高动态多进制扩频信号的载波跟踪技术研究
利用扩频信号进行跟踪测角技术方法的研究
按照跟踪原理， 自动跟踪有 ３ 种体制： 步进跟踪 ， 圆锥 扫描 跟踪 和单脉 冲跟 踪Ｌ。 ２ ］ 步进跟踪的原理和设备都很简单 ， 即按一定的时间间 隔使天线在方位上（ 或高低面上） 以一个微小的角度作阶 跃状转动。这种体制 的缺点是天线波束不能停 留在对准 目 标的方向上， 而是在该方 向的周围不断地摆动， 因而跟 踪精度不高， 这种体制适用于基本不动的同步卫星 ， 对快
（ ｅａｔ ｎ ｆ ｐｉ ｌ ｎ ｌｃ ｉ ｑｉｍｅ ｔ Ｔ ｅ ａｅ ｆ ｕｐ ｎ ｏ Ｄ ｐｒ ｍｅｔ ｔ ａ ａｄＥｅｔ ｃ Ｅ ｕｐ ｎ ， ｈ ｄｍｙｏ ｉ ｏＯ ｃ ｒａ ｌ Ａｃ ｑ Ｅ ｍｅｔ ｍｍａｄ８ ｅｈ ｏ ｇ ， ￣ｉｇ１１ １ ） Ｃ ｎ ＬＴ ｃｎ ｌ ｙ Ｂ ｉ ０ ４ ６ ｏ ｉ ｎ
与 方 法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ己 口 年４ 口日 月
第２ 卷 第４ ７ 期
利 用 扩频 信 号进 行 跟踪 测 角 技术 方 法 的研 究
郝 建华 许 斌 刘 然
（ 备 指 挥 技 术 学 院 光 电装 备 系 北 京 １ １１ ） 装 ０ ４ ６
摘 要： 本文小结了各种跟踪测角技术的方法。重点研究了利用直扩信号跟踪测角的 ２ 种不同方法： 单通道体制方法、 双通 道自 相关方法。单通道体制方法直接将和差信号在一个通道内解扩解调来提取角度误差信息； 相关方法利用和差两支路 自
ｔ ｉ ｌｔ ｎ ｏ ｙ ｔ ｍＶｉｗ ｉｈ ｐ ｏ ｅ ｈ ｔ ｏ ｓａ ａｌｂ ｅ ｈｅｓｍｕ ａｉ ｎ Ｓ ｓｅ ｏ ｅ ｗｈ ｃ ｒ ｖ ｓｔ ｅｍｅ ｈ ｖ ｉ ｌ． ｄ ａ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｓ ｒ ａ ｐ ｃｒ ｍ ；ｎ ｌ ｒ ｃ ｎ ｍ ｏ ｏ ｕｓ ； ｅ ｏ ｕ ａｉｎ； ｕ ｌｃ ａ ｎ ｌ ； ｕｏ ｃ ｒｅａ ｉｎ ｙ ｒ ｓ ｐ ｅ ｄ ｓ ｅ ｔｕ ａ ｇ ｅｔａ ｋ ｇ； ｎ ｐ ｌｅ ｄ ｍ ｄ ｌｔ ｉ ｏ ｄ ａ ｈ ｎ ｅｓ ａ ｔ ｏ ｒ ｌｔ ｏ
高动态下直扩接收机关键模块的设计与仿真
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中 图分类 号 ：Ｔ ３ ３ ０ Ｐ ９ ．４ 文献 标 志码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ —６ ５ ２ １ ） ３ ０ ９ ．３ ０ １ ３９ （ ０ ２ ０ —９ １ ０
ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ －６ ５ ２ １ ． ３ ０ ５ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ．０ １ ９ ．０ ２ ０ ． ０ ２ ｓ ３
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ｌ ｐ 。Ｍ Ｔ Ａ ｏ ） Ａ Ｌ Ｂ仿 真结果表 明 ， 高达 ６ ｏ 在 ５ ｇ的视距 动 态应 力条件 下该设计 也 能够表 现 出其精确 、 稳定 的性 能。 关键 词 ：捕 获 ； 跟 踪 ；高动态 ；多普 勒 ； 鉴相 器
QPSK扩频调制信号载波跟踪环路设计
QPSK扩频调制信号载波跟踪环路设计裴军;杜晓辉;胡正群【摘要】扩频接收基带通常需要载波跟踪环来完成本地载波与接收信号载波的同步,科斯塔斯环是常用的非相干载波相位跟踪环,具有较好的鉴相特性.本文基于常规的单路单载波解调的科斯塔斯环原理.对科斯塔斯环做了改进,提出了对双通道平衡QPSK扩频基带所用载波跟踪环科斯塔斯环的改进方法.并推导出环路误差鉴相信号,用Matlab进行了仿真实验,结果证明利用本环路可实现载波稳定跟踪.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2010(026)005【总页数】5页(P83-87)【关键词】科斯塔斯环;QPSK解调;载波相位跟踪环;直接序列扩频【作者】裴军;杜晓辉;胡正群【作者单位】中国科学院国家天文台,北京100012;中国科学院国家天文台,北京100012;中国科学院研究生院,北京100039;中国科学院国家天文台,北京100012【正文语种】中文1 引言扩频载波接收信号的基带处理主要包括载波信号的捕获和跟踪，载波信号的跟踪通常采用载波相位跟踪环来完成。
由于在扩频系统中，载波信号低于接收噪声信号，完全被淹没在噪声之下，因此载波相位跟踪环很难提取扩频载波信号的相干载波。
此外，由于扩频载波接收信号上有数据调制，没有足够长的导频信号供跟踪环捕获载波信号，因此高质量的相干载波不易得到[1]。
扩频接收机载波的解调过程依赖于扩频信号的解扩所获得的扩频增益，这就要求系统在完成载波信号和扩频码的搜索和捕获后，才能进行载波的稳定跟踪。
扩频接收机通常采用非相干的科斯塔斯环来完成对载波的跟踪，这种非相干码鉴相器对载波相位跟踪没有很强的依赖性，不需要知道载波的精确相位，只要相位估计误差相对于预检带宽足够小即可，在高动态、低载噪比和有干扰情况下其综合性能较好。
