所述第一頻率估計(jì)值和 所述第二頻率估計(jì)值。優(yōu)選地，所述判決反饋鑒相器可W采用符號(hào)判決鑒相器，W便于減少 相位模糊度，如圖3所示，為符號(hào)判決鑒相器示意圖。所述環(huán)路濾波器可W采用S階化L環(huán)路 濾波器，跟蹤含加速度信息的信號(hào)穩(wěn)態(tài)誤差為零，如圖4所示，為S階化L環(huán)路濾波器示意 圖。
[0054] 如上所述，本發(fā)明實(shí)施例中的載波跟蹤環(huán)路由兩個(gè)環(huán)路組成，二者共同作用完成 了對(duì)多普勒頻率信息的逐步消除。第一環(huán)路是將DSP部分輸出的多普勒頻率估計(jì)值送入 FPGA緩存器，在低通濾波器之前進(jìn)行頻率消除，減少多普勒頻偏造成的濾波器相位延遲;第 二環(huán)路在DSP中進(jìn)行，通過(guò)載波環(huán)鑒相器和環(huán)路濾波器，對(duì)FPGA中第一級(jí)NCO頻率校正后的 殘余頻率進(jìn)行精確校正，校正后的相位誤差控制在15°范圍內(nèi)，運(yùn)樣可W進(jìn)行準(zhǔn)確的維特比 譯碼，最終輸出解調(diào)比特?cái)?shù)據(jù)。
[0055] 本發(fā)明實(shí)施例中，由于FPGA和DSP兩級(jí)NCO之間存在頻差，在經(jīng)過(guò)匹配濾波器后會(huì) 造成相位延遲，形成相位突變。為了抑制相位突變，需要減小頻差，因此，內(nèi)部NCO反饋給外 部NCO的頻率需要按帶寬進(jìn)行平均，兩個(gè)NCO的調(diào)整需要按時(shí)間逐步遞增進(jìn)行。同時(shí)，外部環(huán) 路中頻偏調(diào)整W消除頻偏為目的，因此校正頻率需要累加遞增;而內(nèi)部環(huán)路中頻偏調(diào)整W 跟蹤信號(hào)頻偏為目的，因此補(bǔ)償頻率需要累加遞增。兩個(gè)NCOW差分的方式補(bǔ)償頻率，能使 頻偏盡快調(diào)整穩(wěn)定。
[0056] 需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例中FPGA和DSP的通信采用中斷的方式進(jìn)行。在前向通 路中，F(xiàn)PGA通過(guò)EMIF接口將數(shù)據(jù)送入DSP中進(jìn)行解調(diào)；反饋通路中，DSP通過(guò)GPIO接口將多普 勒頻移估計(jì)值反饋給FPGA的混頻器。其中，中斷間隔可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，例 如可W為200ms JPGA端匹配濾波器每經(jīng)過(guò)一帖數(shù)據(jù)(200ms)，將數(shù)據(jù)緩存后發(fā)送給DSP，DSP 按帖長(zhǎng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。跟蹤完成后將頻偏估計(jì)值按照中斷反饋給FPGA端，F(xiàn)PGA按照估計(jì) 的多普勒頻移信息對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行頻率校正。
[0057] DSP通過(guò)硬件中斷從FPGA的緩存中讀取一帖的數(shù)據(jù)(例如，200ms )，然后通過(guò)EMIF 接口將數(shù)據(jù)輸入到DSP后，再通過(guò)EDMA中斷，將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SRAM(S化tic RAM,靜態(tài)隨機(jī)存 儲(chǔ)器)中。DSP解調(diào)時(shí)，是從SRAM中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)。
[0058] 本發(fā)明的上述實(shí)施例中，載波跟蹤環(huán)路包括第一反饋環(huán)路模塊和第二反饋環(huán)路模 塊;其中，第一反饋環(huán)路模塊用于根據(jù)接收到的衛(wèi)星數(shù)字中頻信號(hào)得到第一數(shù)據(jù)，采用接收 到第二反饋模塊發(fā)送的第一頻率估計(jì)值對(duì)第一數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率消除處理，并對(duì)頻率消除處理 后得到的第二數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，將濾波后得到的第=數(shù)據(jù)W及估計(jì)得到的第=數(shù)據(jù)的頻偏發(fā) 送給第二反饋環(huán)路模塊;第二反饋環(huán)路模塊用于采用第二頻率估計(jì)值對(duì)接收到的第=數(shù)據(jù) 進(jìn)行頻率調(diào)整，并對(duì)頻率調(diào)整后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)得到比特?cái)?shù)據(jù)；W及根據(jù)接收到的第=數(shù) 據(jù)的頻偏確定第一頻率估計(jì)值和第二頻率估計(jì)值，并將第一頻率估計(jì)值發(fā)送給第一反饋環(huán) 路模塊。