[发明专利]一种高动态无人机测控信号载波跟踪方法

说明书

本发明提供一种高动态无人机测控信号载波跟踪方法，包括：将中频信号经数字下变频所形成的I、Q两路数据构造解析函数I(k)+jQ(k)，将可变数控振荡器产生的正交本地跟踪载波构造复数形式将I(k)+jQ(k)与进行复数混频；利用复数混频结果的实部和虚部计算得到鉴别结果；环路滤波器根据鉴别结果调整控制参数，并将控制结果发送给可变数控振荡器；可变数控振荡器根据控制结果调整频率控制字和相位控制字，返回第一步，实现闭环控制。本发明更好地兼顾了动态性和跟踪精度的要求，具有较好的动态适应能力、收敛性能和跟踪精度，同时具有计算复杂度低易于工程实现的优点，具有很好的应用价值。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其是涉及一种高动态无人机测控信号载波跟踪方法。

背景技术

由于无人机测控系统的特殊性，其组成包括中继卫星、地面控制站、无人机平台三部分，系统通信距离远、无人机平台运动速度快，因此无人机平台接收到的信号具有极低信噪比、高多普勒动态等特点。根据无人机特殊的使用场景与任务需求背景，无人机遥控遥测过程对系统处理的实时性要求很高。无人机测控系统中，载波跟踪环是接收机中最脆弱的一环，高动态信号造成的接收机失锁往往首先是由载波跟踪环失锁引起的，将导致整个测控系统通信链路中断。

无人机测控系统中使用较多的是QPSK调制方式，QPSK是抑制载波的调制方式，在接收机端需要采用相干解调的方式实现载波跟踪，恢复出相干载波，这个相干载波应与发送端的载波在频率上同频，在相位上保持某种同步关系。也就是说，它有两个过程：一是载波频率的捕获，二是载波相位的跟踪。

实现载波恢复一般有两种方法：一种是开环恢复法，它是直接对收发载波的频偏和相位误差进行估计，在解调时给予有效的补充；另一种是闭环恢复法，常采用数字锁相环来实现载波的捕获和跟踪。对于开环方式，同步时间短，结构简单，计算效率高，但同步的精度不高；而闭环方式能够达到较高的同步精度，系统性能较好，但它建立的时间较长。

锁相环(PLL)直接跟踪载波相位，具有良好的相位跟踪精度和抗噪声能力，但是在高动态的情况下，由于多普勒频移的影响较大，PLL的跟踪精度将会降低，只能通过增加环路带宽来应对。而环路带宽的增大必然会引起噪声的增加，因此还会影响跟踪精度。锁频环(FLL)只是跟踪载波频率，鉴频器的输出是载波频率跟踪误差，具有较好的动态性。

基于PLL和FLL的优点，目前使用FLL和PLL相结合的方式实现载波和相位跟踪是普遍使用的一种方式，如图1所示的目前比较常用的FLL辅助PLL载波跟踪环的设计框图，其主要包括：可变NCO(数控振荡器)、混频器、低通滤波器、鉴频器、鉴相器、环路滤波器等模块。这种相结合的方式虽然有其优点，但也存在很多缺点：这种载波跟踪环需要采用大量的数字化单元实现，如滤波器(FIR)、数字乘法器、数字加减法器等，并且鉴频算法和鉴相算法比较复杂，涉及到很到三角函数的乘法和除法运算，不利于工程实现。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种高动态无人机测控信号载波跟踪方法，解决现有跟踪环需采用大量模块，且算法复杂，不利于工程实现的问题。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：

一种高动态无人机测控信号载波跟踪方法，其特征在于，该方法包括步骤：

1)将中频信号经数字下变频所形成的I、Q两路数据构造解析函数I(k)+jQ(k)，将可变数控振荡器产生的正交本地跟踪载波构造复数形式

2)将I(k)+jQ(k)与进行复数混频；

3)利用复数混频结果的实部和虚部计算得到鉴别结果；

4)环路滤波器根据鉴别结果调整控制参数，并将控制结果发送给可变数控振荡器；

5)可变数控振荡器根据控制结果调整频率控制字和相位控制字，返回步骤1)，实现闭环控制。