单脉冲单通道角跟踪算法研究与实现

摘要

角跟踪系统是跟踪与数据中继卫星系统的重要组成部分，其可靠的跟踪能力是完成星间测控和数据传输的基础。目前，常用的跟踪方式有步进跟踪、圆锥扫描跟踪和单脉冲跟踪。单脉冲跟踪具有跟踪实时性好、星上设备简单、动态滞后小等优点，是国内外角跟踪系统的常用实现方式。在星间链路中，信号信噪比低、多普勒动态范围大，使得基带信号处理技术成为整个系统关注的重点。
　　本论文首先分析了单脉冲单通道角跟踪系统的基本原理，并进行了公式推导。在此基础上，对角跟踪接收机基带信号处理中所用到的载波捕获与跟踪技术、检波技术和积累技术进行了研究，并通过仿真验证对部分算法进行了评估，结果表明:基于多次FFT联合的快速频率估计方法可以快速、精确地锁定目标频率，三阶锁相环可以无误差地跟踪星间链路信号载波，同步检波在低信噪比条件下具有更好的解调性能。研究了宽带数传信号取部分带宽法的角跟踪方案，并对方案进行仿真，仿真结果验证了此种方案的可行性。对不同调制方式的信号，在不同信噪比条件下，使用不同的解调算法进行了仿真，并分析比较了仿真结果，结果表明:二相调制方式虽然只能跟踪单频信号但是解调性能最好。设计了单脉冲单通道角跟踪接收机的基带硬件电路;设计了基于FPGA的基带信号处理方案，并用VHDL语言实现。搭建了单脉冲单通道角跟踪接收机测试系统，并对设计的基带信号处理方案进行了测试验证，最终的测试结果验证了本文基带信号处理方案的可行性和仿真分析的正确性。