一種基于dds的多普勒快速補償電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于DDS的多普勒快速補償電路及方法，載波跟蹤環(huán)的輸出與頻率控制字計算單元的輸入連接，頻率控制字計算單元的發(fā)射PN碼鐘頻率控制字輸出端依次通過PN碼鐘DDS和PN碼產生器與擴頻電路的一個輸入端連接，擴頻電路的另一個輸入端與發(fā)射基帶產生電路連接；頻率控制字計算單元的中頻載波頻率控制字輸出端通過中頻載波DDS與BPSK調制電路的一個輸入端連接，BPSK調制電路的另一個輸入端與擴頻電路的輸出端相連接。本發(fā)明利用直接數(shù)字頻率合成器DDS的頻率快速準確調整的能力對發(fā)射信號頻偏進行了實時、準確的補償，快速、有效地對發(fā)射信號進行了多普勒補償，解決了用戶機在高動態(tài)環(huán)境下由于多普勒效應而造成的失效問題。
【專利說明】—種基于DDS的多普勒快速補償電路及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于DDS的多普勒快速補償電路及方法。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發(fā)展，導航系統(tǒng)的應用越來越廣泛。北斗RDSS用戶機主要實現(xiàn)北斗衛(wèi)星信號的快速捕獲、精密跟蹤、同步解調及發(fā)射信號產生功能，目前已得到較為廣泛的應用。
[0003]北斗RDSS高動態(tài)用戶機是指搭載在高速載體上的北斗RDSS用戶機。北斗RDSS高動態(tài)用戶機在高動態(tài)運動過程中會產生多普勒效應，如果多普勒效應帶來的頻差超過了導航衛(wèi)星的接收范圍，將會導致用戶機無法正常地與衛(wèi)星進行通信。
[0004]對于沒有對發(fā)射信號頻率進行修正的北斗RDSS用戶機，在普通靜止和低動態(tài)的環(huán)境下可以正常工作，但在特定高空高速載體上應用時，發(fā)射信號的頻率將會由于多普勒效應使得其頻差超過北斗衛(wèi)星的接收范圍，導致用戶機無法正常通信，最終導致用戶機失效。
[0005]在發(fā)射信號時，絕大部分北斗RDSS用戶機沒有對信號頻率進行修正，或者采用晶振頻率校正的方式對信號頻率進行修正。對于采用晶振頻率校正的方式進行發(fā)射信號頻率修正的北斗RDSS用戶機，由于采用計數(shù)的方式統(tǒng)計多普勒頻偏，多普勒統(tǒng)計存在延遲，在加速度較大的動態(tài)環(huán)境下，由于存在校正時延，也會使發(fā)射頻差超過北斗衛(wèi)星的接收范圍，導致用戶機無法正常通信。此外，現(xiàn)有的多普勒快速補償電路均采用多個晶振，實現(xiàn)較復雜。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種新型的基于DDS的多普勒快速補償電路及方法，利用直接數(shù)字頻率合成器DDS的頻率快速準確調整的能力對發(fā)射信號頻偏進行實時、準確的補償，可快速、有效地對發(fā)射信號進行多普勒補償，解決用戶機在高動態(tài)環(huán)境下由于多普勒效應而造成的失效問題。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:一種基于DDS的多普勒快速補償電路，它包括:
[0008]用于實時獲取接收多普勒信息的載波跟蹤環(huán)；
[0009]用于根據(jù)接收多普勒信息計算得到發(fā)射PN碼鐘及中頻載波頻率控制字的頻率控制字計算單元；
[0010]用于根據(jù)發(fā)射PN碼鐘頻率控制字產生發(fā)射PN碼鐘的PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器；
[0011]用于根據(jù)中頻載波頻率控制字產生中頻載波的中頻載波直接數(shù)字頻率合成器；
