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引言
擴(kuò)頻接收機(jī)載波的同步包括捕獲和跟蹤兩個(gè)過程，載波捕獲即多普勒頻移的粗略估計(jì)通常包含在偽碼同步過程中，而精確的載波相位及多普勒頻移則通過FLL（鎖頻環(huán)）和PLL（鎖相環(huán)）跟蹤來實(shí)現(xiàn)。鎖頻環(huán)直接跟蹤載波頻率，而鎖相環(huán)則直接對(duì)載波相位進(jìn)行跟蹤。鎖相環(huán)具有較高的跟蹤精度，但對(duì)通信鏈路干擾的容忍能力差，特別是受載體動(dòng)態(tài)引入的多普勒頻移影響較大；而鎖頻環(huán)具有較好的動(dòng)態(tài)性能，但跟蹤精度較低。載波跟蹤環(huán)的跟蹤精度決定了最后定位測(cè)量的精度。常規(guī)接收機(jī)中載波跟蹤是在數(shù)字延遲鎖定環(huán)對(duì)偽碼相關(guān)解擴(kuò)的基礎(chǔ)上，通過科斯塔斯環(huán)（PLL的一種）重構(gòu)載波相位解調(diào)BPSK數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)多普勒頻移高于±40kHz ，多普勒頻率一次變化率為4kHz/s ，二次變化率為200Hz/s2時(shí)，接收機(jī)的PLL將不能穩(wěn)定工作。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，多普勒頻移遠(yuǎn)小于這一極限值，另外，鎖頻環(huán)鑒別器需要兩組相關(guān)積分采樣點(diǎn)用于計(jì)算頻率差值，并且這兩組采樣值應(yīng)該在同一個(gè)數(shù)據(jù)位時(shí)間區(qū)間之內(nèi)。系統(tǒng)中，由于積分時(shí)間與調(diào)制數(shù)據(jù)位寬度相同，每次得到的相關(guān)采樣值將位于不同的數(shù)據(jù)位區(qū)間內(nèi)，不適合使用鎖頻環(huán)，故只采用科斯塔斯環(huán)完成載波頻率和相位的跟蹤。
環(huán)路原理
科思塔斯載波跟蹤環(huán)由載波鑒相器、載波環(huán)路濾波器和載波NCO組成。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。
環(huán)路實(shí)現(xiàn)
載波NCO的FPGA設(shè)計(jì)
載波NCO是載波跟蹤環(huán)的重要組成部分，它的主要功能是產(chǎn)生本地復(fù)制載波信號(hào)。載波NCO主要由相位累加器、地址寄存器和正弦查找表構(gòu)成。結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。
載波NCO設(shè)置有頻率控制字輸入口，相位累加器對(duì)輸入的控制字進(jìn)行累加，累加結(jié)果的高8位作為查詢表的地址，通過查詢預(yù)先存設(shè)的正余弦表，輸出兩路信號(hào)，其中一路與載波同相，另一路與載波正交。載波環(huán)路通過不斷調(diào)整載波NCO的頻率控制字來保持對(duì)接收信號(hào)載波頻率和相位的跟蹤。載波NCO要有足夠的頻率分辨率，保證能高精度跟蹤載波，這就要求載波NCO要有足夠的相位累加器字長(zhǎng)。本設(shè)計(jì)中累加字長(zhǎng)取為32位，累加時(shí)鐘為60MHz，要求輸出頻率為50MHz，可以得到頻率控制字為：
頻率分辨率為： 即通過輸入頻率控制字來改變輸出正/余弦信號(hào)的頻率時(shí)，可以達(dá)到0.014Hz的最小步進(jìn)。另外，也可以根據(jù)實(shí)際需要的頻率改變輸入頻率控制字值。
