CN104252000B - 一种基于dds的多普勒快速补偿电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DDS的多普勒快速补偿电路及方法，载波跟踪环的输出与频率控制字计算单元的输入连接，频率控制字计算单元的发射PN码钟频率控制字输出端依次通过PN码钟DDS和PN码产生器与扩频电路的一个输入端连接，扩频电路的另一个输入端与发射基带产生电路连接；频率控制字计算单元的中频载波频率控制字输出端通过中频载波DDS与BPSK调制电路的一个输入端连接，BPSK调制电路的另一个输入端与扩频电路的输出端相连接。本发明利用直接数字频率合成器DDS的频率快速准确调整的能力对发射信号频偏进行了实时、准确的补偿，快速、有效地对发射信号进行了多普勒补偿，解决了用户机在高动态环境下由于多普勒效应而造成的失效问题。

Description

一种基于DDS的多普勒快速补偿电路及方法

技术领域

本发明涉及一种基于DDS的多普勒快速补偿电路及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，导航***的应用越来越广泛。北斗RDSS用户机主要实现北斗卫星信号的快速捕获、精密跟踪、同步解调及发射信号产生功能，目前已得到较为广泛的应用。

北斗RDSS高动态用户机是指搭载在高速载体上的北斗RDSS用户机。北斗RDSS高动态用户机在高动态运动过程中会产生多普勒效应，如果多普勒效应带来的频差超过了导航卫星的接收范围，将会导致用户机无法正常地与卫星进行通信。

对于没有对发射信号频率进行修正的北斗RDSS用户机，在普通静止和低动态的环境下可以正常工作，但在特定高空高速载体上应用时，发射信号的频率将会由于多普勒效应使得其频差超过北斗卫星的接收范围，导致用户机无法正常通信，最终导致用户机失效。

在发射信号时，绝大部分北斗RDSS用户机没有对信号频率进行修正，或者采用晶振频率校正的方式对信号频率进行修正。对于采用晶振频率校正的方式进行发射信号频率修正的北斗RDSS用户机，由于采用计数的方式统计多普勒频偏，多普勒统计存在延迟，在加速度较大的动态环境下，由于存在校正时延，也会使发射频差超过北斗卫星的接收范围，导致用户机无法正常通信。此外，现有的多普勒快速补偿电路均采用多个晶振，实现较复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的基于DDS的多普勒快速补偿电路及方法，利用直接数字频率合成器DDS的频率快速准确调整的能力对发射信号频偏进行实时、准确的补偿，可快速、有效地对发射信号进行多普勒补偿，解决用户机在高动态环境下由于多普勒效应而造成的失效问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于DDS的多普勒快速补偿电路，它包括：

用于实时获取接收多普勒信息的载波跟踪环；

用于根据接收多普勒信息计算得到发射PN码钟及中频载波频率控制字的频率控制字计算单元；

用于根据发射PN码钟频率控制字产生发射PN码钟的PN码钟直接数字频率合成器；

用于根据中频载波频率控制字产生中频载波的中频载波直接数字频率合成器；

载波跟踪环的输出与频率控制字计算单元的输入连接，频率控制字计算单元的发射PN码钟频率控制字输出端依次通过PN码钟直接数字频率合成器和PN码产生器与扩频电路的一个输入端连接，扩频电路的另一个输入端与发射基带产生电路连接；频率控制字计算单元的中频载波频率控制字输出端通过中频载波直接数字频率合成器与BPSK调制电路的一个输入端连接，BPSK调制电路的另一个输入端与扩频电路的输出端相连接。

