专利名称：具有多普勒频移跟踪的卫星接收机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信接收机，特别涉及提供了多普勒偏移无线电信号的频率跟踪的无线电通信接收机系统。
使用从轨道卫星向地面接收机直接发送信号的通信系统是众所周知的。在Davis的美国专利第5,121,503号、名称为《具有可变波束面积的信号波束的卫星信号系统》的申请中，和Schwendeman等的美国专利第5,239,670号、名称为《卫星全球寻呼系统》的申请中已对这种系统做了说明。本申请中引用上述的美国专利作为参考。
从一个非同步卫星，例如从一个低地轨道卫星上发射的无线电信号，可能存在着由于卫星的轨道运动造成的大的多普勒频移而导致接收困难。因在卫星通信系统中提高发射机功率的代价高昂，故在这种系统中使用地面接收机要求高灵敏度，以便获得适当的系统增益。可以使用窄带宽相位相干接收机，例如二进制移相键控(BPSK)接收机，和对发射的数据进行差分编码来获得高灵敏度。
遗憾的是，在这样一种系统中多普勒频移可能比高灵敏度所要求的接收机的带宽大得多。这个条件使接收机捕获无线电信号除了当卫星几乎正好在头顶正上方的短暂时段以外是不可能的，因而针对这种接收机正产生一个速度有限的速度分量。如果没有多普勒频移，接收机就可以在卫星天线处于接收天线的“视界”之内的长得多的时段内接收卫星的发射。
据此，现在需要有一种卫星接收机系统，它可提供多普勒偏移无线电信号的捕获和频率跟踪，以便能够在卫星处于卫星接收机系统的视界内的整个时段内实现对来自轨道卫星的无线电信号的窄带接收。
本发明的卫星接收机系统提供了对接收来自轨道卫星的多普勒偏移无线电信号的捕获和频率跟踪。该卫星接收机系统包括一个用以接收无线电信号的Costas锁相环路，在误差信号输出端提供一个误差信号，用于控制由一个压控振荡器产生的变换频率。压控振荡器耦合到Costas锁相环路，产生变换频率用于下变频Costas锁相环路的无线电信号。该卫星接收机系统还包括一个多普勒频率捕获和跟踪单元，耦合到压控振荡器，调节变换频率，以补偿由于轨道卫星的轨道运动而在无线电信号中产生的多普勒频移。
图1示出一种常规的Costas锁相环路的电路方框图；图2示出一种常规的两级合成的压控振荡器的电路方框图；图3示出根据本发明的优选实施例的多普勒频率捕获和跟踪单元的电路方框图；图4示出根据本发明的优选实施例的卫星接收机系统的电路方框图；图5示出根据本发明的优选实施例的处理器和粗调节单元的操作的流程图；图6示出根据本发明的优选实施例的处理器和细调节单元的操作的流程图；图7示出根据本发明的一个替代实施例的误差信号监视器单元的电路方框图。
参考图1，图中示出一种常规的Costas锁相环路100的电路方框图，其中包括一个接收信号的输入端102，耦合到第一和第二混频器108、120，用于接收无线电信号。第一混频器108直接从一个变换频率输入端103接收一个变换频率。第二混频器120接收这同一个变换频率，但在一个移相单元118中移相90度。第一和第二混频器108、120分别经过第一和第二放大器110、122，以及第一和第二基带数据滤波器112、124来耦合到第一和第二结点114和126，以分别产生同相(I)和正交(Q)信号。第一和第二结点114和126耦合到第三混频器130，第三混频器130经过自动频率控制(AFC)滤波器132，耦合到误差信号输出端134，以产生一个误差信号，用于控制由下文将说明的压控振荡器200(图2)产生的变换频率。第一和第二结点114、126还耦合到第一和第二功率测量输出端115、128，并由此耦合功率测量元件312(图3)，用来测量接收的无线电信号的功率。第一结点114还耦合到限幅器116，用于在数据输出端106产生一个解调数据比特流。第一混频器108、第一放大器110、第一基带数据滤波器112和限幅器116构成了一个解调单元104，用于解调无线电信号，以获得解调数据比特流。该调制最好是差分编码二进制移相键控(DE-BPSK)调制。可以理解，也可以使用可以被Costas锁相环路100解调双边带幅度调制和非差分编码BPSK调制。
