多普勒频偏条件下锁相环的捕获与跟踪技术研究

论文摘要

随着通信技术的不断发展,使得信息交换技术正逐渐成为信息产业研究领域的主要问题。尤其为卫星通信提出了更高的要求,因此信息的准确发送与成功接受是卫星正常运行的前提。鉴于信息在长距离传送过程中噪声的严重影响,增加了锁相环信号处理单元,用于对信号的快速捕获与无误差跟踪。本文对国内外关于锁相环捕获与跟踪性能的研究现状进行了综合分析比较,从另一个角度对多普勒条件下的锁相环性能进行了分析和研究。首先,本文以锁相环的基本构成为基础分析了锁相环的数学模型,从环路函数关系式的角度出发,对锁相环的稳定性性能进行了深入分析。通过锁相环捕获与跟踪算法的研究,更为全面的掌握了环路的跟踪特征以及捕获特性本身的缺陷。其次,本文针对环路带宽大小的选择与对环路输入噪声的抑制和频率的牵引之间的相互制约关系,根据传统锁相环的基本理论和构成,建立了辅助捕获锁相环的数学模型。通过仿真,给出了不同条件下的相轨迹和时间响应图以及任意初始相差对应的捕获带。实验表明,此方法有效解决了环路带宽与噪声滤除和频率牵引之间的矛盾,在工程应用中具有一定的指导意义。最后,针对传统二阶锁相环不能满足多普勒条件下的精密测速的缺点,本文建立了四阶锁相环的数学模型,分析了四阶环路的滤波器参数设计原则和设计方法,并给出了环路滤波器的数字实现框图和跟踪卫星多普勒频偏能力的仿真结果。实验表明,此方法在实现对卫星多普勒频偏跟踪中具有更大的优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的内容
• 1.4 研究意义
• 1.5 本文组织结构
• 第2章 锁相环路的基本概述
• 2.1 锁相环的基本原理
• 2.2 锁相环的子路分析
• 2.2.1 环路鉴相器
• 2.2.2 环路滤波器
• 2.2.3 环路压控振荡器
• 2.3 锁相环路的基本方程及状态分析
• 2.3.1 锁相环路的基本方程
• 2.3.2 锁相环路的状态分析
• 2.4 锁相环路的线性化模型
• 2.4.1 环路线性模型的建立
• 2.4.2 环路传递函数的定义
• 2.5 锁相环路性能的线性分析
• 2.5.1 环路的正弦稳态响应
• 2.5.2 锁相环系统的稳定性分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 锁相环捕获与跟踪算法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 环路的线性跟踪分析
• 3.2.1 环路时域跟踪的基本概念和问题定义
• 3.2.2 典型信号的时域跟踪算法分析
• 3.2.3 环路相位误差的仿真
• 3.3 环路的捕获算法分析
• 3.4 锁相环存在的基本矛盾
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于辅助捕获的锁相环性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 卫星通信的特点
• 4.3 辅助环路的模型设计
• 4.3.1 环路辅助方案的建立
• 4.3.2 辅助环路的工作原理
• 4.4 性能分析与仿真
• 4.4.1 环路参数的选择与仿真
• 4.4.2 辅助环路的性能分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 多普勒频偏条件下的锁相环跟踪技术
• 5.1 引言
• 5.2 高阶环路函数的基本定义
• 5.3 高阶数字载波环路滤波器的设计
• 5.3.1 四阶锁相环路设计
• 5.3.2 高阶环路的仿真分析
• 5.3.3 数字环路滤波器的实现
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介