所述的BPSK调制电路的输出依次通过数模转换器、滤波电路、放大电路、上变频处理电路以及功率放大电路连接至发射天线。

一种基于DDS的多普勒快速补偿方法，它包括以下步骤：

S1：采用高稳度的晶振作为频率基准，根据此基准在接收机锁定卫星信号后，由载波跟踪环实时获取接收多普勒信息；

S2：频率控制字计算单元根据接收多普勒信息计算得到发射PN码钟及中频载波频率控制字；

S3：获取数字中频BPSK调制信号，它包括：

（1）PN码钟直接数字频率合成器根据发射PN码钟频率控制字产生发射PN码钟，PN码产生器基于此码钟产生PN码，该PN码与发射基带产生电路产生的发射基带进行扩频处理，扩频后输出至BPSK调制电路进行BPSK调制；

（2）中频载波直接数字频率合成器根据中频载波频率控制字产生中频载波，中频载波输出至BPSK调制电路进行BPSK调制；

S4：数字中频BPSK调制信号依次经过数模转换、滤波、放大、上变频及功率放大处理后发送至发射天线。

进一步地，中频载波频率控制字FCW_{tran_carr}及发射PN码钟频率控制字FCW_pn的计算方法如下：

${\mathrm{FCW}}_{\mathrm{tran}\_\mathrm{carr}}={\mathrm{FCW}}_{\mathrm{tran}\_\mathrm{carr}\_\mathrm{sd}}-\frac{f_{\mathrm{tran}\_\mathrm{carr}}\×f_{\mathrm{sys}\_\mathrm{loop}}}{f_{\mathrm{rev}\_\mathrm{carr}}\×f_{\mathrm{sys}\_\mathrm{tran}\_\mathrm{carr}}}\×({\mathrm{FCW}}_{\mathrm{loop}}-{\mathrm{FCW}}_{\mathrm{loop}\_\mathrm{sd}});$

${\mathrm{FCW}}_{\mathrm{pn}}={\mathrm{FCW}}_{\mathrm{pn}\_\mathrm{sd}}-\frac{f_{\mathrm{pn}}\×f_{\mathrm{sys}\_\mathrm{loop}}}{f_{\mathrm{rev}\_\mathrm{carr}}\×f_{\mathrm{sys}\_\mathrm{tran}\_\mathrm{pn}}}\×({\mathrm{FCW}}_{\mathrm{loop}}-{\mathrm{FCW}}_{\mathrm{loop}\_\mathrm{sd}});$

其中，FCW_{tran_carr_sd}为没有频偏时中频载波直接数字频率合成器的标准频率控制字；

FCW_{pn_sd}为没有频偏时PN码钟直接数字频率合成器的标准频率控制字；

f_{tran_carr}为北斗RDSS入站信号载波频率；

f_pn为北斗RDSS入站信号PN码频率；

f_{rev_carr}为北斗RDSS出站信号载波频率；

f_{sys_loop}为接收载波跟踪环载波DDS的***时钟；

f_{sys_tran_carr}为发射载波中频DDS的***时钟；

f_{sys_tran_pn}为发射码钟DDS的***时钟；

FCW_loop为跟踪信号后接收载波跟踪环载波DDS的频率控制字；

FCW_{loop_sd}为没有频偏的接收载波跟踪环载波DDS的标准频率控制字。

本发明的有益效果是：利用直接数字频率合成器DDS的频率快速准确调整的能力对发射信号频偏进行了实时、准确的补偿，快速、有效地对发射信号进行了多普勒补偿，解决了用户机在高动态环境下由于多普勒效应而造成的失效问题，保障了用户机的正常通讯，同时具有结构、实现简单等特点，可广泛应用于航空、航天领域，使用该技术，可以进行北斗定位和短报文通信。

附图说明

图1为本发明多普勒快速补偿电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于DDS的多普勒快速补偿电路，它包括：

