一种航空无线通信鉴频器及其鉴频方法
【专利摘要】本发明公开了一种航空无线通信鉴频器，扫频鉴频模块、FFT鉴频模块及鉴频控制模块，所述扫频鉴频模块用于对准复基带信号进行扫频鉴频处理，获得扫频鉴频状态与扫频鉴频频率信息；所述FFT鉴频模块用于对准复基带信号进行FFT鉴频处理，获得FFT鉴频状态与FFT鉴频频率信息；所述鉴频控制模块用于分析扫频鉴频模块和FFT鉴频模块输出的内容，输出粗频偏信息给数字下变频器用作准复基带信号提取，输出精频偏信息给二次变频器用作准复基带信号的残余频偏补偿，完成系统频偏鉴别与补偿。本发明在面对无线通信设备恶劣的信道环境下，能满足其对鉴频功能的苛刻要求。
【专利说明】一种航空无线通信鉴频器及其鉴频方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空航天的无线通信领域，尤其涉及航空航天飞行器中的无线通信鉴频器设备，是一种面向恶劣信道传输环境提出的综合扫频鉴频技术与FFT鉴频技术的鉴频器的实现方法。
技术背景
[0002]航空航天飞行器的高速相对运动将会产生多普勒效应，并且无线通信设备的收发信机本振存在固有频差，导致收信机接收到的信号载波频率与发信机的发射载波频率之间存在较大的偏差，严重影响收信机的信息捕获与解调。因此，鉴频器是各种航空航天飞行器上无线通信设备必不可少的功能模块。传统的采用锁相环技术提取载波的技术在高动态环境下存在捕获速度与跟踪精度之间的矛盾，较难同时满足动态与稳态性能的要求；并且在高动态环境与传输效率的制约下，无线通信设备的收信机存在难以采用匹配滤波器实时获得扩频处理增益以提高鉴频分析处理信号的信噪比问题，导致采用FFT鉴频技术存在鉴频噪声瓶颈，不满足低信噪比、多径衰落等恶劣信道环境下的鉴频需求。
【发明内容】
[0003]为解决如何在面对无线通信设备恶劣的信道环境，满足其对鉴频功能的苛刻要求，本发明的发明目的在于提供一种航空无线通信鉴频器，采用扫频与预处理FFT分析算法进行双机互补备份的思想进行鉴频器设计。利用扫频算法在低信噪比、恶劣信道环境下的优良鉴频性能解决该应用场景下FFT算法存在的鉴频瓶颈；利用FFT鉴频在较高质量信道环境下的优良鉴频性能合理规避该应用场景下扫频鉴频模块在低门限设置条件下残余较大频偏的不足；利用鉴频控制模块分析扫频鉴频模块和FFT鉴频模块的输出信息，采用粗、精频偏输出模式，分别对系统固定频偏与收发信机多普勒频偏进行合理校准，使鉴频器在相同时间指标条件下获得鉴频范围与鉴频精度的合理折衷。
[0004]本发明的发明目的通过以下技术方案实现:
[0005]一种航空无线通信鉴频器，包含扫频鉴频模块、FFT鉴频模块及鉴频控制模块，所述扫频鉴频模块用于对准复基带信号进行扫频鉴频处理，获得扫频鉴频状态信息和扫频鉴频频率信息；所述扫频鉴频状态信息包含扫描、捕获、跟踪、锁定四种状态；
[0006]所述FFT鉴频模块用于对准复基带信号进行FFT鉴频处理，获得FFT鉴频状态信息和FFT鉴频频率信息；所述FFT鉴频状态信息包含侦听与锁定两种状态；
[0007]所述鉴频控制模块用于分析所述扫频鉴频状态信息、FFT鉴频状态信息，根据中频带通抽样定理计算理论粗频偏信息或者对当前粗频偏信息进行基于扫频鉴频频率信息的修正，输出粗频偏信息给数字下变频器用作准复基带信号提取；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为锁定则选择FFT鉴频频率信息；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为侦听则选择扫频鉴频频率信息输出精频偏信息，给二次变频器用作准复基带信号的残余频偏补偿，最终完成系统整体频偏鉴别与补偿。
[0008]依据上述特征，所述FFT鉴频模块包含频谱解析输出校正单元，所述频谱解析输出校正单元设置一定计数范围，通过锁存比较FFT鉴频模块输出的FFT鉴频频率信息与计数范围是否相符，若相符，则FFT鉴频状态处于锁定状态，表示此时FFT鉴频频率信息稳定。
