專利名稱：能夠有效跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率信號(hào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航天深空測(cè)控中跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率信號(hào)的方法。
背景技術(shù)：
目前地基測(cè)控系統(tǒng)、天基測(cè)控系統(tǒng)、遙感地面接收站和衛(wèi)星通信站等通過(guò)較寬帶的二階鎖相環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)控信號(hào)的跟蹤。深空任務(wù)周期較長(zhǎng)、通信時(shí)延巨大、鏈路帶寬有限、 信號(hào)微弱、數(shù)據(jù)更加關(guān)鍵等一系列原因，使得深空測(cè)控與地球軌道航天器的測(cè)控通信有很大差異，目前的跟蹤技術(shù)方法存在一定的缺陷，很難實(shí)現(xiàn)信噪比極低、多普勒頻率變化率大的深空測(cè)控信號(hào)的跟蹤首先，現(xiàn)有技術(shù)方法環(huán)路帶寬較寬，只能跟蹤高信噪比信號(hào)，對(duì)于極低信噪比的深空測(cè)控信號(hào)無(wú)法有效鎖定跟蹤；其次，現(xiàn)有數(shù)字二階鎖相環(huán)的技術(shù)方法受限于其固有的動(dòng)態(tài)缺陷，無(wú)法跟蹤多普勒頻率變化率大的深空測(cè)控信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種能夠有效跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率信號(hào)的方法。以解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法有效跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率的深空測(cè)控信號(hào)的問(wèn)題。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)一種能夠有效跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率信號(hào)的方法，具有如下技術(shù)特征深空測(cè)控接收機(jī)接收普勒頻率變化率的測(cè)控信號(hào)，測(cè)控接收機(jī)通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣獲取接收信號(hào)，該接收信號(hào)通過(guò)鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型中的超窄帶數(shù)字三階鎖相環(huán)鎖定跟蹤，并從環(huán)路中提取信號(hào)多普勒，計(jì)算目標(biāo)速度，接收信號(hào)進(jìn)入中頻超窄帶數(shù)字接收機(jī)中，將多普勒頻率及多普勒變化率送入鎖相環(huán)，然后用超窄帶數(shù)字三階鎖相環(huán)組成的超窄帶載波環(huán)路，跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率深空測(cè)控信號(hào)。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果本發(fā)明利用超窄帶載波環(huán)路可實(shí)現(xiàn)跟蹤極低信噪比信號(hào)的特性，同時(shí)結(jié)合數(shù)字三階鎖相環(huán)可實(shí)現(xiàn)大多普勒頻率變化率信號(hào)跟蹤的特性，提出超窄帶三階鎖相環(huán)技術(shù)，改進(jìn)優(yōu)化了可跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率信號(hào)的方法，首先比現(xiàn)有技術(shù)窄得多的超窄帶載波環(huán)路，其跟蹤濾波功能可提高靈敏度以實(shí)現(xiàn)極低信噪比深空測(cè)控信號(hào)的有效鎖定跟蹤；其次數(shù)字三階鎖相環(huán)，其可保障載波的跟蹤精度以實(shí)現(xiàn)多普勒頻率變化率大的深空測(cè)控信號(hào)的跟蹤，使深空測(cè)控信號(hào)跟蹤的實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)潔有效，為深空測(cè)控系統(tǒng)測(cè)距測(cè)速的準(zhǔn)確性可靠性得到質(zhì)的提高。本發(fā)明對(duì)于極低信噪比的深空測(cè)控信號(hào)超窄帶鎖相環(huán)首先采用寬帶捕獲，環(huán)路鎖定后，采用逐步變帶寬技術(shù)，最終變化到所需要的窄帶，從而有效跟蹤極低信噪比的深空測(cè)控信號(hào)。本發(fā)明將極窄載波環(huán)帶寬和數(shù)字三階鎖相環(huán)相結(jié)合，有效解決了接收信號(hào)信噪比