本文在单路科斯塔斯环的基础上，分析了双路平衡QPSK的解调方法，对用于载波相位跟踪的科斯塔斯环做了改进，使之能实现载波跟踪，并推导出了环路误差鉴相信号，利用本环路可实现载波信号的稳定跟踪，可以应用到双路平衡QPSK的电路设计中去。
高动态扩频信号捕获的多普勒补偿
耗； 另一方面直接导致载 波多普勒频率 测频精度 的降低影 响
后续跟踪环路 的锁定 。因此高 动态环境下 的扩频信号 捕获 ， 多普勒补偿显得至关重要。现有文献大 多仅考虑 了载波频偏 及伪码频偏 的多普 勒补偿 ， 未 考虑对 多普 勒变化 率 的补偿 。 频移 的增大而减小 。为保证 多普勒频 移与 相关 积分时 间 造成 的衰减小 于 １ ｄ Ｂ， 应满 足以下公 式
ｃ ａ ｎ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｎａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｏ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｄｏ ｐ ｐｌ ｅ ｒ￣ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ．Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｉ ｍ— ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｓ ｈ ｏ ｌ ｄ ｏ ｆ ａ ｃ ｑ ｕｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｕ ｍ ；ｈ ｒ ｉ ｇ ｈ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ；Ｄｏ ｐ ｐ ｌ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
关键 词 ： 扩 ； 高动态 ； 多普勒补偿
中图分类号 ： Ｔ Ｎ ９ １ ４ ． ４ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ６— ０ ７ ０ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７—０ １ ２ ２— ０ ３
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｄｏ ｐ ｐ ｌ ｅ ｒ Ｃｏ ｍｐ ｅ ｎｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ Ａｃ ｑ ｕｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｈｉ ｇ ｈ Ｄｙ ｎａ ｍｉ ｃ Ｓ ｐｒ ｅ ａ ｄ Ｓｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ Ｓ ｉ ｇ ｎａ ｌ ｓ
高动态下长周期扩频信号快速捕获技术的研究
摘
要：高动 态下长周期直扩信号由于大的 多普勒频移影响捕 获时间极 长，提 出了一种 高动 态
直扩 系统 中长周期伪 码信 号的 快速捕 获 方 法 ，该 方 法利 用复数 Ｆ ｒ与 窗函数 卷 积 以及 相 干 累加 Ｆ 来 实现 ，适合 于多速 率数 据调 制 以及 大频 偏 下低 信 噪 比直扩 信 号 的接 收 ，捕 获 时 间短 ，且 易于 硬 件 实现 。实验结果 表 明 ，该方 法在 多普 勒 范 围为 一２０～ ＋ ５ ｋ ｚ ５ ２ ０ Ｈ 、低信 噪 比条件 下 快速 实现
ＢＩＷ ｅ ． ｏ ｇ．Ｌ Ｕ ． ｉ ｇ ｉｈ ｎ Ｉ Ｌｉｎ ｎ
（ ｏｌ ｅ ｆ ｎｏｍ ｔ ｎＳｉｎｅａ ｄＥ ｇｎｅｉｇ Ｙ ｎｈ ｎＵ ｉｅｓ ｙ Ｑ ｎ ！ ｎ ｄ ｏ０ ６０ ， ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆｒ ａｉ ｃ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒｎ ， ａ ｓ ａ ｎｖｒｉ ， ｉｈ｜ ｇ ａ ６ ０ ４ Ｃ ｉａ ｅ ｏＩ ｏ ｅ ｔ ａ
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高动态跳频载波跟踪技术
第４４卷 第２期系统工程与电子技术Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．２２０２２年２月ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＦｅｂｒｕａｒｙ ２０２２文章编号：１００１ ５０６Ｘ（２０２２）０２ ０６７７ ０７ 网址：ｗｗｗ．ｓｙｓ ｅｌｅ．ｃｏｍ收稿日期：２０２１０３２４；修回日期：２０２１０５２０；网络优先出版日期：２０２１０８２７。