参考图2，图中示出一种常规的两级合成的压控振荡器(VCO)200的电路方框图，其中包括一个细频率控制输入端204和一个分段频率编程输入端206。细频率控制输入端204耦合到第一变容二级管212，用于使基准晶体214控制的第一VCO 210产生的频率“翘曲”。第一VCO 210以常规的方式使用，以产生一个基准频率，供可编程频率合成器203使用。分步频率编程输入端206耦合到可编程频率合成器203，以允许按步地从可选择的多个输出频率中选择一个。可编程频率合成器203的一个误差输出端216耦合到一个第二变容二级管218，用于使第二VCO 220产生的频率翘曲。在VCO输出结点208可获得第二VCO 220产生的频率，输出结点208耦合到可编程频率合成器203的下计数输入端222，以常规的方式对第二VCO220产生的频率的反馈和下计数。VCO输出结点208还耦合到Costas锁相环路100(图1)的变换频率输入端103，以提供用于将接收的无线电信号下变频到基带所使用的变换频率。
参考图3，图3示出根据本发明的优选实施例的一个多普勒频率捕获和跟踪单元300的电路方框图。该多普勒频率捕获和跟踪单元300包括一个粗调节单元302，用于调节VCO 200按步产生的变换频率，和一个细调节单元304，用于提供对变换频率细调节。该多普勒频率捕获和跟踪元件300进一步包括一个处理器306，耦合到粗和细调节单元302、304，并通过细调节单元304耦合到VCO 200的细频率控制输入端204。处理器306还耦合到VCO 200的分步频率编程输入端206，并且响应来自粗和细调节单元302、304的信号，对其中产生的变换频率进行控制。处理器306最好是一种与摩托罗拉公司(Schaumburg，Illinois)制造的DSP56000数字信号处理器相似的数字信号处理器(DSP)，也可以用其它类似的装置作为处理器306。
处理器306还耦合到一个用来临时存储操作值的常规的随机存取存储器(RAM)308和一个常用的只读存储器(ROM)310，其内含有用于控制根据本发明的优选实施例的多普勒频率捕获和跟踪元件300的固件单元。该处理器306还耦合到总线309和一个用来与一个卫星接收机系统的附加单元通信的串行数据输入端307，如将在下文参考图4的说明。
形成细调节单元304一部分的固件单元包括一个误差信号监视器334，用于监视出现在Costas锁相环路100的误差输出端134的误差信号，以确定误差信号是否在一个由下限和上限界定的第一预定操作范围之内。细调节单元304的固件单元还包括一个细范围控制单元336，其中，在捕获一个无线电信号之后，细范围控制单元336调节由细调节单元304提供的细调节信号，以便在VCO 200的细频率控制输入端204产生一个调节的误差信号。响应低于下限的误差信号，细调节信号按照一个等于第一预定操作范围的细调节值递减；响应高于上限的误差信号，按照相同的细调节值递增。细调节单元304以这样的方式工作，将误差信号维持在第一预定操作范围之内。
构成粗调节单元302一部分的固件单元包括一个粗控制单元322，用于从多个频率中选择一个适当的频率，以对变换频率提供粗调节，以补偿多普勒频移。粗调节单元302的固件单元还包括一个已调节误差信号监视器324，用于在细频率控制输入端204监视已调节的误差信号，以确定已调节的误差信号是否在一个由第一和第二界限界定的第二预定操作范围之中，其中相应于第一界限的变换频率是一个低于相应于第二界限的频率。粗调节单元302的固件单元还包括一个粗范围控制单元326，用于控制VCO200，以便产生多个频率中的下一个更低的频率，并且同时控制细调节单元304，以便响应在高于第一界限的方向处于第二预定操作范围之外的调节的误差信号，把调节的误差信号设置为基本等于第二界限的值。