[0009]依据上述特征，所述扫频鉴频模块包含中心变频序列匹配相关器、多通道变频序列匹配积分器、扫频状态机、标志时序控制器，所述扫频鉴频模块将经过数字下变频处理的准复基带信号分为6路相同的分路复用信号，其中I路分路复用信号送入所述中心变频序列匹配相关器进行频偏补偿与扩频序列相关运算，其他5路分路复用信号根据无线通信基带数据速率与采用的扩频码长度计算扫频捕获偏移fdMptUM及ftoadt与扫频中心频率组成分布式扩展频率集合
fdtrack，f centre fdcapture，f centre，f centre+f dcapture，f centre+f dtrack]刀别送入所述多通道变频序列匹配积分器的5条支路进行频偏补偿与扩频序列相关运算；
[0010]所述标志时序控制器根据中心变频序列匹配相关器的峰值脉冲产生控制时序，使所述扫频状态机按时读取多通道变频序列匹配积分器输出的峰值脉冲信息，控制扫频状态机的状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态信息；
[0011]所述扫频状态机根据多通道变频序列匹配积分器输出的峰值脉冲信息进行状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态，以及选择信号对应的频率供给所述中心变频序列匹配相关器选择合适的处理频率。
[0012]依据上述特征，所述扫频状态机的扫频状态分为扫描、捕获、跟踪、锁定四个状态，根据定时脉冲提取的多通道变频序列匹配积分器输出的相关值信息及丢失信息标志进行状态跳转，以引导补偿与反向补偿的方式及时调整所述扫频状态机输出的中心频率。
[0013]依据上述特征，所述扫频鉴频模块还包含输出接口单元，根据扫频状态机的扫频状态跳转产生中心频率更新脉冲，在中心频率更新脉冲的触发下分析当前中心频率与锁存频率的差值关系，若该差值较小，放弃此次频率更新；若该差值较大，则实施此次频率更新，锁存并输出对外部接口的扫频鉴频频率信息。
[0014]本发明的另一目的提供一种航空无线通信鉴频方法，包含以下步骤:
[0015]步骤一、对输入中频带通抽样的AD数据进行基于粗频偏数值的数字下变频，获得准复基带信号；
[0016]步骤二、对准复基带信号分别进行扫频鉴频处理与FFT鉴频处理，获得扫频鉴频状态、扫频鉴频频率信息、FFT鉴频状态、FFT鉴频频率信息；所述所述FFT鉴频状态信息包含侦听与锁定两种状态；所述扫频鉴频状态信息包含扫描、捕获、跟踪、锁定四种状态；
[0017]步骤三、鉴频控制模块分析扫频鉴频状态信息、FFT鉴频状态信息，根据中频带通抽样定理计算理论粗频偏信息或者对当前粗频偏信息进行基于扫频鉴频频率信息的修正，输出粗频偏信息给数字下变频器用作准复基带信号提取；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为锁定则选择FFT鉴频频率信息；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为侦听则选择扫频鉴频频率信息输出精频偏信息，给二次变频器用作准复基带信号的残余频偏补偿，最终完成系统整体频偏鉴别与补偿。
[0018]依据上述特征，所述FFT鉴频处理包含以下步骤:
[0019]1.1)对准复基带信号进行去调制信息数据预处理、滤波抽取、缓存、采用FFT分析获得每段观测数据的频偏信息；
[0020]1.2)设置输出校正单元并设置一定计数范围，采用锁存比较的策略，通过锁存比较FFT分析获得每段观测数据的频偏信息与计数范围是否相符，若相符，则FFT鉴频状态处于锁定状态，表示此时FFT鉴频频率信息稳定。
[0021]依据上述特征，所述扫频鉴频处理包含以下步骤:
[0022]2.1)将准复基带信号分为6路相同的分路复用信号，第I路分路复用信号送入中心变频序列匹配相关器，其他5路分路复用信号根据无线通信基带数据速率与采用的扩频码长度计算扫频捕获偏移fdc;apt.及fdtMC;k与扫频中心频率组成分布式扩展频率集合