[0012]載波跟蹤環(huán)的輸出與頻率控制字計算單元的輸入連接，頻率控制字計算單元的發(fā)射PN碼鐘頻率控制字輸出端依次通過PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器和PN碼產生器與擴頻電路的一個輸入端連接，擴頻電路的另一個輸入端與發(fā)射基帶產生電路連接；頻率控制字計算單元的中頻載波頻率控制字輸出端通過中頻載波直接數(shù)字頻率合成器與BPSK調制電路的一個輸入端連接，BPSK調制電路的另一個輸入端與擴頻電路的輸出端相連接。
[0013]所述的BPSK調制電路的輸出依次通過數(shù)模轉換器、濾波電路、放大電路、上變頻處理電路以及功率放大電路連接至發(fā)射天線。
[0014]一種基于DDS的多普勒快速補償方法，它包括以下步驟:
[0015]S1:采用高穩(wěn)度的晶振作為頻率基準，根據(jù)此基準在接收機鎖定衛(wèi)星信號后，由載波跟蹤環(huán)實時獲取接收多普勒信息；
[0016]S2:頻率控制字計算單元根據(jù)接收多普勒信息計算得到發(fā)射PN碼鐘及中頻載波頻率控制字；
[0017]S3:獲取數(shù)字中頻BPSK調制信號，它包括:
[0018](I)PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器根據(jù)發(fā)射PN碼鐘頻率控制字產生發(fā)射PN碼鐘，PN碼產生器基于此碼鐘產生PN碼，該PN碼與發(fā)射基帶產生電路產生的發(fā)射基帶進行擴頻處理，擴頻后輸出至BPSK調制電路進行BPSK調制；
[0019](2)中頻載波直接數(shù)字頻率合成器根據(jù)中頻載波頻率控制字產生中頻載波，中頻載波輸出至BPSK調制電路進行BPSK調制；
[0020]S4:數(shù)字中頻BPSK調制信號依次經過數(shù)模轉換、濾波、放大、上變頻及功率放大處理后發(fā)送至發(fā)射天線。
[0021 ] 進一步地，中頻載波頻率控制字FCWfean _及發(fā)射PN碼鐘頻率控制字FCWpn的計算方法如下:
[0022]FCW_—carr 二 FCWtnm avr sd -卜，:卜_ x(FCWhop -FCWloop J
J rev_cmr J srs n.an _carr._ ?
[0023]FCWfm =FCWpn sd - x^joop X(FCWloop -FCWloop sd)
Jrev_carr Jsvs tran_pn.
[0024]其中，F(xiàn)CWtan cm sd為沒有頻偏時中頻載波直接數(shù)字頻率合成器的標準頻率控制字；
[0025]FCffpn sd為沒有頻偏時PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器的標準頻率控制字；
[0026]ftran carr為北斗RDSS入站信號載波頻率；
[0027]fpn為北斗RDSS入站信號PN碼頻率；
[0028]frev carr為北斗RDSS出站信號載波頻率；
[0029]fsysJoop為接收載波跟蹤環(huán)載波DDS的系統(tǒng)時鐘；
[0030]fsys_tran carr為發(fā)射載波中頻DDS的系統(tǒng)時鐘；
[0031 ]fsys_tran pn為發(fā)射碼鐘DDS的系統(tǒng)時鐘；
[0032]FCffloop為跟蹤信號后接收載波跟蹤環(huán)載波DDS的頻率控制字；
[0033]FCffloop sd為沒有頻偏的接收載波跟蹤環(huán)載波DDS的標準頻率控制字。