网络优先出版地址：ｈｔｔｐｓ：∥ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２４２２．ＴＮ．２０２１０８２７．０９４９．００４．ｈｔｍｌ 通讯作者．引用格式：刘艺，周晓雄，程广俊．高动态跳频载波跟踪技术［Ｊ］．系统工程与电子技术，２０２２，４４（２）：６７７ ６８３．犚犲犳犲狉犲狀犮犲犳狅狉犿犪狋：ＬＩＵＹ，ＺＨＯＵＸＸ，ＣＨＥＮＧＧＪ．Ｈｉｇｈｄｙｎａｍｉｃｃａｒｒｉｅｒｔｒａｃｋｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｏｐｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０２２，４４（２）：６７７ ６８３．高动态跳频载波跟踪技术刘 艺 ，周晓雄，程广俊（北京遥感设备研究所，北京１００８５４） 摘 要：在无人机或导弹等高速运动目标间建立稳定、可靠的通信链路，需要突破高动态下的载波跟踪技术，考虑跳频通信系统的突发传输模式，本文提出基于开环最大似然估计（ｍａｘｉｍｕｍｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ＭＬＥ）和扩展卡尔曼滤波跟踪算法的高动态载波信号跟踪技术。
通过理论和仿真分析证实了该算法可有效克服传统环路的缺点，能够在低载噪比下稳定工作且跟踪频率误差小，可快速实现高动态环境下载波跟踪。
尤其对于初速度为３００ｍ／ｓ，初始加速度为１５犵，加加速度为每秒６０犵的高动态场景，本算法在低载噪比为３５ｄＢ Ｈｚ时锁定不同跳频频率的锁定时间缩短到传统算法的１％～２０％，效果显著。
关键词：载波跟踪；最大似然估计；高动态；扩展卡尔曼滤波器中图分类号：ＴＮ９１１ 文献标志码：Ａ 犇犗犐：１０．１２３０５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ５０６Ｘ．２０２２．０２．３９犎犻犵犺犱狔狀犪犿犻犮犮犪狉狉犻犲狉狋狉犪犮犽犻狀犵狋犲犮犺狀狅犾狅犵狔犻狀犳狉犲狇狌犲狀犮狔犺狅狆狆犻狀犵狊狔狊狋犲犿狊ＬＩＵＹｉ ，ＺＨＯＵＸｉａｏｘｉｏｎｇ，ＣＨＥＮＧＧｕａｎｇｊｕｎ（犅犲犻犼犻狀犵犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犚犲犿狅狋犲犛犲狀狊犻狀犵犈狇狌犻狆犿犲狀狋，犅犲犻犼犻狀犵１００８５４，犆犺犻狀犪） 犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｓｔａｂｌｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｌｉｎｋｓｂｅｔｗｅｅｎｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅｏｒｍｉｓｓｉｌｅｓ，ｗｅｎｅｅｄｔｏｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｕｎｄｅｒｈｉｇｈｄｙｎａｍｉｃｃａｒｒｉｅｒｃａｐｔｕｒｅａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｈｏｐｐｉｎｇｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｕｒｓｔｔｒａｎｓｆｅｒｍｏｄｅ，ａｎｏｐｅｎｌｏｏｐｏｆｍａｘｉｍｕｍｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ（ＭＬＥ）ａｎｄｅｘｔｅｎｄｅｄＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｉｓａｆａｖｏｒａｂｌｅｃｈｏｉｃｅｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｔｒａｃｋｉｎｇｉｎｈｉｇｈｄｙｎａｍｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｉｔｉｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｄｒａｗｂａｃｋｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｌｏｏｐ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｗｏｒｋｓｔｅａｄｉｌｙｉｎｔｈｅｌｏｗｃａｒｒｉｅｒｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ，ａｎｄｃａｎｑｕｉｃｋｌｙｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｔｒａｃｋｉｎｇａｔｌｏｗｅｒｒｏｒｒａｔｅｏｆｃａｒｒｉｅｒｔｒａｃｋｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｎｈｉｇｈｄｙｎａｍｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｆｏｒｔｈｅｈｉｇｈｄｙｎａｍｉｃｓｃｅｎｅｗｉｔｈｉｎｉｔｉａｌｓｐｅｅｄｏｆ３００ｍ／ｓ，ｉｎｉｔｉａｌａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆ１５犵ａｎｄｊｅｒｋｏｆ６０犵ｐｅｒｓｅｃｏｎｄ，ｔｈｅｃａｐｔｕｒｅａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇｔｉｍｅｏｆｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｒｅｄｕｃｅｄｔｏ１％～２０％ｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｌｏｏｐａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｈｅｎｔｈｅｌｏｗｃａｒｒｉｅｒｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｉｓ３５ｄＢ Ｈｚ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｃａｒｒｉｅｒｔｒａｃｋｉｎｇ；ｍａｘｉｍｕｍｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ（ＭＬＥ）；ｈｉｇｈｄｙｎａｍｉｃ；ｅｘｔｅｎｄｅｄＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒ０ 引 言复杂的战场环境下，无人机、导弹等高速飞行体在高动态环境下的通信问题已日益成为研究热点。
一种高动态弱GNSS_信号跟踪解调算法研究与实现
第 21 卷 第 11 期2023 年 11 月太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information TechnologyVol.21，No.11Nov.，2023一种高动态弱GNSS信号跟踪解调算法研究与实现吴军伟，梁涛涛，王川(中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621999)摘要：在某些高动态弱信号场景中，载波相位难以锁定。
为实现对高动态弱全球导航卫星系统(GNSS)信号的跟踪，考虑锁频环较锁相环更为鲁棒，提出了一种基于锁频环(FLL)+差分解调的算法，实现对GNSS信号的跟踪和解调。
该算法采用二阶FLL实现对卫星信号的频率进行跟踪，差分解调算法实现对比特数据的解调。
工程应用上，算法采用现场可编程门阵列和数字信号处理器(FPGA+DSP)的架构实现，在FPGA中实现信号的跟踪信号的前处理，在DSP中实现跟踪环路算法、位同步和差分解调。
本文在Matlab平台中实现算法的仿真，通过模拟器平台和对天接收真实的GNSS信号对算法进行验证。
仿真结果与实验结果表明，该算法在高动态弱信号条件下能实现对卫星信号的稳定跟踪和数据的解调，克服了锁相环难以锁定导致数据无法解调的难题，最终实现GNSS信号在该条件下的位置、速度和时间(PVT)解算。
关键词：高动态弱GNSS信号；二阶FLL；比特同步；差分解调；现场可编程门阵列和数字信号处理器(FPGA+DSP)中图分类号：TN961 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2021322Research and implementation of tracking demodulation algorithm for highdynamic and weak GNSS signalWU Junwei，LIANG Taotao，WANG Chuan(Institute of Electronic Engineering，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621999，China)AbstractAbstract：：In some high dynamic weak signal scenarios, the carrier phase is difficult to lock. In order to track the high dynamic weak Global Navigation Satellite System(GNSS) signal, considering thatthe Frequency Locked Loop(FLL) is more robust than the Phase-Locked Loop(PLL), an algorithm basedon FLL+differential demodulation is proposed to track and demodulate the GNSS signal. The algorithmuses the second-order FLL to track the frequency of satellite signal, and the differential demodulationalgorithm is employed to demodulate bit data. In engineering application, the algorithm adopts thearchitecture of Field Programmable Gate Array+Digital Signal Processing(FPGA+DSP), realizes the pre-processing