吳毅杰 李帆

【摘要】 為了滿(mǎn)足高動(dòng)態(tài)環(huán)境下對(duì)測(cè)軌定位的需求，對(duì)數(shù)字中頻接收機(jī)載波同步跟蹤關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。針對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境下載波同步需要解決的捕獲帶寬、捕獲速度與跟蹤精度的矛盾，綜合利用了傳統(tǒng)數(shù)字鎖頻環(huán)路和數(shù)字鎖相環(huán)路 的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種適合高動(dòng)態(tài)環(huán)境下數(shù)字中頻接收機(jī)的鎖頻聯(lián)合鎖相環(huán)工作的環(huán)路方案。仿真和測(cè)試結(jié)果表明：改進(jìn)算法解決了環(huán)路跟蹤精度和動(dòng)態(tài)性能不能兼顧的矛盾，信號(hào)跟蹤環(huán)路能在高動(dòng)態(tài)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的穩(wěn)定跟蹤。

【關(guān)鍵詞】 高動(dòng)態(tài) 中頻接收機(jī) 載波跟蹤環(huán) 鎖頻環(huán) 鎖相環(huán)

一、引言

本文對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境下中頻接收機(jī)的載波跟蹤算法進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)載波跟蹤環(huán)路的設(shè)計(jì)、仿真與測(cè)試，充分利用二階數(shù)字鎖頻環(huán)路和三階數(shù)字鎖相環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)，形成一種鎖頻鎖相環(huán)聯(lián)合工作的方法[1]，解決較大的載波捕獲帶寬、捕獲速度和較高的跟蹤精度之間的矛盾，建立了適合在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下進(jìn)行載波跟蹤算法模型。

二、三階鎖相跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì)

2.1模擬三階鎖相環(huán)環(huán)路結(jié)構(gòu)

模擬鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)[2]原理框圖如圖1：

2.2數(shù)字三階鎖相環(huán)環(huán)路結(jié)構(gòu)

三階鎖相環(huán)環(huán)路濾波器離散表達(dá)形式[3]：

式中的T為環(huán)路濾波器的更新間隔。

四、高動(dòng)態(tài)環(huán)境下二階FLL輔助三階PLL載波跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì)

高動(dòng)態(tài)環(huán)境下，鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)[4][5]是一種較為合理的載波環(huán)設(shè)計(jì)方案，將鎖頻環(huán)和鎖相環(huán)結(jié)合使用可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)；當(dāng)數(shù)字中頻接收機(jī)剛開(kāi)始工作時(shí)，載波頻偏有可能處于一個(gè)較大的偏差之上，此時(shí)采用FLL 實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤，PLL 貢獻(xiàn)比較少，當(dāng)頻率被牽引到一定范圍內(nèi)時(shí)，此時(shí)PLL 開(kāi)始工作，實(shí)現(xiàn)相位的精細(xì)同步。當(dāng)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)時(shí)，由FLL 實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤牽引，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)性的變化，環(huán)路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)PLL 和FLL 跟蹤方式的配合跟蹤。

4.1 載波跟蹤環(huán)切換策略

在載波環(huán)工作過(guò)程中，依據(jù)頻差和相差的大小可以區(qū)分出以下三種情況：頻差較大；頻差較小且相差較大；頻差較小且相差較小。因此，鎖頻環(huán)與鎖相環(huán)之間的切換策略以頻率和相位的判決量作為依據(jù)[6]。

設(shè)置頻率判決表達(dá)式為

為了模擬多普勒效應(yīng)對(duì)載波跟蹤環(huán)的影響，仿真中設(shè)定環(huán)路的輸入載噪比為40（dB·Hz），在輸入載波環(huán)的中頻信號(hào)上分別疊加模擬的頻率階躍信號(hào)、頻率斜升信號(hào)和頻率二次曲線(xiàn)信號(hào)；各仿真條件下疊加在中頻信號(hào)上的模擬信號(hào)如表1所示。以動(dòng)態(tài)最高的仿真條件4為例，在300ms處輸入信號(hào)和本地復(fù)現(xiàn)載波之間開(kāi)始疊加模擬信號(hào)，該條件對(duì)應(yīng)的載波環(huán)跟蹤結(jié)果如圖8所示。

由圖8（a）可知，環(huán)路開(kāi)始工作時(shí)頻率判決量低于門(mén)限，載波環(huán)以純鎖頻環(huán)形式工作；在大約380ms處，頻率判決量高于門(mén)限且相位判決量低于門(mén)限，載波環(huán)開(kāi)始以鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)形式工作；650ms后，頻率判決量和相位判決量均高于其門(mén)限，載波環(huán)開(kāi)始以純鎖相環(huán)形式工作。由圖8（b）可知，載波環(huán)能穩(wěn)定跟蹤第4組仿真條件下的高動(dòng)態(tài)信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)分析得到穩(wěn)定跟蹤后載波相位的均方誤差為2.97°。

五、結(jié)束語(yǔ)

載波跟蹤環(huán)路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是高動(dòng)態(tài)環(huán)境下中頻接收機(jī)能否成功研制的關(guān)鍵因素之一。本文對(duì)高動(dòng)態(tài)環(huán)境下中頻接收機(jī)的載波跟蹤算法進(jìn)行了研究，最終形成了跟蹤算法模型并對(duì)載波跟蹤環(huán)路的性能進(jìn)行了仿真測(cè)試。結(jié)果表明：載波跟蹤環(huán)的設(shè)計(jì)能夠在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的穩(wěn)定跟蹤。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王蘭芳，吳長(zhǎng)奇，高秀英.基于 FLL 與 PLL 級(jí)聯(lián)的高動(dòng)態(tài)載波跟蹤技術(shù)[J].電子測(cè)量技術(shù).2009，35（4）：61-64

[2]張厥盛，鄭繼禹，萬(wàn)心平.鎖相技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1994.

[3]王光鼎，游福初，房建成.基于 FLL 與 PLL 級(jí)聯(lián)的高動(dòng)態(tài)載波跟蹤技術(shù)[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù).2012，3（5）：01-07.

[4]魯郁. GPS全球定位接收機(jī)——原理與軟件實(shí)現(xiàn)[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2009.

[5]P. W. Ward. Performance Comparisons Between FLL， PLL and a Novel FLL-Assisted-PLL Carrier Tracking Loop Under RF Interference Conditions[J]. Proceedings of the 11th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation， Nashville， 1998： 783-795.

[6]馮曉明， 廉保旺， 何偉. 一種改進(jìn)的高動(dòng)態(tài)GPS載波組合跟蹤環(huán)路算法[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)， 2012， 35（5）： 39-42..