用于实时获取接收多普勒信息的载波跟踪环；

用于根据接收多普勒信息计算得到发射PN码钟及中频载波频率控制字的频率控制字计算单元；

用于根据发射PN码钟频率控制字产生发射PN码钟的PN码钟直接数字频率合成器；

用于根据中频载波频率控制字产生中频载波的中频载波直接数字频率合成器；

载波跟踪环的输出与频率控制字计算单元的输入连接，频率控制字计算单元的发射PN码钟频率控制字输出端依次通过PN码钟直接数字频率合成器和PN码产生器与扩频电路的一个输入端连接，扩频电路的另一个输入端与发射基带产生电路连接；频率控制字计算单元的中频载波频率控制字输出端通过中频载波直接数字频率合成器与BPSK调制电路的一个输入端连接，BPSK调制电路的另一个输入端与扩频电路的输出端相连接。

所述的BPSK调制电路的输出依次通过数模转换器、滤波电路、放大电路、上变频处理电路以及功率放大电路连接至发射天线。

由于北斗RDSS的发射信号采用直接扩频BPSK调制，所以修正发射信号频率由两部分组成：一是修正发射PN码的码钟频率；二是修正发射信号的载波频率。

一种基于DDS的多普勒快速补偿方法，它包括以下步骤：

S1：采用高稳度晶振作为频率基准，根据此基准在接收机锁定卫星信号后，由载波跟踪环实时获取接收多普勒信息；

S2：频率控制字计算单元根据接收多普勒信息计算得到发射PN码钟及中频载波频率控制字；

S3：获取数字中频BPSK调制信号，它包括：

（1）PN码钟直接数字频率合成器根据发射PN码钟频率控制字产生发射PN码钟，PN码产生器基于此码钟产生PN码，该PN码与发射基带产生电路产生的发射基带进行扩频处理，扩频后输出至BPSK调制电路进行BPSK调制；

（2）中频载波直接数字频率合成器根据中频载波频率控制字产生中频载波，中频载波输出至BPSK调制电路进行BPSK调制；

S4：数字中频BPSK调制信号依次经过数模转换、滤波、放大、上变频及功率放大处理后发送至发射天线。

进一步地，中频载波频率控制字FCW_{tran_carr}及发射PN码钟频率控制字FCW_pn的计算方法如下：

${\mathrm{FCW}}_{\mathrm{tran}\_\mathrm{carr}}={\mathrm{FCW}}_{\mathrm{tran}\_\mathrm{carr}\_\mathrm{sd}}-\frac{f_{\mathrm{tran}\_\mathrm{carr}}\×f_{\mathrm{sys}\_\mathrm{loop}}}{f_{\mathrm{rev}\_\mathrm{carr}}\×f_{\mathrm{sys}\_\mathrm{tran}\_\mathrm{carr}}}\×({\mathrm{FCW}}_{\mathrm{loop}}-{\mathrm{FCW}}_{\mathrm{loop}\_\mathrm{sd}});$

${\mathrm{FCW}}_{\mathrm{pn}}={\mathrm{FCW}}_{\mathrm{pn}\_\mathrm{sd}}-\frac{f_{\mathrm{pn}}\×f_{\mathrm{sys}\_\mathrm{loop}}}{f_{\mathrm{rev}\_\mathrm{carr}}\×f_{\mathrm{sys}\_\mathrm{tran}\_\mathrm{pn}}}\×({\mathrm{FCW}}_{\mathrm{loop}}-{\mathrm{FCW}}_{\mathrm{loop}\_\mathrm{sd}});$

其中，FCW_{tran_carr_sd}为没有频偏时中频载波直接数字频率合成器的标准频率控制字；

FCW_{pn_sd}为没有频偏时PN码钟直接数字频率合成器的标准频率控制字；

f_{tran_carr}为北斗RDSS入站信号载波频率；

f_pn为北斗RDSS入站信号PN码频率；

f_{rev_carr}为北斗RDSS出站信号载波频率；

f_{sys_loop}为接收载波跟踪环载波DDS的***时钟；

f_{sys_tran_carr}为发射载波中频DDS的***时钟；

f_{sys_tran_pn}为发射码钟DDS的***时钟；

FCW_loop为跟踪信号后接收载波跟踪环载波DDS的频率控制字；

FCW_{loop_sd}为没有频偏的接收载波跟踪环载波DDS的标准频率控制字。

以上所述仅是本发明的一个优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于DDS的多普勒快速补偿电路，其特征在于：它包括：

