高階窄帶鎖相環(huán)技術(shù)研究.pdf

1、深空測(cè)控系統(tǒng)中，由于受航天器應(yīng)答機(jī)發(fā)射功率的限制，且目標(biāo)距離又很遠(yuǎn)，造成中頻輸出信號(hào)的載噪比很低。另外，深空飛行器的高速運(yùn)動(dòng)又使應(yīng)答機(jī)下發(fā)的下行信號(hào)中夾雜著高動(dòng)態(tài)多普勒信號(hào)。這些因素導(dǎo)致傳來(lái)的載波信號(hào)難于捕獲、跟蹤，給遙測(cè)信號(hào)的解調(diào)，測(cè)距、測(cè)速信號(hào)的提取都帶來(lái)實(shí)際困難。針對(duì)此問(wèn)題，本文特別設(shè)計(jì)了高階鎖相環(huán)捕獲深空多普勒信號(hào)。 針對(duì)傳統(tǒng)二階鎖相環(huán)跟蹤多普勒信號(hào)產(chǎn)生非零值穩(wěn)態(tài)相差致使環(huán)路失鎖的問(wèn)題，本文獨(dú)特地采用了特殊2型環(huán)路濾波器

2、(環(huán)路濾波器傳函含有2個(gè)原點(diǎn)處的極點(diǎn))設(shè)計(jì)三階鎖相環(huán)系統(tǒng)，利用奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)證明此高階鎖相環(huán)系統(tǒng)為穩(wěn)定、可靠系統(tǒng)。文中重點(diǎn)設(shè)計(jì)鎖相環(huán)中環(huán)路濾波器部分，給出詳盡的環(huán)路噪聲帶寬理論推導(dǎo)過(guò)程，并建立完整的環(huán)路參數(shù)設(shè)定公式。通過(guò)對(duì)比指出鎖相環(huán)環(huán)路噪聲帶寬對(duì)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性的影響。理論分析及仿真結(jié)果證明此種三階鎖相環(huán)對(duì)多普勒信號(hào)具有零穩(wěn)態(tài)相差的捕獲能力，對(duì)含有多普勒頻移的載波信號(hào)具有較好的鎖定效果。 鎖相環(huán)路帶寬和動(dòng)態(tài)跟蹤能力是一對(duì)矛盾指

3、標(biāo)，要求窄的環(huán)路帶寬，必然使環(huán)路動(dòng)態(tài)跟蹤能力變?nèi)?，而寬的環(huán)路帶寬又會(huì)降低鎖相環(huán)抑制噪聲的能力，且過(guò)低的環(huán)路信噪比會(huì)導(dǎo)致鎖相環(huán)失鎖。為解決這一矛盾，本文改進(jìn)傳統(tǒng)的單FFT運(yùn)算，提出采用FFT結(jié)合擴(kuò)展卡爾曼濾波的中心頻率預(yù)測(cè)算法，以提高鎖相環(huán)中心頻率的預(yù)置精度和鎖相環(huán)捕獲高動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力。實(shí)現(xiàn)窄帶下鎖相環(huán)對(duì)高動(dòng)態(tài)信號(hào)的捕獲。 最后在硬件平臺(tái)上進(jìn)行硬件模擬實(shí)現(xiàn)，使用硬件仿真實(shí)驗(yàn)板FPGA+DSP結(jié)構(gòu)模擬鎖相環(huán)的載波捕獲過(guò)程。結(jié)果顯示，