[发明专利]基于开环捕获与闭环跟踪的高动态载波同步方法

说明书

本发明公开了基于开环捕获与闭环跟踪的高动态载波同步方法，解决现有高动态环境下通信双方载波同步难的问题。本发明的步骤包括：(1)数据初始化；(2)发送信息；(3)对接收信息进行分离；(4)对导频信息进行开环捕获；(5)更新数据信息；(6)对更新后的数据信息进行跟踪；(7)判断是否满足终止条件；(8)载波同步结束。本发明先利用开环捕获中的多普勒频偏的估计值公式和多普勒变化率的估计值公式，计算导频中的多普勒频偏的估计值和多普勒变化率的估计值，然后利用三阶锁相环中进行跟踪，可获得较好动态范围、同步精度和复杂度。

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及载波同步通信技术领域中的一种基于开环捕获与闭环跟踪的高动态载波同步方法。本发明可用于高动态环境下的通信载波同步，获得载波参数估计值，实现高动态环境下接收端的准确解调。

背景技术

在载波同步技术领域中，由于传输损耗及噪声干扰，接收端难以获得准确的载波同步信息。在高动态环境中，通信双方由于存在较大的相对运动速度及加速度导致接收端接收到的信号在载频上会有较大的多普勒频偏及多普勒变化率，使得载波同步过程更加困难。为了适用高动态环境，中低动态接收机的载波跟踪环路带宽必须被加宽来捕获和跟踪上接收信号的多普勒频偏及其变化率，然而环路带宽的加大又势必导致载波跟踪精度的降低，导致载波跟踪失败。因此，传统的载波同步技术无法满足高动态环境下的应用需求，我们必须创新载波同步技术以适应高动态环境。

Won J H,Pany T,Eissfeller B在其发表的论文“Iterative MaximumLikelihood Estimators for High-Dynamic GNSS Signal Tracking”(IEEETransactions on Aerospace&Electronic Systems,2012,48(4):2875-2893)中提出在每一帧的最前端添加一定长度的导频序列用于完成载波同步的方法。该方法首先获得数据帧的导频信息，然后利用导频通过最大似然算法进行多维穷搜索，最后得到多普勒频偏及其变化率的估计值完成载波同步。该方法存在的不足之处是：在进行最大似然搜索时，多维的穷搜索的计算复杂度高，运算量大，使得这种方法的载波同步慢，难以适合高动态环境高速同步要求。

清华大学申请的专利“一种直升机卫星通信载波同步方法及系统”(公开号：CN106027437A，申请号：2016102899001，申请日：2016年05月04日)中公开了一种利用锁相环和消息传递算法完成载波同步的方法。该方法首先利用锁相环进行初同步，然后基于因子图消息传递算法，反复迭代完成载波同步。该方法存在的不足之处是：锁相环的跟踪范围有限，并且不能跟踪多普勒变化率信息，使得这种方法在高动态环境下同步效果不理想。

综上所述，虽然现有的载波同步方法能在一定动态范围内实现载波同步，但是由于其存在多维穷搜索，运算复杂度高，不利于工程实现，或者同步范围小，难以适合高动态环境。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于联合开环捕获与闭环跟踪的载波同步方法，以实现高动态范围，高精度，低复杂度的实现方法。

为实现上述目的，本发明包括如下步骤：

(1)数据初始化：

将含有多普勒频偏及变化率载波中的导频长度设置为128比特，数据长度1000比特，最大跟踪次数10，多普勒频偏对应的收敛误差10^-2，多普勒变化率对应的收敛误差10^-5，高动态环境下的多普勒频偏范围在(-10^-4，10^-4)和多普勒变化率范围在(-0.25，0.25)；

(2)发送信息：

发射机发送含有高动态环境下的多普勒频偏范围在(-10^-4，10^-4)和多普勒变化率范围在(-0.25，0.25)的载波；