细调节单元304还包括第一常用模/数(A/D)转换器330，用来把出现在误差信号输出端134的误差信号转换为处理器306可读的数字值。细调节单元302也包括一个常规数/模(D/A)转换器332，用于把来自处理器306的、在控制通路331上的细调节信号的数字表示转换为模拟信号，这个模拟信号在第一常规的模拟加法单元328中与误差信号相加，以便在VCO200的细频率控制输入端204产生一个调节后的误差信号。
粗调节单元302还包括一个功率测量单元312，分别耦合到Costas锁相环路100的第一和第二功率测量输出端115、128的两个常规的平方律电路314和316。从平方律电路314、316输出的信号在一个第二常规的模拟加法单元318中相加，产生一个功率电平信号，该功率电平信号在第二常规的A/D转换器320中转换为一个数字信号，以便于处理器306处理。该功率电平信号与接收的功率成正比，即与分别存在于第一和第二功率测量输出端115、128的I和Q信号的平方之和成正比。
D/A转换器332和A/D转换器320最好是与摩托罗拉公司(Schaumburg，Illinois)制造的DSP56166数字信号处理器芯片中具有的D/A和A/D电路相同。模拟加法单元318、328最好是常规的市售运算放大器。平方律电路314，316最好是与摩托罗拉公司(Schaumburg，Illinois)制造的MC1494L/1594L线性四象限乘法器相同。可以理解，也可以用其它类似的设备作为A/D转换器320、330、D/A转换器332、模拟加法单元318、328、和平方律电路314、316。
参考图4，图中示出了根据本发明的优选实施例的卫星接收机系统400的电路方框图，其中包括一个天线402，通过一个常规的匹配元件404耦合到一个常规的低噪声放大器(LNA)406，用于接收和放大无线电信号。LNA406耦合到Costas锁相环路100的接收信号输入端102，用于对无线电信号下变频和解调，以便在数据输出端106得到解调数据比特流。数据输出端106耦合到一个常规的比特同步器408，用于把解调数据比特流传送到多普勒频率捕获和跟踪单元300的串行数据输入端307。
匹配单元404，LNA406和比特同步器408最好与摩托罗拉公司(Schaumburg，Illinois)制造的A03KLB5962CA ADVISOR型寻呼机中使用的那些单元相同。可以理解，也可以使用其它类似的设备作为匹配单元404、LNA406和比特同步器408。
Costas锁相环路100的第一和第二功率测量输出端115、128也耦合到多普勒频率捕获和跟踪单元300，向其提供在功率测量单元312中进行功率测量的I和Q信号。此外，根据本发明的优选实施例，Costas锁相环路100的误差信号输出端134也耦合到多普勒频率捕获和跟踪单元300，用于对其进行调节，以校正多普勒频移。VCO 200的细频率控制输入端204和分步频率编程输入端206也耦合到多普勒频率捕获和跟踪单元300，用于控制VCO200产生的变换频率。VCO 200还耦合到Costas锁相环路100的变换频率输入端103，用来对其提供变换频率。
卫星接收机系统400还包括一个微计算机410，通过总线耦合到多普勒频率捕获和跟踪单元300。微计算机410提供对卫星接收机系统400的控制，并且最好是与摩托罗拉公司(Schaumburg，Illinois)制造的MC68HC05、C08、或C11串行微计算机，或DSP56000串行数字信号处理器相同的设备。可以理解，也可以用其它类似的设备作为微计算机410。微计算机410还耦合到显示器412例如一种常规的液晶显示器，用来显示接收信息。此外，微计算机410还耦合到用户控制器414，例如已知的按钮和开关，可使用户控制该卫星接收系统400的操作。微计算机410还耦合到告警发生器416，例如常规的压电发声器，用于在卫星接收机系统400接收到信息时向用户告警。
使用根据本发明的优选实施例的多普勒频率捕获和跟踪单元300有利于允许卫星接收机系统400在卫星处于卫星接收机系统400的视线中的整个时段内捕获、跟踪和接收多普勒偏移卫星的发送。即使在卫星处于卫星接收机系统400视线中的整个时段中卫星接收机系统400所具有窄的接收机带宽(高灵敏度所需的)基本上小于多普勒频移，这也是可能的。下文将进一步描述卫星接收机系统400操作以提供多普勒频率捕获和跟踪的方法。
