高精度测距接收机射频前端相位噪声特性研究

摘要

相位噪声对GNSS接收机的测距精度、动态范围等指标有重要影响。当测距精度达到亚厘米级时，其影响是不可忽略的。因此，在高精度应用场合，如监测接收机、精密授时等，必须要对接收机的相位噪声特性进行研究。
　　在整个导航信号链路中，接收机射频前端是引入相位噪声的主要环节。接收机射频前端通常有两种架构：超外差接收和直接射频采样接收。对于超外差接收机，本振会引入相位噪声，采样时钟的相位噪声会影响ADC动态有效位；对于直接射频采样接收机，采样时钟的相位噪声会使信号的相位噪声恶化，还会影响ADC动态有效位。
　　为此，本文以某型监测接收机为背景，重点分析了导航接收机两种射频前端架构的相位噪声特性。主要做了以下工作：
　　1）介绍了相位噪声对ADC动态有效位的影响，针对目前接收机射频前端相
　　位噪声指标分配方法不明确的问题，提出了锁相环输出信号的相位噪声近似模型，在此基础上，提出用动态有效位约束采样时钟相位噪声的方法，并通过实验验证了该模型的可用性；
　　2）针对文献[13]中指出的，超外差接收机射频前端本振和采样时钟的相位噪声可以相互抵消的观点，分析了超外差接收机本振和采样时钟的相位噪声，指出二者是无法相互抵消的，并通过实验进行了验证；在此基础上，比较了本振和采样时钟引入的相位噪声大小，指出在使用相同基准频率时，本振引入的相位噪声远大于采样时钟引入的相位噪声，在分析信号相位噪声时，可以忽略采样时钟的影响；
　　3）分析了直接射频采样接收机的相位噪声，并与超外差接收机进行了比较，得出的结论是当二者用相同的基准频率时，直接射频采样接收机引入的相位噪声比超外差接收机的小，这个结论可以在系统设计阶段作为选择射频前端架构的参考；
　　4）介绍了接收机射频前端的两种架构，指出要从根本上提高射频前端的相噪性能和ADC的动态有效位，必须要设计低相噪的频率合成器；在此基础上，设计并实现了低相噪的锁相环频率合成器，用以实现低相噪的射频前端。该射频前端已用于某型接收机。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容与章节安排

第二章 相位噪声的描述及其对测距精度的影响

2.1相位噪声的定义

2.2相位噪声的频域描述

2.3相位噪声的幂律谱模型

2.4相位噪声对高精度测距的影响

2.5小结

第三章 采样时钟相位噪声对ADC影响模型研究

3.1 ADC采样时钟相噪对信号的影响

3.2 ADC动态有效位对采样时钟相噪指标的约束模型建立

3.3模型可用性验证

3.4小结

第四章 基于接收机射频前端架构的相位噪声传递模型研究

4.1超外差射频前端相位噪声传递模型研究

4.2直接射频采样的相位噪声传递模型研究

4.3实验验证

4.4小结

第五章 低相噪接收机射频前端设计实现

5.1接收机射频前端架构

5.2低相噪锁相环频率合成器的设计

5.3低相噪锁相环频率合成器的实现

5.4小结

第六章 结束语

6.1本文主要完成工作

6.2后继工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果