论文研究 室内定位接收机中一种改进型载波环的设计 .pdf

室内定位接收机中一种改进型载波环的设计，蒋澍，邓中亮，近年来，室内定位技术已经越来越广泛的应用于诸多领域，深入改变着人们的生产生活，也日渐成为定位领域的研究热点。针对基于地面山国武花论文在丝从架构图中可以看出,路信号和嵱信号经过低通滤波器之后分别进入鉴频器和鉴相器,鉴频器输岀的鉴频值与鉴相器输岀的鉴相值同时作用于滤波器,从而达到结合两种环路优势于一体的功能。其核心部分滤波器部分的具体结构如下图所示:7ss1/21/2Zabw图环路滤波器的架构由图可见,其上半韶分为锁频环,下半部分为锁相环,当鉴频器的输出为零时,锁频环滤波器部分无效,环路等效于一个三阶锁相环;当鉴相器输岀为零时,锁相环滤波器部分无效,环路等效于一个二阶锁频环。因此此环路可以在锁相环与锁频环之间灵活切换,根据当前信号的状态实时调整从而实现高度的灵活性。新型载波环的架构设计应用于室内环境时,一般而言对动态性能的要求并不高,但是复杂的室内环境使信号严重衰减,而信噪比很低的环境导致环路经常切换于锁频环与锁相环之间,因此本文提出了一种锁频环牵引锁相环的设计思路,可以有效地应对室内环境下的信号跟踪。具体实现原理图如下鉴相器滤波器中频信号相关器鉴频器阶判决滤波器载波NCO图新型载波架构分析二阶锁频辅助三阶锁相实现的载波环实验结果,可以看岀,在环路处于牵入状态时,鉴频值和鉴相值的输岀均比较大,而鉴相值的剧烈抖动影响了载波的输岀,使得环路滤波器变得不稳定,容易出现信号尖锁的情况。而在动态性较大时,理想的情况是用鲁棒性较好的馈频环厶进行跟踪,而稳定性较差的锁相环应该被弜化。但是在锁频环辅助馈相环的情况中,在环路抖动的时候,鉴相器输岀的鉴相值偏差很人,而这部分鉴相值会进入到滤波器部分与鉴频佰同时对环路进行调整,这会对锁频环部分的正常工作产生负面影响。山国武技论文在丝20C060c0图实验数据因此,在环路处于牵入状态时,需要屏蔽鉴相器输岀的鉴相值造成的干扰。所以对输入信号的频偏值进行判定,如果大于某个门限,则认为是处于牵入或者重捕的状态,因而进入锁频环模式;如果输入信号的频偏较小,且小于某个阈值,则认为已经进入稳定跟踪状态,屏蔽锁频抔的影响,进入锁相坏模式,使得进冇精确跟踪。载波环的参数设计作为系统输入的连续时间信号,和分别为正弦载波和余弦载波复制信号U()=2aD()sin (ot +0)+nsin (ot+0)()=√2sin(at+0)当输入信号在支路上与正弦载波复制信号余弦载波复制信号相乘混频吋,所得的乘积为()=U,(∥()(2D(t)sin(ot+0)+n)2 sin(ot+0)-ad()[cos((e)(+(0+6)-cos(+(t)=U()(t)(√2D(t)sin(ot+b)+n)√2cos(at+O)aD(t) sin()t+(.+6)其中表示调制在载波上的数据码。混频结果和经过低通滤波器滤除其所包含的高频成分后,得到如下的滤波结果(t)=a∥(t)cos(mt+b)Q,(t)=aD(t)sin(ot +0)滤波得到的与送入鉴频器与鉴相器进行计算,得到的鉴频值ω与鉴相值￠进入门限判决模块,对其门限进行判决,如果满足动态性的需,则使用锁频环部分进行跟踪,并且屏蔽锁相环部分鉴相值的影响,从而实现对信号的稳定跟踪。本环路的滤波器架构分为与两部分,故分别对部分与部分进行设山国武花论文在丝计说明。部分的设计在频率阶跃激励下,一阶锁相环仍能跟踪信号,但是其输岀信号与输入信号之间有在着个恒定的相位跟踪误差,而二阶或更高阶的锁相环可以准确地跟踪频率阶跃信号。为了稳定地跟踪动态信号,设计锁相环为三阶环路,因为导航数据信号中存在电文埮变,所以锁相环采用对电文跳变不敏感的1/K图三阶锁相order Loop Filter's Architecture其传递函数为设计采用的鉴相函数为:其中,是符号函数,它输出的正负号,即当为正时输出,否则输出。所相当于求得输入信号的电平值,然后再与进行相乘就消除了信号电平垗变对造成的影响。相比而言此鉴相方法的计算量比较小,鉴相的结果和φ成正比关系,并且与信号的幅值无关部分的设计由于锁相环采用的是三阶环路,故锁频环采用二阶杰夫瑞廷滤波器,其架构如下图所UdsUAs)1/Kago图二阶锁频环order Loop Filter's Architecture其传递函数为鉴频采用的是叉积鉴频法,符号函数可以检测出数据电平跳变导致的相变,这种鉴频方法对数据电平跳变不敏感,且相比于其他鉴频方法计算量较小:山国武技论文在丝其中点积与叉积分别为仿真与分析在中对所设计的载波坏进行了仿真,在输入信号频率为,采样频率为在处发生的频率阶跃,处发生的频率阶跃:分别仿真了不同信噪比下的情况,其仿真结果如图所示图载波环跟踪性能仿真「献滋环要t0121科小种钟和一中丝一图载波环跟踪性能仿真同时也与传统的载波跟踪环路进行了实验对比,测试条件冋上,其中蓝色为新型载波环的跟踪情况,红色为载波环的跟踪情况:新生軾波环图新型载波环与传纷载波环的仿真对比山国武花论文在丝结论本文设计了新型的载波环路并且在上进行了仿真实现。与传统的锁频环、锁相环载波环相比,在阶跃信号的激励下,体现出了较好的跟踪性能。下一步计划对斜升激励的多普勒偏栘情况进行仿真实验,进一步优化载波环的性能。参考文献谢钢,原埋与接收机设计,北京:电子业出版社许志鹏崔琛余剑基」锁频环与锁相环相结合的或波跟踪技犬电讯技术刘晓莉陈东东贺喜刘经南载波跟踪环仿真及高动态信号测试武汉大学学报信息科学版