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同步接收机的算法思路


直扩系统的接收机框图

LNA

混频器

滤 波 器

×

解调

输出

本振

本地 PN 码

同步

精确同步分为 1.伪码跟踪 2.载波跟踪。跟踪主要是进行伪码剥离和载波剥离。 1. 多普勒频移效应对信号接收产生的影响 引起相位斜升、相位加速度和加加速度等变化。 多普勒频移(Doppler shift)的基本公式为 f d ?

vo ? v s f L , f d 为产生的多普勒频率, c

f L 为卫星发射机定位信号的频率, vo 为卫星速度, vs 为接收机速度。其确定了捕获过
程中的频率搜索范围。 而多普勒变化率(Doppler rate)定义为: ?f d ?

f L d (v o ? v s ) ( Hz / s )。其确定了跟踪 c dt

时的频率修正率。并且接收机的加速度是影响其变化的主要因素。 针对载体的位移、速度和加速度,多普勒效应的影响可以描述为相位阶跃(rad),频率阶 跃(rad/s)和频率斜升(rad/s2),即:

? d (t ) ? ?? ? ?wd t ?

1 2 Rt 2

在高动态环境下,Doppler 影响变大,需要系统捕获跟踪的带宽变大,导致噪声影响变 强。 2. 扩频码的跟踪 利用锁相环控制本地码的时钟相位,分为相干和非相干两类。 相干锁相环需要利用载波信息,非相干锁相环则不需要利用载波信息,适合低 SNR 的系 统。 利用延迟锁时环(DLL) ,超前相关器和滞后相关器。

同相、正交分量分别为

I (k ) ? AR[? (k )]sin c{?f d (k )?T } cos? (k ) ? nI (k ) Q(k ) ? AR[? (k )]sin c{?f d (k )?T }sin ? (k ) ? nQ (k )

?f d 为多普勒频偏估计残差; ? (k ) 码相位偏差; R[? (k )] 伪码自相关函数
假设超前滞后之路间相位间隔 d ? 2? ,则非相干 DLL 控制量 E(k)为

E (k ) ? I e2 (k ) ? Qe2 (k ) ? I l2 (k ) ? Ql2 (k ) ? A 2 sin c 2 {?f d (k )?T }{R 2 [? (k ) ? ? ] ? R 2 [? (k ) ? ? ]} ? KD (? , ? )
D(? , ? ) 称为鉴相特性。只与 ? (k ) 和 d ? 2? 有关。
对相关间隔 d ? 2? 的不同取值会带来不同的线性工作范围和鉴相增益,需要在二者中 取折中。 环路滤波器分析 环路滤波器分为典型二阶环、非理想二阶环、理想二阶环和理想高阶环等 针对高动态环境下,相位阶跃信号可以被任何环路跟踪;频率阶跃信号在一阶环和非理 想二阶环存在固定稳态误差,理想二阶环和理想三阶环无误差;频率斜升信号在一阶环 和非理想二阶环无法跟踪,理想二阶环存在固定稳态误差,理想三阶环无误差。 在 SNR 和误码率 Pe 取折中,选用理想二阶环,即一阶有源环路。 取阻尼因子 ? ? 0.707,环路带宽为 BL ? 0.53wn , H ( z ) ?

K2 K1 ? ?1 1? z (1 ? z ?1 ) 2

3. 载波跟踪 非相干载波跟踪适合于高动态环境下,Costas 环在低 SNR 下性能较好。 载波跟踪分为频率跟踪(FLL)和相位跟踪(PLL) 载波跟踪算法有最大似然估计算法 (MLE)扩展卡尔曼滤波、 、 自适应最小均方算法 (ALS) 、 自动频率控制环(AFC)和 Costas 环路。 在高动态环境下用交叉 AFC 和 Costas 环路结合的办法

载波跟踪方案:FLL+PLL。FLL 利用交叉积 AFC(CPAFC) ,PLL 利用科斯塔斯(Costas)环。



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