[fcentre -^dtrack? -^"centre -^dcapture? -^"centre? fcentre+fdcapture? fcentre+fdtrack
]分别送入多通道变频序列匹配积分器，分别对准复基带信号进行频偏补偿与扩频序列相关运算；
[0023]2.2)由中心变频序列匹配相关器的峰值脉冲产生控制时序，使扫频状态机按时读取多通道变频序列匹配积分器输出的相关值信息，控制扫频状态机的状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态信息；
[0024]2.3)由扫频状态机输出中心频率选择信号对应的频率值供给中心变频序列匹配相关器选择合适的处理频率，控制标志时序控制器及时捕获扩频序列信息，加速扫频状态收敛；
[0025]2.4)由输出接口模块监控扫频状态及其扫频中心频率，根据扫频状态机的扫频状态跳转产生中心频率更新脉冲，在中心频率更新脉冲的触发下分析当前中心频率值与锁存频率的差值关系，若该差值较小，放弃此次频率更新；若该差值较大，则实施此次频率更新，锁存并输出对外部接口的扫频鉴频信息。
[0026]依据上述特征，所述扫频状态机分四个状态运作，具体步骤如下:
[0027]3.1)扫频状态机在系统复位时刻处于扫描状态，采用最大的扫频步长与单一的扫频方向:若多通道变频序列匹配积分器在扫描状态下能够出现峰值脉冲，则扫频状态机将切换至捕获状态；否则其始终处于扫描状态，并根据控制时序进行频率扫描；
[0028]3.2)扫频状态机处于捕获状态时采用较小的扫频步长，根据多通道变频序列匹配积分器的峰值脉冲分布实时调整扫频方向:若扫频状态机在控制时序超时时仍未检测到峰值脉冲信息，则反向调整扫频中心频率并切换至扫描状态；若检测到多个峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至跟踪状态；若检测到少量峰值脉冲信息，扫频状态机通过分析峰值脉冲信息分布调整扫频方向在捕获状态内进行频率扫描；
[0029]3.3)扫频状态机处于跟踪状态时采用最小的扫频步长，根据多通道变频序列匹配积分器的峰值脉冲分布实时调整扫频方向:若扫频状态机在控制时序超时时仍未检测到峰值脉冲信息或仅检测到少量峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至捕获状态；若检测到呈对称式分布的多个峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至锁定状态；若检测到呈非对称分布的多个峰值脉冲信息，扫频状态机通过分析峰值脉冲信息分布调整扫频方向在跟踪状态内进行频率扫描；
[0030]3.4)扫频状态机处于锁定状态不进行扫频，若扫频状态机在控制时序超时时仍未检测到峰值脉冲信息或仅检测到少量峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至捕获状态；若检测到呈非对称分布的多个峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至跟踪状态；否则扫频状态机保持锁定状态。
[0031]依据上述特征，所述步骤三包含以下步骤:
[0032]4.1)鉴频控制模块在系统复位时处于侦听状态，根据中频带通抽样定理计算理论频偏值并输出至粗频偏信息接口，始终根据FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息选择FFT鉴频子模块或者扫频鉴频子模块输出的鉴频频率信息输出至精频偏信息接口 ；若扫频鉴频状态由扫描状态跳转至捕获状态，鉴频控制模块则对理论频偏值进行扫频鉴频频率信息修正，输出至粗频偏信息接口，并切换至完成状态；
[0033]4.2)鉴频控制模块处于完成状态时，对比扫频鉴频频率信息与FFT鉴频频率信息，若粗、精频偏信息之和超出系统先验指标，鉴频控制模块输出鉴频复位信息，并切换至侦听状态；若扫频鉴频频率信息与FFT鉴频频率信息的稳态频差超出系统先验指标，鉴频控制模块对当前粗频偏信息进行扫频鉴频频率信息修正，并切换成侦听状态。
[0034]本发明的有益效果主要在于以下几个方面:
[0035]1、针对FFT鉴频模块在恶劣信道下鉴频失效的不足以及扫频鉴频模块鉴频精度受到信道环境与预设门限制约的缺陷，本无线通信鉴频器采用双机互补备份、择优输出的思想，合理规避了两类鉴频器的缺点，能够实现在低信噪比、多径衰落等恶劣信道环境下的鉴频功能，具有很高的动态范围。AWGN信道环境下测试结果表明:本无线通信鉴频器在信噪比较高时优选FFT鉴频支路，残余频差不大于0.003%倍符号速率，在信噪比较低时优选扫频鉴频支路，残余频偏不大于0.008%倍符号速率，且在满足鉴频功能的范围内残余频偏随信噪比的降低而减小，在EbZX为-1ldB时不超过0.0001%倍符号速率；多径衰落信道环境下测试表明:本无线通信鉴频器在路径损耗较小或莱斯因子较大时优选FFT鉴频支路，残余频差不大于0.003%倍符号速率，在路径损耗较大或莱斯因子较小时优选扫频鉴频支路，其残余频偏不大于0.004%倍符号速率，且残余频偏在满足鉴频功能的范围内残余频偏随信噪比的降低而减小。
[0036]2、受器件批次、系统工作环境影响，在收发信机本振存在较大偏差时，鉴频控制模块能够通过分析FFT鉴频模块与扫频鉴频模块的输出状态识别接收机数字下变频采用的粗频偏值的异常状态，进而通过粗频偏更新算法有效完成系统固有频偏校准，能够使鉴频器的频偏动态范围设计最小化，使在相同时间指标需求下获得更高的鉴频精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1为本发明一种航空无线通信鉴频器的结构示意图；
[0038]图2为本发明中FFT鉴频模块的结构示意图；
[0039]图3为本发明中扫频鉴频模块的结构示意图；
[0040]图4为本发明中扫频状态机的状态跳转图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图对本发明作进一步说明；本实例在以本发明技术方案为前提的基础上进行实施，并给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0042]本发明主要包括:扫频鉴频模块、FFT鉴频模块及鉴频控制模块。基本流程框图如图1所示，对输入中频带通抽样的AD数据进行基于粗频偏数值的数字下变频，获得准复基带信号；FFT鉴频模块及扫频鉴频模块对准复基带信号分别进行扫频鉴频处理与FFT鉴频处理，获得扫频鉴频状态、扫频鉴频频率信息、FFT鉴频状态、FFT鉴频频率信息；鉴频控制模块用于分析扫频鉴频状态信息、FFT鉴频状态信息，根据中频带通抽样定理计算理论粗频偏信息或者对当前粗频偏信息进行基于扫频鉴频频率信息的修正，输出粗频偏信息给数字下变频器用作准复基带信号提取；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为锁定则选择FFT鉴频频率信息；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为侦听则选择扫频鉴频频率信息输出精频偏信息，给二次变频器用作准复基带信号的残余频偏补偿，最终完成系统整体频偏鉴别与补偿。
[0043]下面对本发明中的各个模块作详细说明。
[0044](I)FFT鉴频模块
[0045]FFT鉴频模块对经过数字下变频处理的准复基带信号进行去调制信息数据预处理、滤波抽取、缓存、FFT分析获得每段观测数据的频偏信息，在输出端口处设有频谱解析输出校正单元，通过设置一定计数范围，采用锁存比较的策略，准确输出FFT鉴频输出频偏的锁存数值与置信度，通过锁存比较FFT鉴频模块输出的FFT鉴频频率信息与计数范围是否相符，若相符，置信度为1，则FFT鉴频状态处于锁定状态，表示此时FFT鉴频频率信息稳定。其结构图见图2。
[0046](2)扫频鉴频模块