of signal tracking signal in FPGA, and realizes the tracking loop algorithm, bitsynchronization and differential modulation in DSP. The simulation of the algorithm is performed inMatlab platform, and the algorithm is verified by receiving the real GNSS signal from the simulatorplatform and the sky. The simulation and experimental results show that the algorithm can realize thestable tracking of satellite signal and data demodulation under the condition of high dynamic and weaksignal, and overcome the problem that the data cannot be demodulated due to the difficulty of PLLlocking, finally realize the Position Velocity and Time(PVT) solution of GNSS signal under this condition.KeywordsKeywords：：high dynamic and weak Global Navigation Satellite System(GNSS) signal；the second order Frequency Locked Loop(FLL)；bit synchronization;differential demodulation；Field ProgrammableGate Array+Digital Signal Processor(FPGA+DSP)在某些特殊的弱信号、高动态环境下[1]，天线相位衰减起伏较大，锁相环无法实现对GNSS信号的相位跟踪，无法实现数据的解调和观测量的提取，导致PVT解算结果错误甚至解算中断。
高速通信中的载波相位跟踪
高速通信中的载波相位跟踪崔准;郏文海【摘要】In order to solve the communication speed of the spread spectrum communication system is relatively low and unable to meet the communication needs of high-speed wireless transmission of high-definition image, a key technology is studied to achieve high- speed baseband demodulation, which is the carrier phase tracking technology.%为了解决扩频通信体制的通信速率相对较低而无法满足高速高清图像的无线传输通信需要的问题，文中对实现高速基带解调的一项关键技术，也就是载波相位跟踪技术进行了研究。
【期刊名称】《物联网技术》【年(卷),期】2012(002)003【总页数】4页(P63-65,68)【关键词】高速通信;载波;相位跟踪;正交下变频【作者】崔准;郏文海【作者单位】中国电子科技集团公司第二十研究所,陕西西安710068;中国电子科技集团公司第二十研究所,陕西西安710068【正文语种】中文【中图分类】TN9110 引言采用扩频体制的通信系统具有较高的抗干扰能力，但由于扩频通信体制通信速率相对较低，无法满足一些高速通信的需要，如高清图像的无线传输，因此只有通过解调基带码流才能获取较高的信道速率，从而满足此类场合的无线数据传输需求。
而实现高速基带解调的其中一项关键技术就是载波相位跟踪。
为此，本文对高速通信中的载波相位跟踪技术进行了研究。
1 载波相位跟踪理论分析1.1 载波相位误差对信息解调的影响对于以相位键控方式调制的中频信号，接收方通常在中频采样后采用正交下变频的方式将输入的中频采样信号分解为两路正交的基带码流I路和Q路。
扩频通信中直接扩频系统的同步技术
摘要扩频通信作为一种新型的通信体制，具有很多独特的优点，在军用和民用领域中都得到了广泛的应用。
扩频通信中一个关键性的问题就是扩频信号的同步，包括捕获和跟踪两个步骤，同步性能的优劣直接影响到整个扩频通信系统的性能。
因此，对直扩系统同步的研究具有很大的实用价值。
本文深入研究了扩频通信中直接扩频系统的同步技术，包括伪随机(PN)序列的捕获、跟踪和载波同步。
在伪随机(PN)序列的捕获中研究了串并结合的大步进方法。
研究了伪码串行-载波并行、伪码并行-载波串行、伪码串行-载波并行、伪码并行-载波并行4种捕获方法。
在特定的参数下，设计出直扩通信系统，并在高斯信道条件下，仿真得出了直扩系统的误码率性能曲线，在此基础上运用了伪码并行-载波串行的方法进行仿真分析，从MATLAB仿真结果可以看出捕获方案确实可行。