3很低時(shí)，大多普勒頻率變化率條件下載波環(huán)對(duì)測(cè)控信號(hào)的跟蹤問(wèn)題。本發(fā)明技術(shù)方法適用于各種測(cè)控信號(hào)的跟蹤，特別是深空測(cè)控信號(hào)的跟蹤。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明三階數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)跟蹤信號(hào)的超窄帶三階鎖相環(huán)載波環(huán)路原理框圖。
具體實(shí)施例方式參閱圖1。在數(shù)字鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型中，超窄帶載波環(huán)路濾波器變換函數(shù)為F(z) =GJG2/(I-Z-1HG3/(1-z—1)2，其中 G1 = rd/T, G2 = rd2/T, G3 = krd3/T ；且 d = 4BT (r-k) / r(r-k+l),r = 4l ；其中B為環(huán)路帶寬，T為環(huán)路濾波運(yùn)算周期，ξ為環(huán)路阻尼系數(shù)，k為三階環(huán)增益系數(shù)，三階環(huán)增益系數(shù)k的典型值1/4 1/2。對(duì)&、(；2、(；3扣除鑒相器增益kd 和數(shù)控振蕩器DCO調(diào)整靈敏度k。后，可得環(huán)路濾波器實(shí)際因子&、&、g3。鑒相器增益kd等于輸入信號(hào)的數(shù)字幅度，DCO的調(diào)整靈敏度k。= 2 π fs/2n，η為DDS相位累加器輸出位數(shù)， fs為系統(tǒng)采樣頻率。參閱圖2。在實(shí)施例中，深空測(cè)控接收機(jī)接收到低信噪比大多普勒頻率變化率的測(cè)控信號(hào)，通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣后進(jìn)入中頻超窄帶數(shù)字三階鎖相環(huán)中，在多普勒頻率及多普勒頻率變化率都比較大的情況下，為了使超窄帶鎖相環(huán)能夠鎖定，必須對(duì)鎖相環(huán)的頻率及頻率變化率進(jìn)行補(bǔ)償。將多普勒頻率及多普勒變化率送鎖相環(huán)，用超窄帶數(shù)字三階鎖相環(huán)組成的超窄帶載波環(huán)路，跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率深空測(cè)控信號(hào)，鎖相環(huán)首先采用寬帶捕獲，對(duì)于極低信噪比的深空測(cè)控信號(hào)超窄帶鎖相環(huán)首先采用寬帶捕獲，環(huán)路鎖定后，采用逐步變帶寬技術(shù)，變化到所需要的窄帶跟蹤信號(hào)。其在變帶寬時(shí)，寬帶階段，停留時(shí)間較短，窄帶階段，停留時(shí)間較長(zhǎng)。三階鎖相環(huán)跟蹤大多普勒頻率變化率的深空測(cè)控信號(hào)，無(wú)穩(wěn)態(tài)相差的超窄帶數(shù)字三階鎖相環(huán)穩(wěn)定跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率的深空測(cè)控信號(hào)后，可從環(huán)路提取多普勒頻率計(jì)算目標(biāo)速度。其次，載波接收機(jī)環(huán)路帶寬極窄時(shí)，為適應(yīng)信號(hào)的多普勒變化率，通過(guò)對(duì)環(huán)路的穩(wěn)態(tài)誤差分析，可確定所要采用的環(huán)路濾波器的階數(shù)和型數(shù)為三階三型。要跟蹤頻率斜變必須采用二型以上的環(huán)路，但對(duì)于二型環(huán)有一個(gè)穩(wěn)態(tài)相位誤差， 而三型環(huán)其穩(wěn)態(tài)相位誤差為零。由于二型環(huán)的穩(wěn)態(tài)相位誤差，二型環(huán)對(duì)于高動(dòng)態(tài)系統(tǒng)是不適合的。為了保障載波的跟蹤精度，選取三階三型作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。上述超窄帶數(shù)字三階鎖相環(huán)穩(wěn)定跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率的深空測(cè)控信號(hào)后，可從環(huán)路提取多普勒頻率計(jì)算目標(biāo)速度。
權(quán)利要求
