一种基于无人机数据链传输的频偏校正方法与流程

技术特征：

1.一种基于无人机数据链传输的频偏校正方法，简称本方法，其特征在于：所依托的系统包括信号发生模块、调制模块、信道加噪模块、判决反馈锁相环模块和采样模块；

所述信号发生模块中包含信号发生器；所述调制模块包含乘法器；

所述信道加噪模块具体包括产生加性高斯白噪声并将加性高斯白噪声加入本系统中；

所述判决反馈锁相环模块包括反正切鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器。

2.如权利要求1所述的一种基于无人机数据链传输的频偏校正方法，其特征还在于：本方法所依托的系统各模块功能如下：

所述信号发生模块的功能是生成基带信号以及载波；

所述调制模块的功能是将基带信号与载波相乘，实现调制；

所述信道加噪模块的功能是模拟现实操作中外界噪声信号对系统的影响；

所述判决反馈锁相环模块的功能是实现频率偏移的校正；

其中，判决反馈锁相环中各模块的功能如下：

反正切鉴相器的功能是用于比较已调信号相位信息与锁相环估计相位信息得到相位差信息，并将相位差调整至系统正确星座点的角度范围内，结果输入到数字环路滤波器；

数字环路滤波器的功能是对高频分量和噪声起抑制作用、动态控制锁相环路的校正精度和速度、对相位差信息进行环路滤波并将得到的步进量输入数控振荡器；

数控振荡器的功能是输出相干载波的相位估计值，该值每次均会以步进量为单位调整，从而得到更准确的相位估计值，以实现对频率偏移的补偿；

所述采样模块的功能是对补偿后的信号进行抽取有效信息，以恢复原始信号；

判决反馈锁相环通过数字滤波器的参数决定其锁定时间和捕获频率范围，数字环路滤波器的参数记为C1和C2，此两个参数通过判决反馈锁相环的闭环传递函数，通过公式(1)计算得到：

$H\left(z\right)=\frac{K_0{K}_1(C_1+C_2)z^{-1}-K_0{K}_1{C}_1{z}^{-2}}{1+\[K_0{K}_1(C_1+C_2)-2\]z^{-1}+(1-K_0{K}_1{C}_1)z^{-2}}---\left(1\right)$

其中，H(z)为判决反馈锁相环的闭环传递函数；K₀为数控振荡器增益，K₁为反正切鉴相器增益；

标准的闭环传递函数的z变换形式如公式(2)所示：

$H\left(z\right)=\frac{\[4{\mathrm{\ζ\ω}}_n{T}_s+{\left({\mathrm{\ω}}_n{T}_s\right)}^2\]+2{\left({\mathrm{\ω}}_n{T}_s\right)}^2{z}^{-1}+\[{\left({\mathrm{\ω}}_n{T}_s\right)}^2-4{\mathrm{\ζ\ω}}_n{T}_s\]z^{-2}}{\[4+4{\mathrm{\ζ\ω}}_n{T}_s+{\left({\mathrm{\ω}}_n{T}_s\right)}^2\]+\[2{\left({\mathrm{\ω}}_n{T}_s\right)}^2-8\]z^{-1}+\[4+4{\mathrm{\ζ\ω}}_n{T}_s+{\left({\mathrm{\ω}}_n{T}_s\right)}^2\]z^{-2}}---\left(2\right)$

其中，T_s为采样时间间隔，ζ为阻尼系数，其取值范围为0.6到1；优选地ζ取0.707；ω_n为自然角频率，通过等效噪声带宽B_L取得；

将公式(1)与公式(2)对比可得：

$C_1=\frac{1}{K_0{K}_d}\frac{8{\mathrm{\ζ\ω}}_{n}T}{4+4{\mathrm{\ζ\ω}}_{n}T+{\left({\mathrm{\ω}}_{n}T\right)}^2}$

$C_2=\frac{1}{K_0{K}_d}\frac{4{\left({\mathrm{\ω}}_{n}T\right)}^2}{4+4{\mathrm{\ζ\ω}}_{n}T+{\left({\mathrm{\ω}}_{n}T\right)}^2}---\left(3\right).$

3.如权利要求1所述的一种基于无人机数据链传输的频偏校正方法，其特征还在于：包括如下步骤：

S1、反正切鉴相器接收已调信号，再将已调信号的I路信号和Q路信号进行反正切，得到已调信号的相位信息；

S2、反正切鉴相器比较前一次数控振荡器输出的载波相位估计值与已调信号相位信息计算两者间的相位差，再将此相位差调整至正确星座点角度范围内；

S3、数字环路滤波器对S2输出的相位差进行环路滤波，得到数控振荡器的步进量；

S4、数控振荡器对前一次数控振荡器输出的载波相位估计值以数控振荡器步进量为单位进行调整，得到新的相位估计值；

S5、重复S2到S4N次，得到最准确的估计值，以此产生相干载波，实现对频率偏移的校正；

其中，N表示仿真码元数，考虑到仿真准确性和内存问题，N的取值范围通常在5000到1000000；

至此，从S1到S5，完成了一种用于无人机数据链传输的频偏校正方法。

4.如权利要求3所述的一种基于无人机数据链传输的频偏校正方法，其特征还在于：

S1中，已调信号包括I路基带信号和Q路基带信号；I路基带信号简称I路信号，记为I；Q路基带信号简称Q路信号，记为Q；

接收到的已调信号的相位信息记为θ_s，通过如下公式(4)计算得出：

θ_s＝arctan(I/Q) (4)。

5.如权利要求3所述的一种基于无人机数据链传输的频偏校正方法，其特征还在于：S2中，载波相位估计值，记为θ_{out_0}；已调信号相位信息，记为θ_s，此两者间的相位差，记为Δθ，通过如下公式(5)计算得出：

Δθ＝θ_s-θ_{out_0} (5)

调整后的相位差记为Δθ'，作为反正切鉴相器的输出。

6.如权利要求3所述的一种基于无人机数据链传输的频偏校正方法，其特征还在于：S3中，数控振荡器的步进量，记为NCO_Step，通过如下公式(6)计算得出：

NCO_Step＝f₁(Δθ',C1,C2) (6)。

7.如权利要求3所述的一种基于无人机数据链传输的频偏校正方法，其特征还在于：S4中，前一次数控振荡器输出的载波相位估计值，记为θ_{out_0}；数控振荡器步进量，记为NCO_Step；新的相位估计值，记为θ_{out_1}，

通过如下公式(7)计算得出：

θ_{out_1}＝f₂(θ_{out_0},NCO_Step) (7)。