关键词：扩频通信；同步；捕获；跟踪AbstractAs a new type of communications system,spread spectrum communications has many unique advantages, and has been widely used in both military and civilian fields. The synchronization of spread specturn signal, including acquisition and tracking, is the key problem of spread specturn communication. The performance of synchronizing has direct impact on the whole spread spectrun communication system. As a result, it’s very important to discuss this problem.This paper researches into synchronization techniques of direct-sequence spread spectrum systems, which include PN code acquisition, PN code tracking and carrier recovery. we studied PN acquisition scheme, large step acquision scheme. This paper discusses four capture methods about serial PN code, serial carrier, parallel PN code, serial carrier, serial PN code, parallel carrier, and parallel PN code, parallel carrier. Incertain parameters, design of direct sequence spread spectrum communication system, and in the Gauss channel conditions, simulation of the curve of the BER performance of DSSS system, on the basis of using the parallel PN code, carrier serial simulation, simulation results can be seen from the MATLAB capture scheme is feasible.Keywords: S pread Spectrum Communications; Synchronization; Acquisition; Tracking目录1 绪论 (1)2直接序列扩频通信的理论基础 (4)2.1扩频通信的理论基础 (4)2.1.1基本理论 (4)2.1.2扩频通信的特点 (5)2.2直接序列扩频通信系统 (6)2.3伪随机序列 (9)2.3.1m序列 (10)3 直接序列扩频系统的同步 (12)3.1同步机理 (12)3.2信号捕获 (12)3.3 信号跟踪 (17)3.3.1 载波跟踪技术 (17)3.3.2 锁相环原理 (18)3.3.3 锁频环原理 (20)3.3.4 锁相环与锁频环的性能比较 (21)4直扩系统的仿真分析 (23)4.1设计参数 (23)4.2 直扩通信系统的原理框图 (23)4.3直扩通信系统的仿真分析 (24)4.4 直扩系统的抗干扰性能分析 (30)5 同步仿真分析 (31)5.1同步参数设计 (31)5.2 PN码的自相关性仿真 (31)5.3 捕获 (32)5.4 跟踪 (36)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录A 英文原文 (43)附录B 中文翻译 (55)附录C 程序 (64)1 绪 论扩频通信是建立在ClaudeE.Shannon 信息论基础之上的一种新型现代通信体制。
一种应用四相鉴频的扩频接收机载波快速同步技术研究
⑥ ２ ０ Ｓｉ ｅｈ Ｅ ｇｇ ０８ ｃ ．Ｔ ｃ． ｎｎ．
一
种 应 用 四相 鉴 频 的 扩 频 接收 机 载 波快 速 同步 技 术 研 究
李 陟 吕卫华
（ 国 空 空 导 弹研 究 院 ， 阳 ４ １０ 中 洛 ７ ０９）
摘
要
针对高动态扩频接 收机 的设 计要求， 为提高载波 同步 的速度 ， 出了一种 应用 四相鉴频算 法的载 波快速 同步 方案。 提
（） 中， １式 ｋ为离 散 时 间点 ； （ 为 伪 随 机码 码 片 ） 相位差 ； （ ）ｓ ｃｆ１ ）为频 差 时 的 伪 随机 舡 Ｊ ］ｉ （ｄＴ ｊ ｎ ｝
的鉴频辅助策略 ， 对载波同步效率有较 大影响。本
文针对 这种 影 响 ， 过 分 析 四相 鉴 频 算 法 特 点 ， 通 提
维普资讯
第 ８卷 第 １ ８期 ２０ ０ ８年 ９月 １７ —８ ９ ２ ０ ）８ ５７ －６ ６ １１ １ （ ０８ １— １８０