1.一種能夠有效跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率信號(hào)的方法，具有如下技術(shù)特征深空測(cè)控接收機(jī)接收普勒頻率變化率的測(cè)控信號(hào)，測(cè)控接收機(jī)通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣獲取接收信號(hào)，該接收信號(hào)通過(guò)鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型中的超窄帶數(shù)字三階鎖相環(huán)鎖定跟蹤， 并從環(huán)路中提取信號(hào)多普勒，計(jì)算目標(biāo)速度，接收信號(hào)進(jìn)入中頻超窄帶數(shù)字接收機(jī)中，將多普勒頻率及多普勒變化率送入鎖相環(huán)，然后用超窄帶數(shù)字三階鎖相環(huán)組成的超窄帶載波環(huán)路，跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率深空測(cè)控信號(hào)。
2.按權(quán)利要求1所述能夠有效跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率信號(hào)的方法，其特征在于，數(shù)字三階鎖相環(huán)首先采用寬帶捕獲，載波環(huán)路鎖定后，采用逐步變帶寬技術(shù)，在變帶寬時(shí)，寬帶階段，停留時(shí)間較短，窄帶階段，停留時(shí)間較長(zhǎng)，逐級(jí)變化到所需要的超窄帶數(shù)字三階鎖相環(huán)，以跟蹤信號(hào)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的能夠有效跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率信號(hào)的方法，其特征在于，數(shù)字三階鎖相環(huán)跟蹤大多普勒頻率變化率的深空測(cè)控信號(hào)，超窄帶數(shù)字三階鎖相環(huán)跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率的深空測(cè)控信號(hào)。
4.按權(quán)利要求1所述的能夠有效跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率信號(hào)的方法， 其特征在于，在鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型中，超窄帶載波環(huán)路濾波器變換函數(shù)為F(z) = G^G2/ (l-z-1)+G3/(l-z-1)2，其中 G1 = rd/T,G2 = rd2/T,G3 = krd3/T ；且 d = 4BT (r-k) /r (r-k+1), Γ = 4ξ ；其中B為環(huán)路帶寬，T為環(huán)路濾波運(yùn)算周期，ξ為環(huán)路阻尼系數(shù)，k為三階環(huán)增益系數(shù)。
5.按權(quán)利要求1或2所述有效跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率信號(hào)的方法，其特征在于，所采用的環(huán)路濾波器是三階三型。
全文摘要
本發(fā)明提出一種能夠有效跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率信號(hào)的方法，旨在提供一種能在深空測(cè)控中更準(zhǔn)確有效跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率的測(cè)控信號(hào)的技術(shù)方法。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)測(cè)控接收機(jī)通過(guò)A/D采樣獲取接收信號(hào)，并通過(guò)鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型中的超窄帶三階鎖相環(huán)鎖定跟蹤，從環(huán)路中提取信號(hào)多普勒，接收信號(hào)進(jìn)入中頻超窄帶數(shù)字鎖相環(huán)中，將多普勒頻率及多普勒變化率送入三階鎖相環(huán)，然后用超窄帶鎖相環(huán)和數(shù)字三階鎖相環(huán)組成的超窄帶載波環(huán)路，跟蹤極低信噪比大多普勒頻率變化率深空測(cè)控信號(hào)。本發(fā)明將極窄載波環(huán)帶寬和數(shù)字三階鎖相環(huán)相結(jié)合，有效解決接收信號(hào)信噪比很低時(shí)，大多普勒頻率變化率條件下載波環(huán)對(duì)測(cè)控信號(hào)的跟蹤問(wèn)題。
文檔編號(hào)H03L7/18GK102299713SQ20111012695
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者汪遠(yuǎn)玲, 陳凌, 陳玲 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所