高动态条件下pn码扩谱接收机的频率跟踪策略.pdf

第卷第期年月电 子与信息学报高动态条件下码扩谱接收机的频率跟踪策略,,引言随着科学技术 的日新月异,电子战已经越来越显示 出其在现代战争 中的巨大作用在导弹 技术 中,其通信系统必然成为电子战的重要对象由于地空导弹弹体的飞行特性及其对制导信 号要求的实时性,与其它通信方式相比,人们对弹载接收机提出了更为严苛的要求必须在短 的时间内完成数据的迅速解调并表现出 良好的误码性能,必须具备对发射机天线低仰角情况下 多径衰落的影响以及旁瓣信号的抑制作用,必须具有强的抗干扰性能以抑制干扰机施放的单频 或多频干扰直接序列扩展频谱技术 由于扩谱信号的不可预测性,使得扩谱系统具有很强的抗干扰能力由于直扩 伪码的良好自相关特性,可以显著抑制在一个伪码宽度以上且小于一 个信息码元宽度的多径分量同时由于在解扩过程中利用伪码的自相关性对有用信号的缩谱作 用和对干扰信号的扩谱作用,还可以大大地提高系统的噪声性能频率误差对解扩的影响多普勒频偏对码捕获的影响分析 为了实现非相干相关解扩,本地接收机产生的码相位和载波频率必须与接收到的发射信号 的码相位和载波频率相匹配,以使得相关相关累加过程结果值高于捕获判定的阂值,以实现码捕获,进而进行码的精确跟踪和解调一一收到,一一改回第期王爱华等高动态条件下码扩谱接收机的频率跟踪策略图为码捕获电路的数字实现结构框图。

到达中频接收机的信号为后,得到,两路的积分输出为忽略噪声项的影响八艺‘及△、‘叻‘‘一二乞丸一儿 艺‘天‘△‘界叻‘‘一二￡一其中为宽度,△、以为残余频差,必为本地载波初始相位,本地 伪码为动乞一司,丁为本地码时钟输入延时,为累加码片数即相关积分长度,当进行完全相关时,即为一个码周期当接收伪码与本地 伪码完全对齐时,有动乞,二,经平方律检波得到第次积分清洗后的平方样值为 玖端是对玖的个值求取平均以得到捕获的检测统计量,这样做的目的是为了尽量减小伪码的漏警和虚警概率由式可以看出,当接收伪码与本地伪码完全对齐时,有儿 玖艺艺△‘一‘二一二无一可见,频率偏差对平方律包络检波具有不可忽视的影响对图中电路进行仿真,得到由于频率偏差导致的相关峰损失因子、△变化曲线如图所示,仿真条件示于表中电子与信息学报第卷八八一日︺一通信系统中各种频率源的频率误差及导弹飞行带来的多普勒频移,将造成收发频差达到数十千 赫兹因此,若不采取频率控制技术,扩谱码的捕获将难以实现 多普勒频偏对的影响分析 当判别捕获的检测统计量大于捕获判决门限叮时,即宣告捕获过程结束,当虚警验证结束后,转入 伪码的跟踪,即精同步过程对扩谱码的跟踪一般采用超前一滞后非相干码跟踪延迟锁定环,盯一,如图所示匡刃一巨囚,匹国区囚二飞由 应国一巨囚书少‘‘抢抢‘‘丫丫码产生器器之亡文。

二一合毛月厂刁图全时间码跟踪回路图中双动,幻同图由图可以看出,码跟踪环由两个平方律包络相关器相减得到相位误差信号,其包络相关器的结构与捕获电路是一样的见图码相位误差值二一丫第期王爱华等高动态条件下码扩谱接收机的频率跟踪策略由于已经下变频到零中频附近,剩余的调制频率主要为多普勒频率偏移导致的残余频差本地在传统的接收机应用中,有多种方式来消除频差的影响而达到载波的同步,比较典型的应用为插人导频法和直接法在弹载接收机的应用中,为了适应抗干扰的要求,并使系统能正常工作在连续与突发两种工作模式下且对信号能做到实时解调,要求直扩接收机本身具备较强的克服 由于多普勒效应导致的频率偏差的工作能力在高斯 白噪声信道条件下,相干系统具有良好的性能,但是它们对其他的链路干扰如高多普勒频移、多径效应以及 电离层的不确定性变化容忍力较差因此有必要采用自动频率跟踪环路在有链路干扰的情况下,具有优于的性能同时,环路还常常同环路结合起来使用进行频率和相位的快速同步本系统中,采用的为调制方式,基于本系统为全数字系统,对适合的环路采用了适于软件实现的叉积鉴频技 术叉积鉴频环,图为叉积鉴频环路的结构框图零中频数 字信号输入粉杯丽环路滤波器图差积鉴频环路电子与信』息学报第卷是一种非常适用于用数字方式来实现的鉴频器结构。