[0047]其结构图见图3，所述扫频鉴频模块包含中心变频序列匹配相关器、多通道变频序列匹配积分器、扫频状态机、标志时序控制器，所述扫频鉴频模块将经过数字下变频处理的准复基带信号分为6路相同的分路复用信号，其中I路分路复用信号送入所述中心变频序列匹配相关器进行频偏补偿与扩频序列相关运算，其他5路分路复用信号根据无线通信基带数据速率与采用的扩频码长度计算扫频捕获偏移fdMptUM及ftoadt与扫频中心频率组成分布式扩展频率集合
fdtrack，f centre fdcapture，f centre，f centre+f dcapture，f centre+f dtrack]刀别送入所述多通道变频序列匹配积分器的5条支路进行频偏补偿与扩频序列相关运算。
[0048]中心变频序列匹配相关器的输入控制信号为扫频鉴频模块识别的中心频偏值，采用该频偏值对接收信号进行频偏补偿能够得到较高的相关值，以作为扫频系统的控制信号生成触发条件。多通道变频序列匹配积分器采用积分器形式完成多通道变频信号的相关处理，运算原理与序列匹配相关器一致，但其大大降低了资源消耗。
[0049]所述标志时序控制器根据中心变频序列匹配相关器的峰值脉冲产生控制时序，使所述扫频状态机按时读取多通道变频序列匹配积分器输出的峰值脉冲信息，控制扫频状态机的状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态信息；
[0050]所述扫频状态机根据多通道变频序列匹配积分器输出的峰值脉冲信息进行状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态，以及选择信号对应的频率供给所述中心变频序列匹配相关器选择合适的处理频率，以保证标志时序控制器及时捕获扩频序列信息，加速扫频状态收敛。
[0051]为获得较低的扫频捕获时间与较高的扫频鉴频精度，扫频状态机分为扫描、捕获、跟踪、锁定四个状态，这四个状态具有不同的频率扫描步进。根据定时脉冲提取的5支路序列匹配积分器输出的相关值信息及丢失信息标志进行状态跳转，以引导补偿与反向补偿的方式及时调整扫频状态机输出的中心频率扫频状态机的状态转移图如附图4所示。
[0052]扫频状态机在系统复位时刻处于扫描状态，采用最大的扫频步长与单一的扫频方向:若多通道变频序列匹配积分器在扫描状态下能够出现峰值脉冲，则扫频状态机将切换至捕获状态；否则其始终处于扫描状态，并根据控制时序进行频率扫描；
[0053]扫频状态机处于捕获状态时采用较小的扫频步长，根据多通道变频序列匹配积分器的峰值脉冲分布实时调整扫频方向:若扫频状态机在控制时序超时时仍未检测到峰值脉冲信息，则反向调整扫频中心频率并切换至扫描状态；若检测到多个峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至跟踪状态；若检测到少量峰值脉冲信息，扫频状态机通过分析峰值脉冲信息分布调整扫频方向在捕获状态内进行频率扫描；
[0054]扫频状态机处于跟踪状态时采用最小的扫频步长，根据多通道变频序列匹配积分器的峰值脉冲分布实时调整扫频方向:若扫频状态机在控制时序超时时仍未检测到峰值脉冲信息或仅检测到少量峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至捕获状态；若检测到呈对称式分布的多个峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至锁定状态；若检测到呈非对称分布的多个峰值脉冲信息，扫频状态机通过分析峰值脉冲信息分布调整扫频方向在跟踪状态内进行频率扫描；
[0055]扫频状态机处于锁定状态不进行扫频，若扫频状态机在控制时序超时时仍未检测到峰值脉冲信息或仅检测到少量峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至捕获状态；若检测到呈非对称分布的多个峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至跟踪状态；否则扫频状态机保持锁定状态。