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ． Ｎ １８ ｏ． ８ １
Ｓｐ ｅ． ２０ ０８
Ｓ ｉｎ ｅＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｎ
Ｑ（ ） Ｒ［ ） ・ ｉｃｆ￣ ） Ｉ ＝Ａ （ ］ ｓ （ａ Ｔ × ｉ ｝ ｎ ｒ ｓ ［ （ 一１２ Ｔ＋ 】 Ｑ ） ｉ ２ ｎ ｊ ／ ） ＋ｎ （ ｝ （） １
低至叉积频率线性跟踪环 的工作范 围后进行 载波
频率 跟踪 ， 同 步 能 够 满 足 快 速 性 与 准 确 性 的要 使 求 。四相鉴 频 辅 助 频 率 牵 引 性 能 的 改 善 对 载波 同 步 中辅 助 频 率 捕 获 产 生 了积 极 的作 用 。但 是 不 同
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３ 多进制扩频系统载波跟踪方案
对 于多进制扩 频 系统 ， 在高 动态环 境下 由于加 速度
引起的多普勒 频偏 变化 ， 在初 始捕 获 时无法 仅通 过 ＦＴ Ｆ ｒ
图中 ｃ ， ， Ｃ 是滤波器两个重要的参数 ， 这两个参数是 由滤波器的噪声带宽、 时间周期和阻尼因子决定的， １ ） 式（４
本地载波振荡器产生 的同相支路 和正交支路分 别为
Ｑ（ Ｔ ｋ ）＝ｓ （ ｋ ２ｋ ） ｉ ｗ Ｔ＋ （ Ｔ ） ｎ
和式（５ 为 Ｃ ， １） １ ｃ 的计算公式 ， 详细推 导见文献［ ］ ７。
悲－
（１ １）
（２ １）
ｋ ）＝ｓｎ Ｄ ｔ ）・ ｒｓ（ ｇ （ ｏ（ ） Ｃ ｏｓ ）＝ ｓｎ Ｄ ｔ ）・ 后 Ｄ（ 一１ ｇ （ ｏ（ ） Ａ Ｄ（ ） ）・
÷ｃｓ （Ｔ ） ｏ（ ｋ ）
１
ｓ ｅ（ ｉ ｎ
×叮 ）Ｘｓ （ 一 一）＋ Ｔ ｉ １ （ ） ｒ ， ｎ
现 动态信号 的快速 、 精确跟 踪。理论分析 和仿真结果表 明， 该方 法具有 良好 的跟 踪效果。
【 关键词 】高 动态 ； 制扩频 ； 多进 载波跟踪 ； 频环 ； 相环 锁 锁
Ｓｔ ｄｙ ｏ ｒ ｉｒ Ｔｒ ｃ ｉ ｇ ｆ ｒ Ｈｉ ｈ ｎ ｍｉ － ｙ Ｓ ｅ ｄ Ｓ ｃ ｒ ｍ ｉ ｎａ ｓ ｕ ｆ Ｃａ ｒ ｅ ａ ｋ ｎ ｏ ｇ Ｄｙ ａ ｃ Ｍ ａｒ ｐｒ ａ ｐｅ ｔ ｕ Ｓ ｇ ｌ
［ｏ（ ￣ Ｔ＋ ｌｋ ）＋ （ Ｔ ）＋ ｃｓ２ ｋ （ Ｔ ２ｋ ） ｏ （） ９
分时间 ； 为阻尼 因子 ， 常取经验值 ＝０ ７７； ｄ， ０ ．０ Ｋ Ｋ 分
别为鉴别器 和压控振荡器的增益 。
ｅ ｓｑ （ Ｔ ） ｏ（￣ ｋ ） ］ 。
＝Ｓｋ ）・ （ Ｔ （Ｔ ｐ ｋ ）＝
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 （ Ｌ ） Ｆ Ｌ 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 Ｐ Ｌ和 Ｆ Ｌ的优 Ｌ Ｌ
设输 中频信号经混频 ， 积分清除后得到 的信号为 ， ）一Ａ ｋ ｓ ｃ （ ）・Ｔ ］・ （ Ｄ（ ）ｉ ［ ｋ １ ｎ
Ｆｌｌ ｅ ｔ ｏ ｆｃ ｒｉｒｔａ ｋｎ ｏ ｉ ｉｇＦＬ ｔ Ｌ ｓｐｅ ｅ ｔｄ ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ Ｔ ｅ ｄ ｎ ｍｉｓｏ ｈ ｉｎ ｌｃ ｎ ｂ ｅ ｖ ｄ ｂ Ｌ．ｎ ｈ Ｊ．ａｎ ｗ ｍｅｈ ｄ ｏ ａ ｒｅ ｒｃ ｉｇ ｃ ｍｂｎｎ Ｌ ｗｉｈ Ｐ Ｌ ｉ ｒｓｎ ｅ ｎ ｔｉ ａ ｅ． ｈ ｙ ａ ｃ ｆｔｅ ｓｇ ａ ａ ｅｒｍｏ ｅ ｙＦＬ ａ ｄ ｔｅ Ｊ ｐ ａｅ ｃ ｎ ｂ ｒｃ ｅ ｒ ｃｓ ｌ ｙＰＬ Ｔｈ ｏｙ ａ ａｙ ｉ ｎ ｉ ｌｔｏ ｅｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｓｍｅｈ ｄｈａ ｈ ａ ｏａ ｌ ｆｅ ｔ ｈ ｓ ａ ｅ ｔａ ｋ ｄ ｐ ｅ ｉｅｙ ｂ Ｌ． ｅ ｒ ｎ ｌｓｓａ ｄｓｍｕａｉｎ ｒｓ ｌｓｓ ｏ ｔａ ｈｉ ｔｏ ｓｔｅ ｆｖ ｒｂｅ ｅｆｃ．
所 以误差信号 为
１
＝ × ＝ ｉ ２ ｋ） 寺ｓ （ ￣ Ｔ） ｎ ｑ（
（） １ ３
＝［ （ 一 式 中： ） 输出信 号与 ｓ （￣ （ Ｔ ）成正 比， ｉ ２ ｋ ） ｎ 经环 路滤波 后 ， 实现载波同步。
Ａ ｋ １］ Ｌ（ 一 ）Ｔ＝
； Ｉ 当
Ｖ １＝ｓｋ ）・ （Ｔ ＝ （ Ｔ ，ｋ ）
去
ｏ
（５ １）
位。
式 中： ∞ 为环路 固有振荡频率 ， 通常在设计时用滤波器 的
ＣＳ Ｏ（
—
＋ ｌｋ ） ｃ ｓ∞ ＋ （ Ｔ ）＝ （ Ｔ ）・ ｏ（ ２ ｋ ）
噪声带宽 曰 来取代 ， ＝ （ ）； Ｂ １＋ Ｔ为相干积
【 ｂｔ ｃ】 ｏ ｔ ｕｓｏ ｒｅ ｎｈ ｎ ａｏ ｉ － ）ａ ｉ Ｍ ａｙ ｐｅｄｓｅｔ ｉ ａ ， ａｅ ｎ ｎｌｉｇ ｈ ｄａｔ ｅ ｆ Ｌ ｎ Ａ ｓ ａｔ Ｆｒｈ ｑｅｉ ｏ ｃ ｒｒ ｙｃｒ ｉ ｔｎｏ ｈ ｈ ｄｎｍｃ —ｒ ｓｒ ｐｅ ｒ ｅ ｔｎ ｆ ａ ｉ ｓ ｏ ｚ ｉ ｆ ｇ ａ ｍｍｓ ｎｌ ｂｓｄｏ ａ ｚ ｅａｖｎ ｇｓ Ｌａｄ ｇ ｓ ａ ｙｎ ｔ ａ ｏＰ