参考图5，图5示出根据本发明的优选实施例、处理器306和粗调节单元302的操作流程图，从卫星接收机系统400的加电开启步骤502开始。在开启之后，在步骤504，处理器306存取粗控制单元322和控制细调节单元304，把细调节信号设置到其操作范围的中点。然后，在步骤506，处理器306经过分步频率编程输入端206控制VCO 200，以产生一个预定的初始变换频率。
该预定的初始变换频率被选为在来自一颗逼近的卫星的发射的初始捕获时刻的“统计优势的”多普勒偏移频率。“统计优势的”的意思是统计上最有可能来自一颗逼近的卫星的一个多普勒偏移频率。一颗在视线中的卫星最有可能在地平线上以大约35°的仰角通过，而不是正好从头顶上方通过。这意味着一颗逼近的卫星的统计上优势的初始多普勒偏移是一个基本上小于最大可能多普勒偏移(即卫星从头顶上方飞越时产生的多普勒偏移)的一个正偏移。例如，在系统工作在1624MHz附近的情况下，对一个从头顶上方经过的低地轨道卫星的最大多普勒偏移是±36KHz，而一颗逼近的卫星的统计上优势的初始多普勒偏移是大约+20KHz。鉴此，对于所示例的系统，预定初始变换频率的最佳选择是高于系统的标称操作频率20KHz。
除了调节变换频率以补偿多普勒偏移之外，还必须调节变换频率以补偿基准晶体214内固有的频率不准确性。对于所示例的系统，每百万分之±10的基准晶体容限部分将产生大约±16KHz的频率变化，总频率变化为±52KHz。正如下文将说明的，基准晶体的不准确性和遇到的多普勒频移的不确定量的组合经常使得必须以某种方式捕捉预定的初始变换频率，以便搜索最初捕获锁定来自卫星的无线电信号的最佳频率。
在步骤508，处理器306评估来自功率测量单元312的信号，以确定接收的功率是否高于预定的门限，例如，高于确保一个足够低的误码率的电平。如果不高于预定的门限，则在步骤510处理器306控制VCO200产生下一个预定的变换频率，这样一个接一个地直到确定了接收的功率高于预定的门限时为止。例如，最好使用+20、+30、+40、+50、+40、+30、+20、+10、0、-10、-20、-30、-40、-50、-40、-30、-20、-10、0、+10、+20KHz等这样一个搜索序列来搜索一个最初捕获锁定无线电信号的变换频率。
在步骤512，当捕获到无线电信号时，处理器306存取调节误差信号监视器324，以在步骤514检验调节后的误差信号是否超过了在低频区的一个预定的操作范围。该调节后的误差信号是在VCO 200的细频率控制输入端204的信号，该信号包括来自Costas锁相环路100的误差信号与在处理器306的控制下由细调节单元304产生的模拟细调节信号的和。该调节后的误差信号的操作范围是由第一变容二级管212的可用频率翘曲范围限定的。仅检验操作范围的低频区的原因是卫星的多普勒偏移频率在初始信号捕获后总是单调降低的。
如果在步骤514，已调节误差信号未超过其在低频区的操作范围，则在步骤518处理器306检验功率测量单元312指示的接收功率是否仍然高于预定的门限。如果“高于”，则处理器返回到步骤514，继续检验一个超范围的已调节误差信号。另一方面，如果在步骤518接收的功率不高于预定的门限，则在步骤520这个无线电信号已经丢失，流程返回到步骤504，搜索另一个无线电信号。
如果在步骤514，确定调节后的误差信号超过了在低频区的它的操作范围，则在步骤516处理器306存取粗范围控制单元326，以控制VCO 200产生下一个更低的预定频率，并且同时控制细调节单元304，以便把调节后的误差信号设置在高频区的相反的操作范围界限上。步骤516的净结果最好是在VCO 200产生的变换频率中基本上不发生变化。例如，如果VCO200产生的下一个更低的频率降低了10KHz，则把已调节误差信号设置在高频区的相反的操作范围的界限上时，将实际上使变换频率提高10KHz，频率的净改变是零。在步骤516之后，流程返回到经过步骤518和514的循环中，继续把调节后的误差信号保持在它的操作范围中，直到无线电信号被丢失。