[0056]需特别说明一下，所述最小的扫频步长、较小的扫频步长和最大的扫频步长是指扫频状态机在不同的状态下所选用的扫频步长，最小、较小、最大是相对这三个扫频步长的长短所作的排序，本领域的技术人员可以根据需要设置任意长度的扫频步长。
[0057]为解决扫频状态机长期驻留扫描状态或状态频繁切换引起的中心频率不稳定的现象，输出接口通根据扫频状态机的扫频状态跳转产生中心频率更新脉冲，在中心频率更新脉冲的触发下分析当前中心频率值与锁存频率的差值关系，若该差值较小，放弃此次频率更新；若该差值较大，则实施此次频率更新，锁存并输出对外部接口的扫频鉴频信息和扫频状态息。
[0058](3)鉴频控制模块
[0059]鉴频控制模块通过工作模块/状态信息接口控制扫频状态机时序，并读取FFT鉴频模块与扫频鉴频模块工作信息进行频率分析，输出粗频偏信息对收发信机本振差异带来的系统频偏进行校准，完成本振频偏校准的鉴频器的鉴频范围仅需要覆盖系统多普勒展宽，大大改善了鉴频器在满足时间指标条件下的鉴频精度。
[0060]鉴频控制模块在系统复位时处于侦听状态，根据中频带通抽样定理计算理论频偏值并输出至粗频偏信息接口，始终根据FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息选择FFT鉴频子模块或者扫频鉴频子模块输出的鉴频频率信息输出至精频偏信息接口 ；若扫频鉴频状态由扫描状态跳转至捕获状态，鉴频控制模块则对理论频偏值进行扫频鉴频频率信息修正，输出至粗频偏信息接口，并切换至完成状态；
[0061]鉴频控制模块处于完成状态时，对比扫频鉴频频率信息与FFT鉴频频率信息，若粗、精频偏信息之和超出系统先验指标，鉴频控制模块输出鉴频复位信息，并切换至侦听状态；若扫频鉴频频率信息与FFT鉴频频率信息的稳态频差超出系统先验指标，鉴频控制模块对当前粗频偏信息进行扫频鉴频频率信息修正，并切换成侦听状态。
[0062]鉴频控制模块有效利用高信噪比环境下FFT鉴频具有精确、稳定的鉴频性能弥补低门限扫频鉴频模块在高信噪比环境下具有较大的锁定残余频偏的缺陷，使扫频鉴频模块不需要考虑门限调整的问题，大大提高了鉴频系统的稳定性。
【权利要求】
1.一种航空无线通信鉴频器，包含扫频鉴频模块、FFT鉴频模块及鉴频控制模块，其特征在于: 所述扫频鉴频模块用于对准复基带信号进行扫频鉴频处理，获得扫频鉴频状态信息和扫频鉴频频率信息；所述扫频鉴频状态信息包含扫描、捕获、跟踪、锁定四种状态； 所述FFT鉴频模块用于对准复基带信号进行FFT鉴频处理，获得FFT鉴频状态信息和FFT鉴频频率信息；所述FFT鉴频状态信息包含侦听与锁定两种状态； 所述鉴频控制模块用于分析所述扫频鉴频状态信息、FFT鉴频状态信息，根据中频带通抽样定理计算理论粗频偏信息或者对当前粗频偏信息进行基于扫频鉴频频率信息的修正，输出粗频偏信息给数字下变频器用作准复基带信号提取；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为锁定则选择FFT鉴频频率信息；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为侦听则选择扫频鉴频频率信息输出精频偏信息，给二次变频器用作准复基带信号的残余频偏补偿，最终完成系统整体频偏鉴别与补偿。
2.根据权利要求1所述的一种航空无线通信鉴频器，其特征在于所述FFT鉴频模块包含频谱解析输出校正单元，所述频谱解析输出校正单元设置一定计数范围，通过锁存比较FFT鉴频模块输出的FFT鉴频频率信息与计数范围是否相符，若相符，则FFT鉴频状态处于锁定状态，表示此时FFT鉴频频率信息稳定。