本發(fā)明實(shí)施例中的載波跟蹤環(huán)路采用雙反饋環(huán)路機(jī)制，第一反饋環(huán)路模塊采用第 一頻率估計(jì)值進(jìn)行粗頻偏消除，并將信號(hào)多普勒頻偏牽引至匹配濾波器帶寬范圍內(nèi)，減少 濾波造成的信號(hào)失真;第二反饋環(huán)路模塊采用第二頻率估計(jì)值進(jìn)行精確載波跟蹤，使得信 號(hào)頻譜能時(shí)刻穩(wěn)定在匹配濾波器的主瓣范圍內(nèi)。采用本發(fā)明實(shí)施例中的載波跟蹤環(huán)路能夠 快速準(zhǔn)確的消除高動(dòng)態(tài)多普勒頻率，并且在高于理論解調(diào)口限4地的情況下，能穩(wěn)定跟蹤高 動(dòng)態(tài)多普勒頻偏的信號(hào)，此時(shí)加速度為12g m/s2,肥R為1〇-5量級(jí)。
[0059] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，該接收機(jī)包括天線501、射 頻模塊502W及如上述實(shí)施例中所述的載波跟蹤環(huán)路503;
[0060] 所述天線501用于接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，并將所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)發(fā)送給所述射頻模 塊502。
[0061] 所述射頻模塊502用于根據(jù)接收到的所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，得到衛(wèi)星數(shù)字中頻信號(hào)， 并將所述衛(wèi)星數(shù)字中頻信號(hào)發(fā)送給所述載波跟蹤環(huán)路503。
[0062] 從上述內(nèi)容可W看出：
[0063] 本發(fā)明實(shí)施例基于FPGA+DSP架構(gòu)，針對(duì)連續(xù)信號(hào)通信，提出一種高動(dòng)態(tài)多普勒頻 率情況下的載波跟蹤方法。采用雙反饋環(huán)路機(jī)制，其中外部環(huán)路用于粗頻偏消除，并將信號(hào) 多普勒頻偏牽引至匹配濾波器帶寬范圍內(nèi)，減少濾波造成的信號(hào)失真；內(nèi)部跟蹤環(huán)路用于 精確載波跟蹤，并且解調(diào)數(shù)據(jù)。采用頻偏雙向差分補(bǔ)償?shù)姆椒?，可W在百毫秒級(jí)中斷通信延 遲的情況下，對(duì)殘余頻偏進(jìn)行快速校正。采用V&V頻率精估器，可W對(duì)捕獲后的殘余頻偏進(jìn) 行精確估計(jì)，頻率觀察分辨率小于甜Z;針對(duì)QPSK調(diào)制，采用群時(shí)延估計(jì)器，可W迅速消除由 匹配濾波器相位延遲造成的相位模糊。本發(fā)明實(shí)施例中的載波跟蹤環(huán)路能夠快速準(zhǔn)確的消 除高動(dòng)態(tài)多普勒頻率，并且在高于理論解調(diào)口限4地的情況下，能穩(wěn)定跟蹤高動(dòng)態(tài)多普勒頻 偏的信號(hào)，此時(shí)加速度為12g m/s2，BER為IO4量級(jí)。本發(fā)明實(shí)施例能夠減少FPGA開(kāi)發(fā)工作 量、節(jié)約開(kāi)發(fā)成本；同時(shí)，利用DSP開(kāi)發(fā)的靈活性，重配置后可適用于其它高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星系統(tǒng)的 同步解調(diào)。
[0064] 盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對(duì)運(yùn)些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所W，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實(shí)施例W及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0065] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。