其中的积分一清洗滤波器用来作为预采样滤波器来限制输入噪声的影响假定已完成了伪码的捕获过程,即数据的位同步已 经获得,则积分一清洗滤波器的输出为、声、、产曰︶才了、、』、△田、△目 壳允,下二二丈△山无一,公乙匕功一“,到频率跟踪 的目的图为其鉴频特性曲线⋯‘二〕 〔扛〕三二 〕 二 〕 二 〕 〔二一已一闷已一,一,产一 ︸一、卜入、︷几一一一一一卜阵,一月︸﹃了才︷,一 刀一一一一一,△厂由上式还可以看出,的符号取决于信号符号的与一的乘积,当无笋一时,误差电平将会反相,即发生劝符号的估计错误为了消除这一现象,可以使用叉积鉴频器的一种变形形式即叉一点积鉴频器,图鉴频特性曲线点积公式表示为矶劝·一叉一点积环路的鉴频误差函数为一无·一八一、一八、一八八一、、一己 、、一告‘‘‘二‘等,△国、、‘‘”又不厂‘“△山里’噪声项△噪声项在环路 中,利用相邻信号符号的叉积与点积之积,去除了数据调制信息,保证了 劝符号的正确估计实验证明,环的环路滤波器采用简单的阶低通滤波器即可满足高动态环境对频率估计的需要叫第期王爱华等高动态条件下码扩谱接收机的频率跟踪策略适用于信号的带判决反馈结构的叉积鉴频环路一,结构是结构 的一种变形形式,非常适合用于信号。

其结构 框图如图所示环路的鉴频误差函数为△八 五△△、△、」噪声项鉴频特性曲线如图所示,且鉴频器频偏方差门限满足△通过对跟踪频偏门限值的比较,可以发现,结构对于频率抖动的容忍性能要明显优于一一一一一已已一〔 ⋯一一一月⋯⋯二二二二二二二一一一笼一厂厂一’’一一一二二沪一飞’’厂卜卜卜勺勺勺勺 城城城一一厂一只只只 勺自甲一了二二二二二二二二二二二二二二一一一一一一了一于一 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一了了,, ,一一一味味一一月月月一一一一,一名△’图鉴频特性曲线性能分析及结论从以上分析可以看出,对于调制信号,可以采用和这两种 环这几种结构的共同点是都需要用到比特同步如无比特同步则需用一 低通滤波器,代替积分清洗滤波器,而且低通滤波器的带宽必须至少为积分清洗滤波器带宽的两倍以防止由于码间干扰导致的性能恶化,而这将会导致环路跟踪性能的 下降显然,在 伪码序列已捕获的前提下将不存在比特同步的问题然而,如果首先采用开环结电子与信』息学报第卷构对多普勒频偏进行估算并预置这一频率偏差的近似值,由于前已证明,虽然多普勒频率偏差 将导致伪码捕获时的性能恶化,但在 伪码捕获过程中,扩谱接收机系统对较小频率偏差相对不 敏感,系统是可以实现相关解扩的完成了伪码的初捕后,此时信噪比较高,而采用 是一个有效的选择。

环路通常采用一个捕获模式来适应于未知比特同步与大的初始化频率不确定状况其 特征为采用较跟踪过程 中更大的输人信号带宽和环路滤波器等效噪声带宽在没有年生,副教授,研究方向为数字通信年生,教授,研究方向为扩频通信年生,硕士生,研究方向为扩谱接收机的快捕与抗干扰技术女男男王爱华安建平黄其华。