可以理解，如果在步骤516数据接收过程中执行，则可能在接收的数据中造成误码。因此粗范围控制单元326最好是把步骤516限制在未接收到数据的那些时间执行。为便于容易地进行这样的操作，最好设计系统以在卫星的传输中把数据放在由无数据的间隔分隔的预定周期性的分组中传递，其中每个分组包括初始同步信息，该同步信息允许卫星接收机系统400能够在执行步骤516后重新获得对无线电信号的锁相。
参考图6，图6示出根据本发明的优选实施例的处理器306和细调节单元304的操作流程图。在步骤602，以卫星接收机系统400捕获到无线电信号开始。在信号捕获之后，在步骤604处理器306存取误差信号监视器334，并监视来自Costas锁相环路100的误差信号。在步骤606，如果误差信号低于它的预定范围的下限，则在步骤608处理器306存取细范围控制单元336，并且把细调节信号按照一个等于误差信号的操作范围的一个值来递减，此后流程返回到步骤604。Costas锁相环路100将很快地增大误差信号，使调节后的误差信号返回到它的以前的维持与无线电信号锁定的值。净结果将把误差信号移动到它的操作范围的相反的(高的)界限，因此误差信号保持在预定的操作范围之内。
在步骤606，如果误差信号不低于它的预定操作范围的下限，则在步骤610处理器306检验误差信号是否高于它的预定操作范围的上限。如果高于上限，则在步骤612处理器306使细调节信号按照一个等于误差信号的操作范围的值来递增，此后流程返回步骤604。Costas锁相环路100将很快减小误差信号，使调节后的误差信号回到它以前的维持对无线电信号的锁定的值。净结果将使误差信号移到它的操作范围的相反的(低的)界限，因此误差信号保持在预定的操作范围内。
在步骤610，如果误差信号不高于它的预定工作范围的上限，则在步骤614处理器306检验无线电信号是否已经丢失。如果“否”，则流程返回到步骤604继续监视误差信号。如果无线电信号已经丢失，则在步骤616处理器306等待重新捕获信号，然后流程返回步骤604。
如同上文步骤516(图5)讨论的，可以理解，如果在接收数据的过程中执行步骤608或步骤612，则在接收的数据中会造成误码。鉴此，细范围控制单元336最好也把步骤608和步骤612限制在未接收数据的那些时间中执行。如上所述，为便于进行这样的操作，最好设计系统使得卫星传输在由无数据的间隔隔开的预定周期的分组中传送数据，其中每个分组包括使卫星接收机系统400在执行步骤608或步骤612之后重新获得对无线电信号的锁相的初始同步信息。
参考图7，图7示出根据本发明的一个替代实施例的误差信号监视单元的电路方框图，其中包括一个电压比较器702，具有一个耦合到处理器306的比较输出端704，电压比较器702将存在于Costas锁相环路100的误差信号输出端134的误差信号和存在于第一加法单元328输出端的已调节误差信号相比较。与控制通路331供给的细调节值提供的当前校正量对比后，比较输出端704向处理器306指示来自Costas锁相环路100的误差信号是否正在试图在正向和负向上校正已调节误差信号。然后处理器306把细调节值朝Costas锁相环路100提供的校正方向重新调节，因而降低了其所要求的校正量。通过监视细调节值，处理器306还确定已调节误差信号何时会在低频区超出它的操作范围。接着，处理器306控制VCO 200产生下一个更低的预定频率，并且同时产生一个新的细调节值，以便把调节后的误差信号设置到高频区的相反的操作范围界限。如上文有关本发明的优选实施例所描述的，按照这种方式，处理器306将已调节误差信号保持在适合使第一变容二级管212翘曲的操作范围。