用于实时获取接收多普勒信息的载波跟踪环；

用于根据接收多普勒信息计算得到发射PN码钟频率控制字及中频载波频率控制字的频率控制字计算单元；

用于根据发射PN码钟频率控制字产生发射PN码钟的PN码钟直接数字频率合成器；

用于根据中频载波频率控制字产生中频载波的中频载波直接数字频率合成器；

载波跟踪环的输出与频率控制字计算单元的输入连接，频率控制字计算单元的发射PN码钟频率控制字输出端依次通过PN码钟直接数字频率合成器和PN码产生器与扩频电路的一个输入端连接，扩频电路的另一个输入端与发射基带产生电路连接；频率控制字计算单元的中频载波频率控制字输出端通过中频载波直接数字频率合成器与BPSK调制电路的一个输入端连接，BPSK调制电路的另一个输入端与扩频电路的输出端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于DDS的多普勒快速补偿电路，其特征在于：所述的BPSK调制电路的输出依次通过数模转换器、滤波电路、放大电路、上变频处理电路以及功率放大电路连接至发射天线。

3.一种基于DDS的多普勒快速补偿方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1：采用高稳度的晶振作为频率基准，根据此基准在接收机锁定卫星信号后，由载波跟踪环实时获取接收多普勒信息；

S2：频率控制字计算单元根据接收多普勒信息计算得到发射PN码钟频率控制字及中频载波频率控制字；

S3：获取数字中频BPSK调制信号，它包括：

(1)PN码钟直接数字频率合成器根据发射PN码钟频率控制字产生发射PN码钟，PN码产生器基于此码钟产生PN码，该PN码与发射基带产生电路产生的发射基带进行扩频处理，扩频后输出至BPSK调制电路进行BPSK调制；

(2)中频载波直接数字频率合成器根据中频载波频率控制字产生中频载波，中频载波输出至BPSK调制电路进行BPSK调制；

S4：数字中频BPSK调制信号依次经过数模转换、滤波、放大、上变频及功率放大处理后发送至发射天线。

4.根据权利要求3所述的一种基于DDS的多普勒快速补偿方法，其特征在于：所述的中频载波频率控制字FCW_{tran_carr}及发射PN码钟频率控制字FCW_pn的计算方法如下：

${\mathrm{FCW}}_{tran\_carr}={\mathrm{FCW}}_{tran\_carr\_sd}-\frac{f_{tran\_carr}\×f_{sys\_loop}}{f_{rev\_carr}\×f_{sys\_tran\_carr}}\×({\mathrm{FCW}}_{loop}-{\mathrm{FCW}}_{loop\_sd});$

${\mathrm{FCW}}_{pn}={\mathrm{FCW}}_{pn\_sd}-\frac{f_{pn}\×f_{sys\_loop}}{f_{rev\_carr}\×f_{sys\_tran\_pn}}\×({\mathrm{FCW}}_{loop}-{\mathrm{FCW}}_{loop\_sd});$

其中，FCW_{tran_carr_sd}为没有频偏时中频载波直接数字频率合成器的标准频率控制字；

FCW_{pn_sd}为没有频偏时PN码钟直接数字频率合成器的标准频率控制字；

f_{tran_carr}为北斗RDSS入站信号载波频率；

f_pn为北斗RDSS入站信号PN码频率；

f_{rev_carr}为北斗RDSS出站信号载波频率；

f_{sys_loop}为接收载波跟踪环载波DDS的***时钟；

f_{sys_tran_carr}为发射载波中频DDS的***时钟；

f_{sys_tran_pn}为发射码钟DDS的***时钟；

FCW_loop为跟踪信号后接收载波跟踪环载波DDS的频率控制字；

FCW_{loop_sd}为没有频偏的接收载波跟踪环载波DDS的标准频率控制字。