高階窄帶鎖相環(huán)技術研究.pdf

1、深空測控系統(tǒng)中，由于受航天器應答機發(fā)射功率的限制，且目標距離又很遠，造成中頻輸出信號的載噪比很低。另外，深空飛行器的高速運動又使應答機下發(fā)的下行信號中夾雜著高動態(tài)多普勒信號。這些因素導致傳來的載波信號難于捕獲、跟蹤，給遙測信號的解調(diào)，測距、測速信號的提取都帶來實際困難。針對此問題，本文特別設計了高階鎖相環(huán)捕獲深空多普勒信號。 針對傳統(tǒng)二階鎖相環(huán)跟蹤多普勒信號產(chǎn)生非零值穩(wěn)態(tài)相差致使環(huán)路失鎖的問題，本文獨特地采用了特殊2型環(huán)路濾波器

2、(環(huán)路濾波器傳函含有2個原點處的極點)設計三階鎖相環(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)。文中重點設計鎖相環(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過程，并建立完整的環(huán)路參數(shù)設定公式。通過對比指出鎖相環(huán)環(huán)路噪聲帶寬對系統(tǒng)相對穩(wěn)定性的影響。理論分析及仿真結果證明此種三階鎖相環(huán)對多普勒信號具有零穩(wěn)態(tài)相差的捕獲能力，對含有多普勒頻移的載波信號具有較好的鎖定效果。 鎖相環(huán)路帶寬和動態(tài)跟蹤能力是一對矛盾指

3、標，要求窄的環(huán)路帶寬，必然使環(huán)路動態(tài)跟蹤能力變?nèi)?，而寬的環(huán)路帶寬又會降低鎖相環(huán)抑制噪聲的能力，且過低的環(huán)路信噪比會導致鎖相環(huán)失鎖。為解決這一矛盾，本文改進傳統(tǒng)的單FFT運算，提出采用FFT結合擴展卡爾曼濾波的中心頻率預測算法，以提高鎖相環(huán)中心頻率的預置精度和鎖相環(huán)捕獲高動態(tài)信號的能力。實現(xiàn)窄帶下鎖相環(huán)對高動態(tài)信號的捕獲。 最后在硬件平臺上進行硬件模擬實現(xiàn)，使用硬件仿真實驗板FPGA+DSP結構模擬鎖相環(huán)的載波捕獲過程。結果顯示，