3.根据权利要求1所述的一种航空无线通信鉴频器，其特征在于所述扫频鉴频模块包含中心变频序列匹配相关器、多通道变频序列匹配积分器、扫频状态机、标志时序控制器，所述扫频鉴频模块将经过数字下变频处理的准复基带信号分为6路相同的分路复用信号，其中I路分路复用信号送入所述中心变频序列匹配相关器进行频偏补偿与扩频序列相关运算，其他5路分路复用信号根据无线通信基带数据速率与采用的扩频码长度计算扫频捕获偏移f—及ftoac;k与扫频中心频率组成分布式扩展频率集合[f_tae-ftoac;k，fcentre -^dcapture? fcentre，fcentre+fdcapture，fcentre+fdtrac
k]分别送入所述多通道变频序列匹配积分器的5条支路进行频偏补偿与扩频序列相关运算； 所述标志时序控制器根据中心变频序列匹配相关器的峰值脉冲产生控制时序，使所述扫频状态机按时读取多通道变频序列匹配积分器输出的峰值脉冲信息，控制扫频状态机的状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态； 所述扫频状态机根据多通道变频序列匹配积分器输出的峰值脉冲信息进行状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态，以及选择信号对应的频率供给所述中心变频序列匹配相关器选择合适的处理频率。
4.根据权利要求3所述的一种航空无线通信鉴频器，其特征在于所述扫频状态机的扫频状态分为扫描、捕获、跟踪、锁定四个状态，根据定时脉冲提取的多通道变频序列匹配积分器输出的相关值信息及丢失信息标志进行状态跳转，以引导补偿与反向补偿的方式及时调整所述扫频状态机输出的中心频率。
5.根据权利要求3或4所述的一种航空无线通信鉴频器，其特征在于所述扫频鉴频模块还包含输出接口单元，根据扫频状态机的扫频状态跳转产生中心频率更新脉冲，在中心频率更新脉冲的触发下分析当前中心频率与锁存频率的差值关系，若该差值较小，放弃此次频率更新；若该差值较大，则实施此次频率更新，锁存并输出对外部接口的扫频鉴频频率信息。
6.一种航空无线通信鉴频方法，包含以下步骤: 步骤一、对输入中频带通抽样的AD数据进行基于粗频偏数值的数字下变频，获得准复基带信号； 步骤二、对准复基带信号分别进行扫频鉴频处理与FFT鉴频处理，获得扫频鉴频状态、扫频鉴频频率信息、FFT鉴频状态、FFT鉴频频率信息；所述所述FFT鉴频状态信息包含侦听与锁定两种状态；所述扫频鉴频状态信息包含扫描、捕获、跟踪、锁定四种状态； 步骤三、鉴频控制模块分析扫频鉴频状态信息、FFT鉴频状态信息，根据中频带通抽样定理计算理论粗频偏信息或者对当前粗频偏信息进行基于扫频鉴频频率信息的修正，输出粗频偏信息给数字下变频器用作准复基带信号提取；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为锁定则选择FFT鉴频频率信息；若FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息为侦听则选择扫频鉴频频率信息输出精频偏信息，给二次变频器用作准复基带信号的残余频偏补偿，最终完成系统整体频偏鉴别与补偿。
7.根据权利要求6所述的一种航空无线通信鉴频方法，其特征在于所述FFT鉴频处理包含以下步骤: . 1.D对准复基带信号进行去调制信息数据预处理、滤波抽取、缓存、采用FFT分析获得每段观测数据的频偏信息； . 1.2)设置输出校正单元并设置一定计数范围，采用锁存比较的策略，通过锁存比较FFT分析获得每段观测数据的频偏信息与计数范围是否相符，若相符，则FFT鉴频状态处于锁定状态，表示此时FFT鉴频频率信息稳定。
8.根据权利要求6所述的一种航空无线通信鉴频方法，其特征在于所述扫频鉴频处理包含以下步骤: . 2.1)将准复基带信号分为6路相同的分路复用信号，第I路分路复用信号送入中心变频序列匹配相关器，其他5路分路复用信号根据无线通信基带数据速率与采用的扩频码长度计算扫频捕获偏移fdc;aptUM及fdtM;k与扫频中心频率组成分布式扩展频率集合[fcentre -^dtrack? -^"centre -^dcapture? -^"centre? fcentre+fdcapture? fcentre+fdtrack