[0034]本發(fā)明的有益效果是:利用直接數(shù)字頻率合成器DDS的頻率快速準確調整的能力對發(fā)射信號頻偏進行了實時、準確的補償，快速、有效地對發(fā)射信號進行了多普勒補償，解決了用戶機在高動態(tài)環(huán)境下由于多普勒效應而造成的失效問題，保障了用戶機的正常通訊，同時具有結構、實現(xiàn)簡單等特點，可廣泛應用于航空、航天領域，使用該技術，可以進行北斗定位和短報文通信。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明多普勒快速補償電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。
[0037]如圖1所示，一種基于DDS的多普勒快速補償電路，它包括:
[0038]用于實時獲取接收多普勒信息的載波跟蹤環(huán)；
[0039]用于根據(jù)接收多普勒信息計算得到發(fā)射PN碼鐘及中頻載波頻率控制字的頻率控制字計算單元；
[0040]用于根據(jù)發(fā)射PN碼鐘頻率控制字產生發(fā)射PN碼鐘的PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器；
[0041]用于根據(jù)中頻載波頻率控制字產生中頻載波的中頻載波直接數(shù)字頻率合成器；
[0042]載波跟蹤環(huán)的輸出與頻率控制字計算單元的輸入連接，頻率控制字計算單元的發(fā)射PN碼鐘頻率控制字輸出端依次通過PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器和PN碼產生器與擴頻電路的一個輸入端連接，擴頻電路的另一個輸入端與發(fā)射基帶產生電路連接；頻率控制字計算單元的中頻載波頻率控制字輸出端通過中頻載波直接數(shù)字頻率合成器與BPSK調制電路的一個輸入端連接，BPSK調制電路的另一個輸入端與擴頻電路的輸出端相連接。
[0043]所述的BPSK調制電路的輸出依次通過數(shù)模轉換器、濾波電路、放大電路、上變頻處理電路以及功率放大電路連接至發(fā)射天線。
[0044]由于北斗RDSS的發(fā)射信號采用直接擴頻BPSK調制，所以修正發(fā)射信號頻率由兩部分組成:一是修正發(fā)射PN碼的碼鐘頻率；二是修正發(fā)射信號的載波頻率。
[0045]一種基于DDS的多普勒快速補償方法，它包括以下步驟:
[0046]S1:采用高穩(wěn)度晶振作為頻率基準，根據(jù)此基準在接收機鎖定衛(wèi)星信號后，由載波跟蹤環(huán)實時獲取接收多普勒信息；
[0047]S2:頻率控制字計算單元根據(jù)接收多普勒信息計算得到發(fā)射PN碼鐘及中頻載波頻率控制字；
[0048]S3:獲取數(shù)字中頻BPSK調制信號，它包括:
[0049](I)PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器根據(jù)發(fā)射PN碼鐘頻率控制字產生發(fā)射PN碼鐘，PN碼產生器基于此碼鐘產生PN碼，該PN碼與發(fā)射基帶產生電路產生的發(fā)射基帶進行擴頻處理，擴頻后輸出至BPSK調制電路進行BPSK調制；
[0050](2)中頻載波直接數(shù)字頻率合成器根據(jù)中頻載波頻率控制字產生中頻載波，中頻載波輸出至BPSK調制電路進行BPSK調制；
[0051]S4:數(shù)字中頻BPSK調制信號依次經過數(shù)模轉換、濾波、放大、上變頻及功率放大處理后發(fā)送至發(fā)射天線。
[0052]進一步地，中頻載波頻率控制字FCWfean 及發(fā)射PN碼鐘頻率控制字FCWpn的計算方法如下:
fX / ;
FCW = } '(1W__ra,} η,η~~ νι.、(<!<ψ X (? '( W — } '(W I
[0053]tran _cmrttan carr sd r、 looploop sd /
J rev can.J tran _carr.__ * ?
[0054]FCWpn =FCWpti sd - fpn x^joop X(FCWhop -FC-Whop J
J rev carr J svs tran _pn.