Ｔ Ｍ ． ｓ．Ｎ 丌Ｇ
嘲 教 耪 磺
Ｉ ０ 哐 ａｉ … ｅ ａ ｎ ｉ ４
【 本文献信息】黄烈超 ， 张天骐， 谭方青， ． 等 高动态多进制扩频信号的载波跟踪技术研究［］ 电视技术， １ ， （ ） Ｊ． ２ ２３ ３ ０ ６
高动态多进制扩频信号的载波跟踪技术研究
锁相环直接 跟踪 载波 的相位 ， 由于 Ｃ ｓ ｓ 对载 波 ｏｔ 环 ａ
２ 环路 滤 波器 （ Ｆ Ｌ）
环路滤 波器 在载 波 跟踪 环路 中有着 非 常重 要 的作 用， 不仅具有低通滤波作用 ， 更重要 的是对环路参 数调整 起着决定性作用 。文献 ［ ］ ６ 对各 种常用 的环路 滤 波器做
）
Ｃ 使 跟踪输人载波 ， 当 （ Ｔ 一 ０时 ， ｋ） 认为 ・ ｌ ＇ 时，ｉ 订 《了 ｒ ｒ ｓ ｅ（ × 去控制 Ｎ Ｏ， ｎ 一 。由此误差控制量
叮 ）一 １，ｉ（ 一 Ｔ ｓ ￣ ｎ
１２ 锁相环 ．
来控制载波 Ｖ Ｏ调整频率产生 ， Ｃ 以达到跟踪 频率 的 目的。
黄 烈超 ， 张天骐 ， 谭方青 ， 余 熙
（ 重庆邮电大学 信 号与信息处理重庆市重点 实验室， 重庆 ４０ ６ ） ００ ５
【 要】针对高动态环境下多进制扩频信号的载波同步问题 ， 摘 在分析锁相环（ Ｉ ） ＰＪ 和锁频环（ Ｌ ） Ｌ Ｆ Ｌ 环路各 自 优点的基础上， 研 究 了采用锁 频环 和锁相环相 结合的方 式进行 载波信号跟 踪。利用 Ｆ Ｌ动 态适应 能力较 强和 ＰＬ具有 较好 跟踪精 度 的特 点， Ｌ Ｌ 实
１ ４ 《 视 术 第３卷第 期 总 ７期 稿网 ｔ： ｗ ． ｅＥ ａ １ 电 技 》 ６ ３ （ 第３ ｊ ８ Ｉ 投 址ｈ ／ ｗ ｉｏ． ｔ／ Ｖ ｐｗ ｄ ｃ
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Ｉ Ｉ 匹ｎ ＊ｃ ｎ Ｅ ｄ０ ｉ ｒ ｃｉ ｑ
Ｔ Ｍ Ｇ Ｒ Ｎ８
＝
为 了便于分析 ， 不考虑 噪声 的影响 ， 假设输 入信号是
幅度为 １的中频载波信号 ， Ａ Ｄ采样后为 经 ／
５ｋ ）＝ｅｓ ｗ Ｔ＋ ｌｋ ） （ｒ ｏ（ ｋ （ Ｔ ） ，ｋ ）＝Ｃ Ｓ （Ｔ Ｏ（ ＋ （Ｔ ） ２ｋ ） （） ６ （） ７ （） ８
图 ３ 理 想二 阶 数 字环 路滤 波器 的基本 原 理 框 图
１ 锁 频环 和锁 相环 的数 学模 型及 基本
原 理
扩频通信 中载波的同步包括载波的捕获和跟踪 ， 载波
的捕获通 常 采用 ＦＴ 得粗 略 的载 波频 率 ， 利用 Ｆ ｒ获 再
Ｆ Ｌ和 Ｐ Ｌ实现 载波 的频率跟踪 和相位跟踪 。 Ｌ Ｌ
Ｃ Ａ Ｃ的误差控制 函数可以表示 为 ＰＦ
（Ｌ） ， Ｐ Ｌ 前者也是锁相环 的一种 。Ｐ Ｌ直接跟踪载 波相 Ｌ
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 ，Ｌ Ｐ Ｌ的跟 踪精
图 １ ｃ ＡＦ 基 本 原 理 图 Ｐ Ｃ
度将会降低 ， 只能通过增加 环路带宽来应对。而环路带宽
【 ｅ ｏｄ】ｈ ｈｄｎｍｃ Ｍ—ｒ ｓｒ ｄｓｅｔ ｍ； ａ ｉ ａｋｎ； Ｌ ； Ｌ Ｋ ｙｗ ｒｓ ｉ ｙａ ｉ； ａ ｐ ａ ｐｃ ｕ ｃｒｅ ｔ ｃｉ Ｆ Ｌ Ｐ Ｌ ｇ ｙ ｅ ｒ ｒ ｒｒ ｇ
由于扩谱技术具有很强抗 的干扰 、 低截获概率性等优 １１ 锁 频 环 ．
点 ， 因而其在军用通信 、 武器制导 系统等军事 领域得 到 的捕获与跟踪 。在高动态环境 中， 由于载体机动引起 的多 普勒频偏对载波 的捕获和跟踪带来 了许多问题 ， 国内外专
ＨＵ ＡＮＧ Ｌ ｅ ｈ ｏ，Ｚ ｉｅ ａ ＨＡＮＧ Ｔｉｎ ｉ ＡＮ ａ ｇ ｉｇ，ＹＵ ａ ｑ ，Ｔ Ｆ ｎ ｑｎ ｘｉ
（ ｈｎｑ ｇＫｙＬｂｒ ｏ ｎｌ ｎ ｆｒ ａｏ ｒ ｅ ｉ ， ｈｎｑ ｇＵ ｉ ｒｔ ｏ ｓ ｎ ｅ ｃ ｍ ｎ ａ ｏｓ Ｃ ｏｇ ｉ ０６ ， ｈ ａ Ｃ ｏ ｉ ｅ ｏ ｔ ｙ ｆ ￣ ｄ ｎ ｍ ｔｎＰｏ ｓｎ Ｃ ｏｇ ｉ ｎ ｅ ｉ Ｐ ｔａ Ｔ ｅ ｍ ｕ ｉ ｔ ｎ ， ｈｎｑ ｇ ００ ５ Ｃ ｉ ） ｇｎ ａ ａ ｒｏｓ ａ ａ Ｉ ｏ ｉ ｃｓ ｇ ｎ ｖ ｓｙ ｏ ｓ ｄ ｌ ｏ ｆ ｃｉ ｎ４ ｎ
（） ５
＝￣ ｓ （ （Ｔ ） － ｎ ｋ ） ｌ
式 中： 假设 ｏ（ ）＝ｏ ｋ一 ）， Ｏ ｋ Ｄ ｋ １ ｋ （ １ 则 （ ） （ 一 ）＝１； 为 多普勒角频率残差 ， 且 ＝ （）一 （ 一１ ）； ＝ ×＋ ｔ 。， 连续采样相位变化为 一
锁频环通常采用叉积 自动频率跟踪算 法 （ Ｐ Ｆ ） Ｃ Ａ Ｃ
了广泛应用。扩频通信 中最重要 的问题是对 载波和伪码 来实现对载波频率的跟踪 ， 其基本原理框 图如图 １ 所示 。
家和学者围绕 载波 的捕获和跟踪进行 了大量研究 ， 但多是 围绕低动态 、 低码率的信号展开 。
常用 的载 波跟 踪 方 法 主要 是 Ｃ ｓ ｓ环 和 锁 相 环 ｏｔ ａ
Ｃ
一
１
８
Ｔ
式 中： Ｔ为采样周期 ； 为载波频率 ； 为载波初始相位 ；
（ Ｔ 为 时 刻本 地 载 波 的估 计 相 位 。令 （ Ｔ ＝ ｋ） ｋ）
．
４＋４ Ｔ＋（
）
ห้องสมุดไป่ตู้
（４ １）
（Ｔ 一 （ Ｔ 是 时刻本地载波和输入信号的误差相 ｋ ） ｋ）