本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种适用于无人机中继通信平台的载波同步系统。
背景技术：
信息传递已经成为当今社会生活必不可少的一部分。但是当出现战争或是自然灾害的时候，由于通信设备的损害会造成信息孤岛的出现。基于无人机的无线通信转发平台由于其具有灵活、成本低等优势而被广泛应用。但是由于无人机系统是一个动态的系统，接收机由于存在较大的多普勒频移，在这种情况下，要求载波同步系统必须有较大的捕获范围。同时无线通信系统要求有较好的通信质量，又要求有较好的载波同步精度。而单独的鉴频、鉴相系统或是传统鉴相鉴频组合系统已经无法很好的满足这一要求。
在现有技术中，针对现有的载波同步系统的要求有多个解决方案，如，1、利用二阶科斯塔斯环锁相环；2、利用二阶锁相环和锁频环切换链路；3、利用二阶叉积鉴频环辅助的三阶锁相环系统；4、基于经验查找表的载波跟踪算法，利用锁频环路的输出来反馈环路滤波器的带宽。
但是，在现有的解决方案中，二阶的锁相科斯塔斯环虽然精度高，但是捕获范围比较小，难以应对无人机通信系统在突发恶劣环境下大范围的频偏；二阶叉积锁频环和三阶锁相环组合的结构系统简单、精度大，但是由于捕获频率范围比较小，难以应对高速飞行或是强风等极端情况下引入的多普勒平移；利用经验查找表反馈调节环路滤波器的特性可以自适应改变带宽，在任意时刻精确同步，但是他提出的载波同步算法基于无人机和卫星通信，两者之间的相对速度较大，就多普勒效应来说该系统相对复杂。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种适用于无人机中继转发通信终端的载波同步系统。
本发明实施例提供一种适用于无人机中继转发通信平台的载波同步系统，包括第一锁频回路、第二锁频回路、锁相回路、跟踪环路、数控振荡器、乘法器和变频器；
所述变频器用于将接收到的输入信号进行下变频然后输出给所述乘法器；
所述数控振荡器用于产生载波并输出给所述乘法器；
所述乘法器用于将接收到的信号进行混频得到混频信号并输出；
所述第一锁频回路和第二锁频回路用于对所述混频信号的频率进行鉴频输出鉴频信号；
所述锁相回路用于对所述混频信号的相位进行鉴相输出鉴相信号；
所述跟踪环路用于根据预设的门限电压判决所述第一锁频回路和所述第二锁频回路输出的鉴频信号和所述锁相回路输出的鉴相信号，根据判决结果切换所述第一锁频回路、所述第二锁频电路和所述锁相回路与自身的连接关系，并控制输出给所述数控振荡器的载波频率。
其中，所述第一锁频回路包括四相鉴频器和第一环路滤波器，所述四相鉴频器用于通过其非线性特性牵引捕获的多普勒频率，所述第一环路滤波器用于根据第一预设条件对所述四相鉴频器输出的信号进行过滤。
其中，所述第二锁频回路包括符号叉积鉴频器和第二环路滤波器，所述符号叉积鉴频器用于减少频差；所述第二环路滤波器用于根据第二预设条件对所述符号叉积鉴频器输出的信号进行过滤。
其中，所述跟踪环路还用于通过检测所述第二锁频回路的输出信号，通过数值查找表线性改变所述第二环路滤波器的带宽。
其中，所述锁相回路包括科斯塔斯鉴相器和第三环路滤波器，所述科斯塔斯鉴相器用于实现精确相位的控制；所述第三环路滤波器用于根据第三预设条件对所述科斯塔斯鉴相器输出的信号进行过滤。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本系统采用两个锁频回路和一个锁相回路，按照频差和相差划分成三种情况：(1)频差较大；(2)频差较小且相差较大；(3)频差较小且相差较小。跟踪环路对三回路(两个锁频回路和一个锁相回路)进行切换避免锁相回路直接切换到锁频精度较差的第一锁频回路，而是切换到同步性能适中的第二锁频回路，避免同步精度有较大的波动，提高了环路的捕获范围，避免在极端环境下出现失锁的现象。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种适用于无人机中继转发通信终端的载波同步系统的方框示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例一提供一种适用于无人机中继转发通信终端的载波同步系统，如图1所示，包括：两个锁频回路(分别称为第一锁频回路和第二锁频回路)、锁相回路、跟踪环路、数控振荡器、乘法器和变频器。
变频器用于将接收到的输入信号进行下变频然后输出给乘法器；
数控振荡器用于产生载波并输出给乘法器；
乘法器用于将接收到的信号进行混频得到混频信号并输出；