運(yùn)樣，倘若本發(fā)明的運(yùn)些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含運(yùn)些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種載波跟蹤環(huán)路，其特征在于，該載波跟蹤環(huán)路包括第一反饋環(huán)路模塊和第二反 饋環(huán)路模塊； 所述第一反饋環(huán)路模塊用于根據(jù)接收到的衛(wèi)星數(shù)字中頻信號(hào)得到第一數(shù)據(jù)，采用接收 到的所述第二反饋模塊發(fā)送的第一頻率估計(jì)值對(duì)所述第一數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率消除處理，并對(duì)頻 率消除處理后得到的第二數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，將濾波后得到的第三數(shù)據(jù)以及估計(jì)得到的所述第 三數(shù)據(jù)的頻偏發(fā)送給所述第二反饋環(huán)路模塊； 所述第二反饋環(huán)路模塊用于采用第二頻率估計(jì)值對(duì)接收到的所述第三數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率 調(diào)整，并對(duì)頻率調(diào)整后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)得到比特?cái)?shù)據(jù)；以及根據(jù)接收到的所述第三數(shù)據(jù)的 頻偏確定所述第一頻率估計(jì)值和所述第二頻率估計(jì)值，并將所述第一頻率估計(jì)值發(fā)送給所 述第一反饋環(huán)路模塊。2. 如權(quán)利要求1所述的載波跟蹤環(huán)路，其特征在于，所述第一反饋環(huán)路模塊為現(xiàn)場(chǎng)可編 程門(mén)陣列模塊FPGA;所述第二反饋環(huán)路模塊為數(shù)字信號(hào)處理器DSP。3. 如權(quán)利要求1所述的載波跟蹤環(huán)路，其特征在于，所述第一反饋環(huán)路模塊和所述第二 反饋環(huán)路模塊通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口 EMIF和通用輸入/輸出GPIO接口進(jìn)行通信； 所述第一反饋環(huán)路模塊通過(guò)所述EMIF接口將所述第三數(shù)據(jù)發(fā)送給所述第二反饋環(huán)路 模塊； 所述第二反饋環(huán)路模塊通過(guò)所述GPIO接口將所述第一頻率估計(jì)值發(fā)送給所述第一反 饋環(huán)路模塊。4. 如權(quán)利要求1所述的載波跟蹤環(huán)路，其特征在于，所述第一反饋環(huán)路模塊中包括頻率 精估器； 所述第一反饋環(huán)路模塊采用所述頻率精估器通過(guò)四次方運(yùn)算、平滑濾波、快速傅氏變 換FFT估計(jì)所述第三數(shù)據(jù)的頻偏。5. 如權(quán)利要求1所述的載波跟蹤環(huán)路，其特征在于，所述第二反饋環(huán)路模塊中包括群時(shí) 延估計(jì)器； 所述第二反饋環(huán)路模塊采用所述群時(shí)延估計(jì)器確定匹配濾波器群延時(shí)范圍，并根據(jù)所 述匹配濾波器群延時(shí)范圍得到所述第一頻率估計(jì)值和所述第二頻率估計(jì)值。6. 如權(quán)利要求1所述的載波跟蹤環(huán)路，其特征在于，所述第二反饋環(huán)路模塊中包括判決 反饋鑒相器和環(huán)路濾波器； 所述第二反饋環(huán)路模塊用于通過(guò)所述判決反饋鑒相器和所述環(huán)路濾波器得到所述第 一頻率估計(jì)值和所述第二頻率估計(jì)值。7. 如權(quán)利要求6所述的載波跟蹤環(huán)路，其特征在于，所述判決反饋鑒相器采用符號(hào)判決 鑒相器，所述環(huán)路濾波器采用三階PLL環(huán)路濾波器。8. 如權(quán)利要求1所述的載波跟蹤環(huán)路，其特征在于，所述第一反饋環(huán)路模塊和所述第二 反饋環(huán)路模塊通過(guò)預(yù)先設(shè)置的中斷間隔進(jìn)行通信。9. 一種接收機(jī)，其特征在于，包括天線、射頻模塊以及如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的 載波跟蹤環(huán)路。
【文檔編號(hào)】G01S19/29GK106019329SQ201610639830
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月5日
【發(fā)明人】張晉升, 譚星亮, 穆峻, 鄒光南
【申請(qǐng)人】航天恒星科技有限公司