据此，本发明的优选实施例是一个卫星接收机系统，提供了对一个多普勒偏移无线电信号的捕获和跟踪，使其基本上能够在卫星处于卫星接收机系统视线中的整个时段内从一个轨道卫星接收无线电信号。该卫星接收机系统允许接收机带宽更窄于卫星相对于接收机系统的轨道运动而导致的多普勒偏移频率的全部范围。与使用常规的、具有足以锁定多普勒偏移频率的整个范围的带宽宽度的接收机系统相比，窄的接收机带宽有利于提供高的接收机灵敏度，因此允许卫星的发射机的功率大大地减小。
权利要求
1.一种卫星接收机系统，用以提供对从轨道卫星接收的多普勒偏移无线电信号的捕获和频率跟踪，其特征在于，该卫星接收机系统包括一个Costas锁相环路，用于接收无线电信号和在一个误差输出端上提供用于控制一个压控振荡器产生的变换频率的误差信号，所述压控振荡器耦合到所述Costas锁相环路，其中所述压控振荡器产生变换频率，用于在所述Costas锁相环路中对无线电信号进行下变频，和其中所述的压控振荡器包括一个可编程频率合成器，能够被编程，以产生多个可按步级选择的频率，和一个多普勒频率捕获和跟踪单元，耦合到所述压控振荡器，其中所述多普勒频率捕获和跟踪单元调节变换频率，以补偿由于所述轨道卫星的轨道运动在无线电信号中产生的多普勒频移，和其中所述多普勒频率捕获和跟踪单元包括一个粗调节单元，耦合到所述可编程频率合成器，用于从多个频率中选择合适的一个，以提供对补偿多普勒频移的变换频率的粗调节，一个细调节单元，耦合到所述误差信号输出端，用于在一个已调节误差信号的输出端产生一个细调节信号，以提供对补偿多普勒频移的变换频率的细调节。
2.如权利要求1所述的卫星接收机系统，其特征在于，所述的粗调节单元包括一个功率测量单元，耦合到所述Costas锁相环路，用于测量接收到的无线电信号的功率，和一个粗调节单元，耦合到所述功率测量单元和所述可编程频率合成器，其中，在开启时还响应一个接收到的低于预定门限的功率，所述粗控制单元控制所述细调节单元把细调节信号设置为一个预定的中间值，以后，控制所述合成器从多个频率中产生出一个预定的频率序列，直到产生出一个使接收到的功率高于预定门限的频率为止。
3.如权利要求2所述的卫星接收机系统，其特征在于，所述细调节单元包括一个误差信号监视器，耦合到所述误差信号输出端，用于监视误差信号，以确定误差信号是否在一个由下限和上限界定的第一预定操作范围之内，一个加法单元，耦合到所述误差信号输出端，用于把细调节信号与误差信号相加，以便在所述调节后的误差信号输出端产生一个调节后的误差信号，其中所述的调节后的误差信号输出端耦合到所述压控振荡器，提供对变换频率的细调节；和一个细范围控制单元，耦合到所述加法单元和所述误差信号监视器，其中，在捕获无线电信号之后，响应低于下限的误差信号，所述细范围控制单元把细调节信号按照一个等于第一预定操作范围的细调节值来递减，和响应高于上限的误差信号，使细调节信号按照细调节值递增，因此误差信号保持在第一预定操作范围内。
4.如权利要求3所述的卫星接收机系统，其特征在于，所述粗调节单元还包括一个已调节误差信号监视器，耦合到所述误差信号监视器和所述细调节单元，用于监视已调节误差信号，以确定该已调节误差信号是否在一个由第一和第二界限界定的第二预定操作范围之内，其中对应于第一界限的变换频率是一个比对应于第二界限的变换频率低的频率；和一个粗范围控制单元，耦合到所述的细调节单元和所述已调节误差信号监视器，其中所述粗范围控制单元控制所述合成器，以产生多个频率中的下一个更低的频率，并同时控制所述细调节单元，以便响应在高于第一界限的方向上处于第二预定操作范围之外的已调节误差信号，把该已调节误差信号设置为基本上等于第二界限的值。
5.一种卫星接收机系统，用以提供对从轨道卫星接收到的多普勒偏移无线电信号的捕获和频率跟踪，其特征在于，所述卫星接收机系统包括一个Costas锁相环路，用于接收无线电信号和在一个误差信号输出端提供用于控制由一个压控振荡器产生的变换频率的误差信号；所述压控振荡器耦合到所述Costas锁相环路，其中所述压控振荡器产生在所述Costas锁相环路中对无线电信号下变频的变换频率；和多普勒频率捕获和跟踪装置，耦合到所述压控振荡器，其中所述多普勒频率捕获和跟踪装置调节变换频率，以补偿由于所述轨道卫星的轨道运动在无线电信号中产生的多普勒频移。