[0055]其中，F(xiàn)CWtancm sd為沒有頻偏時中頻載波直接數(shù)字頻率合成器的標準頻率控制字；
[0056]FCffpn sd為沒有頻偏時PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器的標準頻率控制字；
[0057]ftran carr為北斗RDSS入站信號載波頻率；
[0058]fpn為北斗RDSS入站信號PN碼頻率；
[0059]frev carr為北斗RDSS出站信號載波頻率；
[0060]fsys loop為接收載波跟蹤環(huán)載波DDS的系統(tǒng)時鐘；
[0061 ] fsys_tran carr為發(fā)射載波中頻DDS的系統(tǒng)時鐘；
[0062]fsys_tran pn為發(fā)射碼鐘DDS的系統(tǒng)時鐘；
[0063]FCffloop為跟蹤信號后接收載波跟蹤環(huán)載波DDS的頻率控制字；
[0064]FCffloop sd為沒有頻偏的接收載波跟蹤環(huán)載波DDS的標準頻率控制字。
[0065]以上所述僅是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種基于DDS的多普勒快速補償電路，其特征在于:它包括: 用于實時獲取接收多普勒信息的載波跟蹤環(huán)； 用于根據(jù)接收多普勒信息計算得到發(fā)射PN碼鐘及中頻載波頻率控制字的頻率控制字計算單元； 用于根據(jù)發(fā)射PN碼鐘頻率控制字產生發(fā)射PN碼鐘的PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器； 用于根據(jù)中頻載波頻率控制字產生中頻載波的中頻載波直接數(shù)字頻率合成器； 載波跟蹤環(huán)的輸出與頻率控制字計算單元的輸入連接，頻率控制字計算單元的發(fā)射PN碼鐘頻率控制字輸出端依次通過PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器和PN碼產生器與擴頻電路的一個輸入端連接，擴頻電路的另一個輸入端與發(fā)射基帶產生電路連接；頻率控制字計算單元的中頻載波頻率控制字輸出端通過中頻載波直接數(shù)字頻率合成器與BPSK調制電路的一個輸入端連接，BPSK調制電路的另一個輸入端與擴頻電路的輸出端相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于DDS的多普勒快速補償電路，其特征在于:所述的BPSK調制電路的輸出依次通過數(shù)模轉換器、濾波電路、放大電路、上變頻處理電路以及功率放大電路連接至發(fā)射天線。
3.一種基于DDS的多普勒快速補償方法，其特征在于:它包括以下步驟: 51:采用高穩(wěn)度的晶振作為頻率基準，根據(jù)此基準在接收機鎖定衛(wèi)星信號后，由載波跟蹤環(huán)實時獲取接收多普勒信息； 52:頻率控制字計算單元根據(jù)接收多普勒信息計算得到發(fā)射PN碼鐘及中頻載波頻率控制字； 53:獲取數(shù)字中頻BPSK調制信號，它包括: (1)PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器根據(jù)發(fā)射PN碼鐘頻率控制字產生發(fā)射PN碼鐘，PN碼產生器基于此碼鐘產生PN碼，該PN碼與發(fā)射基帶產生電路產生的發(fā)射基帶進行擴頻處理，擴頻后輸出至BPSK調制電路進行BPSK調制； (2)中頻載波直接數(shù)字頻率合成器根據(jù)中頻載波頻率控制字產生中頻載波，中頻載波輸出至BPSK調制電路進行BPSK調制； 54:數(shù)字中頻BPSK調制信號依次經過數(shù)模轉換、濾波、放大、上變頻及功率放大處理后發(fā)送至發(fā)射天線。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于DDS的多普勒快速補償方法，其特征在于:所述的中頻載波頻率控制字FCWtaan-及發(fā)射PN碼鐘頻率控制字FCWpn的計算方法如下:
fX /.FCW- }'(!V__Jtran_cmr_Jsysjoop (Τ7Γψ - ?(' W 、
1tran_carr ~ 1 ^￥V [}-mi_carr _sd nf、rr10p 1 ^ rt10p sd/
J rev_catr J syi carr.FCWpn =FCWpn sd - f^xx(FCWhop-FCWhop sd)J rev _ carr ^ Jsvs _ tran _pn.其中，F(xiàn)CWtMn—。_—sd為沒有頻偏時中頻載波直接數(shù)字頻率合成器的標準頻率控制字； FCffpn sd為沒有頻偏時PN碼鐘直接數(shù)字頻率合成器的標準頻率控制字； ftran_carr為北斗RDSS入站信號載波頻率； fpn為北斗RDSS入站信號PN碼頻率；frev_carr為北斗RDSS出站信號載波頻率；fsyO00P為接收載波跟蹤環(huán)載波DDS的系統(tǒng)時鐘；fsys_tran_carr為發(fā)射載波中頻DDS的系統(tǒng)時鐘；fsys_tranjn為發(fā)射碼鐘DDS的系統(tǒng)時鐘；FCffloop為跟蹤信號后接收載波跟蹤環(huán)載波DDS的頻率控制字；FCffloop sd為沒有頻偏的接收載波跟蹤環(huán)載波DDS的標準頻率控制字。
【文檔編號】G01S19/37GK104252000SQ201310265290
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權日:2013年6月28日
【發(fā)明者】劉桂林 申請人:成都國星通信有限公司
專業(yè)數(shù)控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