]分别送入多通道变频序列匹配积分器，分别对准复基带信号进行频偏补偿与扩频序列相关运算； . 2.2)由中心变频序列匹配相关器的峰值脉冲产生控制时序，使扫频状态机按时读取多通道变频序列匹配积分器输出的相关值信息，控制扫频状态机的状态流转，输出中心频率与扫频鉴频状态信息； . 2.3)由扫频状态机输出中心频率选择信号对应的频率值供给中心变频序列匹配相关器选择合适的处理频率，控制标志时序控制器及时捕获扩频序列信息，加速扫频状态收敛； . 2.4)由输出接口模块监控扫频状态及其扫频中心频率，根据扫频状态机的扫频状态跳转产生中心频率更新脉冲，在中心频率更新脉冲的触发下分析当前中心频率值与锁存频率的差值关系，若该差值较小，放弃此次频率更新；若该差值较大，则实施此次频率更新，锁存并输出对外部接口的扫频鉴频信息。
9.根据权利要求8所述的一种航空无线通信鉴频方法，其特征在于所述扫频状态机分四个状态运作，具体步骤如下: . 3.1)扫频状态机在系统复位时刻处于扫描状态，采用最大的扫频步长与单一的扫频方向:若多通道变频序列匹配积分器在扫描状态下能够出现峰值脉冲，则扫频状态机将切换至捕获状态；否则其始终处于扫描状态，并根据控制时序进行频率扫描； . 3.2)扫频状态机处于捕获状态时采用较小的扫频步长，根据多通道变频序列匹配积分器的峰值脉冲分布实时调整扫频方向:若扫频状态机在控制时序超时时仍未检测到峰值脉冲信息，则反向调整扫频中心频率并切换至扫描状态；若检测到多个峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至跟踪状态；若检测到少量峰值脉冲信息，扫频状态机通过分析峰值脉冲信息分布调整扫频方向在捕获状态内进行频率扫描； . 3.3)扫频状态机处于跟踪状态时采用最小的扫频步长，根据多通道变频序列匹配积分器的峰值脉冲分布实时调整扫频方向:若扫频状态机在控制时序超时时仍未检测到峰值脉冲信息或仅检测到少量峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至捕获状态；若检测到呈对称式分布的多个峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至锁定状态；若检测到呈非对称分布的多个峰值脉冲信息，扫频状态机通过分析峰值脉冲信息分布调整扫频方向在跟踪状态内进行频率扫描； . 3.4)扫频状态机处于锁定状态不进行扫频，若扫频状态机在控制时序超时时仍未检测到峰值脉冲信息或仅检测到少量峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至捕获状态；若检测到呈非对称分布的多个峰值脉冲信息，扫频状态机则切换至跟踪状态；否则扫频状态机保持锁定状态。
10.根据权利要求6所述的一种航空无线通信鉴频方法，其特征在于所述步骤三包含以下步骤: . 4.1)鉴频控制模块在系统复位时处于侦听状态，根据中频带通抽样定理计算理论频偏值并输出至粗频偏信息接口，始终根据FFT鉴频模块输出的FFT鉴频状态信息选择FFT鉴频子模块或者扫频鉴频子模块输出的鉴频频率信息输出至精频偏信息接口 ；若扫频鉴频状态由扫描状态跳转至捕获状态，鉴频控制模块则对理论频偏值进行扫频鉴频频率信息修正，输出至粗频偏信息接口，并切换至完成状态； .4.2)鉴频控制模块处于完成状态时，对比扫频鉴频频率信息与FFT鉴频频率信息，若粗、精频偏信息之和超出系统先验指标，鉴频控制模块输出鉴频复位信息，并切换至侦听状态；若扫频鉴频频率信息与FFT鉴频频率信息的稳态频差超出系统先验指标，鉴频控制模块对当前粗频偏信息进行扫频鉴频频率信息修正，并切换成侦听状态。
【文档编号】H03L7/113GK104184471SQ201410406550
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】邹星, 罗宇, 靳超, 李金喜, 方正, 丁勇飞 申请人:中国航空无线电电子研究所