6.如权利要求5所述的卫星接收机系统，其特征在于，所述多普勒频率捕获和跟踪装置还包括细调节装置，耦合到所述误差信号输出端，用于在一个调节后的误差信号输出端产生一个细调节信号，对变换频率提供细调节，以补偿多普勒频移。
7.如权利要求5所述的卫星接收机系统，其特征在于，其中所述压控振荡器包括一个可编程频率合成器，可以编程，以产生按步级选择的多个频率，和其中所述多普勒频率捕获和跟踪装置包括粗调节装置，耦合到所述可编程频率合成器，用于从多个频率中选择合适的一个，对变换频率提供粗调节以补偿多普勒频移。
8.如权利要求7所述的卫星接收机系统，其特征在于，所述多普勒频率捕获和跟踪装置还包括细调节装置，耦合到所述误差信号输出端，用于在一个已调节误差信号输出端产生一个细调节信号，对变换频率提供细调节以补偿多普勒频移。
9.如权利要求8所述的卫星接收机系统，其特征在于，所述粗调节装置包括功率测量装置，耦合到所述Costas锁相环路，用于测量接收到的无线电信号的功率；和粗控制装置，耦合到所述功率测量装置和所述可编程频率合成器，其中，在开启时还响应接收到的低于一个预定门限的功率，所述粗控制装置控制所述细调节装置以把细调节信号设置为一个预定的中间值，并且在此后控制所述合成器从多个频率中产生出一个预定的频率序列，直到产生出一个导致接收到的功率高于预定的门限的频率为止。
10.如权利要求9所述的卫星接收系统，其特征在于，所述的细调节装置包括误差信号监视装置，耦合到所述误差信号输出端，用于监视误差信号以确定该误差信号是否在由下限和上限界定的一个第一预定操作范围之内；加法装置，耦合到所述误差信号输出端，用于对细调节信号与误差信号求和，以便在所述已调节误差信号输出端产生一个调节后的误差信号，其中所述已调节误差信号输出端连接于所述压控振荡器，以提供变换频率的细调节；和细范围控制装置，耦合到所述加法装置和所述误差信号监视装置，其中，在捕获无线电信号之后，响应低于下限的误差信号，所述细范围控制装置把细调节信号按照一个等于第一预定操作范围的细调节值来递减，响应高于上限的误差信号，把细调节信号按照细调节值来递增，因此误差信号保持在第一预定操作范围之内。
11.如权利要求10所述的卫星接收机系统，其特征在于，所述粗调节装置还包括已调节误差信号监视器装置，耦合到所述误差信号监视装置和所述细调节装置，用于监视调节后的误差信号以确定调节后的误差信号是否在一个由第一和第二界限界定的第二预定操作范围之内，其中对应于第一界限的变换频率是一个低于对应于第二界限的变换频率的频率；和粗范围控制装置，耦合到所述细调节装置和所述已调节的误差信号监视装置，其中所述粗范围控制装置控制所述合成器，以产生多个频率中的下一个更低的频率，并且同时控制所述细调节装置，以便响应在第一界限以上的方向上处于第二预定操作范围之外的已调节误差信号，把该已调节误差信号设置为一个实际上等于第二界限的值。
12.如权利要求11所述的卫星接收机系统，其特征在于，其中无线电信号包括载于下列各种类型的调制的组中任一种调制类型的信息二进制移相键控(BPSK)调制，双边带幅度调制，和差分编码BPSK调制，和其中所述Costas锁相环路包括解调装置，用于解调无线电信号以从中得到信息。
13.一种卫星接收机系统，用以提供对从轨道卫星接收到的多普勒偏移无线电信号的捕获和频率跟踪，其特征在于，所述卫星接收机系统包括一个Costas锁相环路，用于接收无线电信号和在一个误差信号输出端提供用于控制由一个压控振荡器产生的变换频率的误差信号；所述压控振荡器耦合到所述Costas锁相环路，其中所述压控振荡器产生变换频率，用以在所述Costas锁相环路中对无线电信号下变频；和一个多普勒频率捕获和跟踪单元，耦合到所述压控振荡器，其中所述多普勒频率捕获和跟踪单元调节变换频率以补偿由于所述轨道卫星的轨道运动在无线电信号中产生的多普勒频移。
14.如权利要求13所述的卫星接收机系统，其特征在于，所述多普勒频率捕获和跟踪单元还包括细调节单元，耦合到所述误差信号输出端，用于在一个已调节误差信号输出端产生一个细调节信号，对变换频率提供细调节，以补偿多普勒频移。
