costas环在无线扩频定位系统中的应用技术研究

《costas环在无线扩频定位系统中的应用技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第14卷第2期中国惯性技术学报2006年4月Vol.14No.2JournalofChineseInertialTechnologyApr.2006文章编号：1005-6734(2006)02-0056-04Costas环在无线扩频定位系统中的应用技术研究宋建材，赵小明，杨兴文，赵素文，吴俊杰，张鹏（天津航海仪器研究所，天津300130）摘要：分析了扩频定位系统中载波恢复和数据解调数学模型，设计了环路中应用的Butterworth低通滤波器和产生正交两路信号的Hilbert变换滤波器，在Simulink中建立了Costas环仿真模型。结果表明：该Costas环能够准

2、确地实现扩频定位系统的载波恢复和发送端数据解调输出，理论仿真和实际工程实验基本一致。关键词：科斯特斯环；载波恢复；扩频；无线电定位中图分类号：U666.1文献标识码：AApplicationofCostasloopinwirelessspreadspectrumpositioningsystemSONGJian-cai,ZHAOXiao-ming,YANGXing-wen,ZHAOSu-Wen,WUJun-Jie,ZHANGPeng（TianjinNavigationInstrumentResearchInstitute,TianJin300130,China）Ab

3、stract:ThemathematicalmodelsofCostasLoopforcarrierrecoveryanddatademodulationareanalyzed.ThentheButterworthlow-passfilterandHilberttransformfilterforgeneratingtwochannelquadraticsignalaredesigned,andaCostassimulationmodelinSimulinkisdeveloped.Thesimulationresultsshowthatthecarrierrecov

4、eryanddatademodulationcanbeaccuratelyrealized,andareconsistedwithpracticalengineeringexperiments.Keywords:Costasloop;carrierrecovery;spreadspectrum;wirelessposition0引言无线扩频定位系统采用直接序列扩频技术，抑制载波平衡调制为BPSK方式，设载波为Atcosω，0伪码信号为ct()，平衡调制信号为：ct()f()tA=⎡+×cos⎣⎦ωπ00tc()t+⎤ϕ()t=()−1Acos⎡+⎤⎣ω0ttϕ0()

5、⎦(1)式中，ω为载频，A为载波振幅，ϕ()t为载波初相，ct()为伪随机码序列。为简便起见，设A=1，00ϕ()0t=，则有：0⎧⎪cosω0tc(t)=0ft()=⎨(2)⎪⎩−cosω0tc()t=1我们采用平衡Gold码序列对中频载波信号进行扩频，相当于进行BPSK调制，扩频信号的频谱如图基金项目：国防科技应用基础研究项目收稿日期：2006-02-21作者简介：宋建材（1979—）男，天津航海仪器研究所硕士研究生，从事导航、制导与控制（扩频导航定位技术研究）。电子邮箱：songjiancai_tj@163.com第2期宋建材等：Costas环在无线扩频定位系

6、统中的应用技术研究571所示。由图1可知，它不含有载波频率分量，用普通的锁相环路无法提取，需设计特殊的锁相环路—抑制载波环对接收信号进行非线性处理后，可以重新800600产生载波分量，实现载波的跟踪与同步。400Riter[1]已经证明，跟踪低信噪比的抑制载波信号幅度2000的最佳装置是科斯特斯环（CostasLoop）及平方环00.511.522.533.5[2]频率×104（SquareLoop），J.K.Homes曾证明这两种环路是等图1BPSK调制扩频信号的频谱图效的，但其实现方法完全不同。由于平方环可能有“理想平方器”的问题，而且在本系统的中频频率上，Co

7、stas环在电路实现上比较方便，故而选用Costas环。1Costas环数学模型Costas环又称为“IQ−”环，是用来解调抑制载波信号，也是二相或四相移相键控信号解调的专用环路，其工作频率是载波频率。Costas环是将输入信号平方，形成离散的谱线，然后通过这些离散的谱线跟踪输入信号。图2是“线性”形式的科斯特斯环。压控振荡器(VCO)也用来产生载波参考信号，它与输入信号同相相乘及相移90°再相乘，乘法器再经低通滤波器输出，其中的关键在于增加了第三个乘法器，而两路低通滤波器的输出都加到第三个乘法器上，再用第三个乘法器的输出经环路滤波后去控制环路的压控振荡器（VC