高动态扩频信号的载波跟踪技术研究

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1、万方数据第12A期2003年12月电子学报ACrAEIE(X冒0NICASINICAV01．31No．12ADec．2003高动态扩频信号的载波跟踪技术研究程乃平，任宇飞，吕金飞(装备指挥技术学院测量控制系，北京101416)摘要：针对高动态环境下扩频信号的载波捕获与跟踪问题，本文分析了多普勒频移对锁相环、锁频环以及环路滤波器设计的影响，以及高动态环境中载波快速捕获问题，在此基础上提出了一种数字复合软环的设计方法，计算机仿真结果表明这种数字复合软环能有效地解决载波快捕与精跟踪的问题．关键词：扩频通信；载波跟踪；高动态中图分类号：TN914．43文献标识码：A文章编号：0372

2、．2112(2003)12A-2147．04StudyofCarrierTrackingforHigh-DynamicSpreadSpectrumSignalsCHENGNai-ping，RENYu—fei，LUJin—fei(及粥删ofTrackingandContro／，TheAcademyof国啦m删Command＆Techno／ogy，＆归皤101416，Ch／na)AI筠t旧cI：Forthequestionofcall'l'ieracquisitionandtrackingofhigh-dynamicspreadspectrumsi印als，theanalysis

3、ispresent—edfortheinfluenceofDopplerfrecluency$hiftstOthedesignofPI工(Phase-Ix)eked-Loops)，H上(Frequency-I_ocked-I．oops)，andloopfilters．Also，thequestionoffastPAⅢ'ieracquisitionforhigh-dynamicspreadspectrumsis-alsisanalyzed．Thenewdesignmethodofdigitalcomplexsoftloopsispr000se(t，andthesimulatio

4、nresultsshowthatthequestionoffastcarrieracquisitionandtrackingissolvedbythisdigitalcomp

5、exsoftloops．Keywords：spreadspectrumcommunication；carriertracking；high-dynamic1引言由于扩谱(Spreadspectnnn)技术具有很多优点：具有很强的抗干扰能力；具有低截获概率性；可用于码分多址的多用户通信系统中；扩谱信号具有很高的距离分辨力等⋯．因此，该技术的理论和实践发展非常迅速，在军用通信系统、武器制导系统等军事技术领域

6、得到了广泛的应用．在高动态、低信噪比环境中，尤其是在高数据率、伪码长度较长的情况下，要完成载波的捕获与跟踪非常困难．国内外围绕伪码与载波的捕获与跟踪曾进行了大量的研究工作，但多是围绕低动态、低码速率的信号展开的．本文在研究高动态、低信噪比环境中扩谱信号载波跟踪的基础上，提出了一种基于FPGA技术的数字复合软环的设计方法．2载波跟踪技术扩谱系统中载波的同步包括捕获和跟踪两个过程，载波捕获即多普勒频移的粗略估计通常包含在伪码同步过程中，而精确的载波相位及多普勒频移变化跟踪则通过载波参数估计器或反馈跟踪控制环实现，其方式根据应用的不同而异．载波跟踪有载波频率跟踪和载波相位跟踪两种方

7、法，取决于载波鉴别器提取环路误差控制量的方法．常规接收机中载波跟踪是在数字延迟锁相环(DDLL)对伪随机码相关解扩的基础收稿日期：2002．12-．05；修回日期：2003．12．28上，通过科斯塔斯环(Costas，实际上也是一种锁相环)重构载波相位相干解调实现的．锁相环(P虬)具有较好的噪声性能，但对通信链路干扰的容忍能力较差，特别是受载体动态引入的多普勒频移影响较大．为适应载体的动态性，科斯塔斯环必须具有相对宽的带宽，这意味着跟踪精度的降低，而当多普勒频移足够大，接收机的PLL不能保持稳定跟踪，导致载波跟踪失锁．科斯塔斯环与纯PLL环均能直接跟踪载波相位，通过载波鉴相器

8、提取并输出相位估计误差，而锁频环(FLL)则直接跟踪载波频率，通过载波鉴频器输出多普勒频移估计误差．通常，PLL直接对载波相位进行跟踪，当环路稳定闭环时具有较高的跟踪精度．然而在高动态环境下，采用P虬跟踪的高动态扩频接收机必须承受环路带宽与动态性能之间的折衷，即噪声引入跟踪误差随环路带宽降低而增加，较难同时满足跟踪精度与动态性能的要求．相比之下，非相干解调FLL跟踪则具有较好的动态性能，但跟踪精度却比PLL跟踪精度低，二者存在一定的矛盾．在高动态扩频接收机设计中，载波跟踪环的环路鉴相／频器与环路滤波器的