第一锁频回路和第二锁频回路用于对混频信号的频率进行鉴频输出鉴频信号；
具体的，在本实施例中，如图1所示，第一锁频回路包括四相鉴频器和第一环路滤波器，四相鉴频器用于通过其非线性特性牵引捕获的多普勒频率，可以快速将频差从500hz以快速牵引到10hz左右进入叉积鉴频器的线性范围，第一环路滤波器用于根据第一预设条件对四相鉴频器输出的信号进行过滤；
第二锁频回路包括符号叉积鉴频器和第二环路滤波器，符号叉积鉴频器用于减少频差；第二环路滤波器用于根据第二预设条件对符号叉积鉴频器输出的信号进行过滤；
在本实施例中，鉴频是指用门电路来分辨频率是否在正常的偏差范围以内，如果不正常会输出到相应的控制端误差信号以使频率正常；
锁相回路用于对混频信号的相位进行鉴相输出鉴相信号；
具体的，在本实施例中，如图1所示，锁相回路包括科斯塔斯鉴相器和第三环路滤波器，科斯塔斯鉴相器用于实现精确相位的控制；第三环路滤波器用于根据第三预设条件对科斯塔斯鉴相器输出的信号进行过滤；
在本实施例中，鉴相是指用门电路(一般用锁相环)来调整输出的信号的相位是否正确，如果不正确会输出相应的调整信号；
跟踪环路用于根据预设的门限电压判决第一锁频回路和第二锁频回路输出的鉴频信号和锁相回路输出的鉴相信号，然后根据判决结果切换两个锁频回路和锁相回路与自身的连接关系，并控制输出给数控振荡器的载波频率；还用于通过检测第二锁频回路的输出信号，通过数值查找表线性改变第二环路滤波器的带宽。
本实施例系统的工作原理具体为：当本实施例系统接收到输入信号时先通过变频器进行下变频，变频后的信号和数控振荡器输出的信号经过乘法器得到混频信号并输出给两个锁频回路和锁相回路进行锁相，具体的，分三步进行锁相：(1)初始状态下，设此时四相鉴频器输出信号的电压大于上限电压u1，先切换至第一锁频回路，利用四相鉴频器将频差拉至叉积鉴频器的线性范围；(2)当四相鉴频器输出信号的电压小于上限电压u1，叉积鉴频器输出信号的电压大于下限电压u2，然后切换至第二锁频回路，利用符号叉积鉴频器减少频差；(3)当叉积鉴频器输出信号的电压小于下限电压u2，然后切换至锁相回路，锁定相位；如受到干扰时信号的电压脱离了(3)状态，根据门限电压(u1、u2)回到(1)(2)状态，重复(1)(2)过程。
本系统应用在无人机的中继转发通信终端上，无人机飞行高度约为3km，采用160度波束宽度的机载天线，有效覆盖面积超过1000km。该载波同步系统的业务传输流程如下，输入信号经过变频器后通过和数控振荡器产生的初始载波通过乘法器相乘；相乘产生的信号分别送入四相鉴频器、符号叉积鉴频器和科斯塔斯环鉴相器进行鉴频和鉴相。符号叉积鉴频器和科斯塔斯环鉴相器的环路阶数太少，不适合解调高动态信号的解调。使用四相鉴频器可以利用其非线性特性牵引捕获的多普勒频率，可以快速将频差从500hz以快速牵引到10hz左右进入叉积鉴频器的线性范围。这个过程可以解决叉积鉴频器输出频率范围比较窄的特点，当频差降到某一特定范围内后便可以实现载波频率的准确跟踪。最后利用科斯塔斯环鉴相器实现精确相位控制。跟踪环路基于三个滤波器的输出和预设的两个门限电压(即上限电压u1和下限电压u2)，当四相鉴频器滤波后的输出电压大于u1时则切换至第一锁频回路，当四相鉴频器输出小于u2且符号叉积鉴频器输出大于u2切换到第二锁频回路，当叉积鉴频器输出小于u2时，切换至锁相回路。u1和u2的值分别为符号叉积鉴频器进入线性区时四相鉴频器的输出电压和科斯塔斯环进入动态范围时符号叉积鉴频器的输出电压。跟踪环路输出的信号用来调节数控振荡器的载波频率使输入信号和数控振荡器输出的信号逐渐变小，从而实现频率和相位的同步。跟踪环路通过检测第二锁频回路的输出信号，通过数值查找表线性改变第二环路滤波器的带宽，因为第二环路滤波器带宽过大会导致引入额外噪声，第二环路滤波器带宽过小又会影响同步精度。通过一个经验查找表的方法来反馈调节第二环路滤波器，使第二环路滤波器自适应改变带宽，解决了在动态环境下位同步和载波同步的问题，在任意时刻实现精确同步。
本系统采用两个锁频回路和一个锁相回路，按照频差和相差划分成三种情况：(1)频差较大；(2)频差较小且相差较大；(3)频差较小且相差较小。跟踪环路对三回路(两个锁频回路和一个锁相回路)进行切换避免锁相回路直接切换到锁频精度较差的第一锁频回路，而是切换到同步性能适中的第二锁频回路，避免同步精度有较大的波动，提高了环路的捕获范围，避免在极端环境下出现失锁的现象。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。