15.如权利要求13所述的卫星接收机系统，其特征在于，其中所述压控振荡器包括一个可编程频率合成器，可以编程，以产生按步级选择的多个频率，和其中所述多普勒频率捕获和跟踪单元包括一个粗调节单元，耦合到所述可编程频率合成器，用于从多个频率中选择合适的一个，对变换频率提供粗调节，以补偿多普勒频移。
16.如权利要求15所述的卫星接收机系统，其特征在于，所述多普勒频率捕获和跟踪单元还包括细调节单元，耦合到所述误差信号输出端，用于在一个已调节误差信号输出端产生一个细调节信号，对变换频率提供细调节，以补偿多普勒频移。
17.如权利要求16所述的卫星接收机系统，其特征在于，所述粗调节单元包括一个功率测量单元，耦合到所述Costas锁相环路，用于测量接收到的无线电信号的功率；和一个粗控制单元，耦合到所述功率测量单元和所述可编程频率合成器，其中，在开启时还响应接收到的低于一个预定门限的功率，所述粗控制单元控制所述细调节单元，以把细调节信号设置为一个预定的中间值，此后，控制所述合成器，从多个频率中产生出一个预定的频率序列，直到产生出一个导致接收到的功率高于预定的门限的频率为止。
18.如权利要求17所述的卫星接收系统，其特征在于，所述的细调节单元包括一个误差信号监视单元，耦合到所述误差信号输出端，用于监视误差信号以确定该误差信号是否在由下限和上限界定的一个第一预定操作范围之内；一个加法单元，耦合到所述误差信号输出端，用于对细调节信号与误差信号求和，以便在所述已调节误差信号输出端产生一个调节后的误差信号，其中所述已调节误差信号输出端耦合到所述压控振荡器，以提供变换频率的细调节；和一个细范围控制单元，耦合到所述加法单元和所述误差信号监视单元，其中，在捕获无线电信号之后，响应低于下限的误差信号，所述细范围控制单元把细调节信号按照一个等于第一预定操作范围的细调节值来递减，响应高于上限的误差信号，把细调节信号按照细调节值来递增，因此误差信号保持在第一预定操作范围之内。
19.如权利要求18所述的卫星接收机系统，其特征在于，所述粗调节单元还包括一个已调节误差信号监视器，耦合到所述误差信号监视器和所述细调节单元，用于监视已调节的误差信号，以确定已调节误差信号是否在一个由第一和第二界限界定的第二预定操作范围之内，其中对应于第一界限的变换频率是一个低于对应于第二界限的变换频率的频率；和一个粗范围控制单元，耦合到所述细调节单元和所述已调节误差信号监视器，其中所述粗范围控制单元控制所述合成器，以产生多个频率中的下一个更低的频率，并且同时控制所述细调节单元，以便响应在第一界限以上的方向上处于第二预定操作范围之外的已调节误差信号，把该已调节误差信号设置为一个实际上等于第二界限的值。
20.如权利要求19所述的卫星接收机系统，其特征在于，该无线电信号包括载于下列各种类型的调制的组中任一种调制类型的信息二进制移相键控(BPSK)调制，双边带幅度调制，和差分编码BPSK调制，和其中所述Costas锁相环路包括解调单元，用于解调无线电信号以从中得到信息。
全文摘要
一种卫星接收机系统(400)提供了对从轨道卫星接收的多普勒偏移无线电信号的捕获和频率跟踪。该卫星接收机系统(400)包括一个Costas锁相环路(100)，用以接收无线电信号，并在误差信号输出端(134)提供一个误差信号，用于控制由一个压控振荡器(200)产生的变换频率。压控振荡器(200)耦合到Costas锁相环路(100)，产生用于对Costas锁相环路(100)中的无线电信号进行下变频的变换频率。该卫星接收机系统(400)还包括一个多普勒频率捕获和跟踪单元(300)，耦合到压控振荡器(200)，多普勒频率捕获和跟踪单元(300)调节变换频率，以补偿由于轨道卫星的轨道运动而在无线电信号中产生的多普勒频移。
文档编号H04B7/01GK1138925SQ95191199
公开日1996年12月25日 申请日期1995年1月12日 优先权日1994年1月14日
发明者卡奇梅尔兹·西维克, 罗伦佐·彭斯·德·莱昂 申请人:摩托罗拉公司