卫星USB测控副载波同步算法研究
2022年电子技术应用第5期
张士伟，邢斯瑞，常俊德，金宇婷，赵 博，沈晨阳
长光卫星技术有限公司，吉林 长春130000
摘要：吉林一号卫星测控采用USB测控体制，遥控接收采用FFT+DPLL1+DPLL2的架构，FFT主要实现对载波的粗捕，DPLL1在FFT的基础上实现对载波相位的精跟踪，DPLL2实现副载波的跟踪。对遥控副载波跟踪所用到的数字PLL技术进行了研究，首先给出了载波多普勒折算到副载波上的方法，然后对模拟PLL数字化进行了详细的论述，并设计了遥控副载波同步用的PLL2，对其稳定性、快捕带及快捕时间、捕获带和捕获时间、同步速率等进行了分析和仿真。结果表明,该方法具有捕获时间短、跟踪精度高、稳定性好等特点，易于数字化实现，已成功在吉林一号系列卫星中得到应用。
中图分类号：TN92
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212167
中文引用格式：张士伟，邢斯瑞，常俊德，等. 卫星USB测控副载波同步算法研究[J].电子技术应用，2022，48(5)：61-64，69.
英文引用格式：Zhang Shiwei，Xing Sirui，Chang Junde，et al. Subcarrier synchronization for satellite USB TT&C[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(5)：61-64，69.
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212167
中文引用格式：张士伟，邢斯瑞，常俊德，等. 卫星USB测控副载波同步算法研究[J].电子技术应用，2022，48(5)：61-64，69.
英文引用格式：Zhang Shiwei，Xing Sirui，Chang Junde，et al. Subcarrier synchronization for satellite USB TT&C[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(5)：61-64，69.
Subcarrier synchronization for satellite USB TT&C
Zhang Shiwei，Xing Sirui，Chang Junde，Jin Yuting，Zhao Bo，Shen Chenyang
Chang Guang Satellite Technology Co.，Ltd.，Changchun 130000，China
Abstract：Jilin-1 satellites TT&C adopts USB system. The receiver adopts the architecture FFT+DPLL1+DPLL2. FFT mainly realizes coarse capture of carrier. DPLL1 realizes tracking of carrier phase on the basis of FFT. DPLL2 realizes subcarrier tracking. This paper studies the digital PLL technology used in the tracking of the subcarrier. Firstly, the calculation method of converting the carrier doppler parameter to the subcarrier is given. Then the analog PLL digitization is discussed in detail. The PLL2 used in the synchronization of the uplink subcarrier is designed. The stability, fast pull range and time, pull range and time are discussed. The results show that the method has the characteristics of short capture time, high tracking accuracy, good stability and is easy to realize in digital. Now it has been successfully applied in Jilin-1 series satellites.
Key words :digital phase-locked loop(DPLL)；fast pull-in range；fast pull-in time；pull-in range and time；phase error standard deviation
0 引言
统一S波段(Unified S-Band TT&C System，USB)测控是目前卫星常用的一种测控方式，对于卫星测控接收机来说，要想正确稳定实现遥控指令的接收，载波同步、跟踪技术是关键，如果同步性能不佳导致误码将使指令变成无效指令，影响卫星的测控效果。
传统载波同步基于锁频环+锁相环的方式，但在实际工程应用中，由于通信距离非常远，接收信号弱，信噪比较差，锁频环跟踪载波频率时振荡较大，锁频环跟踪稳定后转锁相环时，无法保证频差百分百处于锁相环的捕获带内，导致锁相环无法锁定，需要重新进行载波捕获，增加了捕获时间，降低了捕获概率，不适合卫星测控通信的应用[1]。本文给出了一种快速傅里叶变换结合锁相环(FFT+PLL)的方法，可以很好地适用各种卫星测控的应用场景。
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作者信息：
张士伟，邢斯瑞，常俊德，金宇婷，赵 博，沈晨阳
(长光卫星技术有限公司，吉林 长春130000)
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