基于MSD技术船载测控设备火箭遥测解调方法研究

　　引　言

　　从遥测体制上看,调频体制是一种非相干检测系统,捕获和重捕时间短,具有很强的抗干扰的能力。因此,PCM-FM遥测系统在今后较长一段时间内仍将是我国运载火箭遥测的主要手段。船载测控设备目前采用调频非相干解调技术对箭遥信号进行解调。这种方式的缺点是只有输入信噪比达到某一定值以后,检测器才能正常工作,也就是存在门限效应[1]。由于船载测量设备天线的口径受测量船自身条件的约束,门限效应对船载设备的影响尤为突出。随着航天事业的发展,远距离、高码速率信息传输成为运载火箭新的趋势。如果仍然沿用现在的解调方法,势必要增加箭载信标的功率才能满足门限要求。采用非相干最大似然序列检测算法,可以有效地克服门限效应,同时能获得3dB的信道增益。

　　1　调频非相干解调原理

　　由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅度,因而调频信号的解调器必须能产生正比于输入频率的输出电压[2],也就是当输入调频信号为

式(1)中,A为载波幅度,ωc为载波角频率,KFM为调频灵敏度(单位:rad/s/V),f(t)为调制信号。解调器的输出为

常用的非相干解调方式如图1所示。

　　理想鉴频器可以看成微分器与包络检波器的级联,微分器输出

其中,Kd为鉴频灵敏度。

　　由于鉴频器的非线性造成了FM非相干解调的门限效应,检测器的原理不同,门限值的大小也不同。一般鉴频器的门限信噪比约为9~10dB。

　　2　PCM-FM信号的最大似然(ML)多符号检测

　　在AWGN(AdditiveWhiteGaussianNoise)信道中,发送信号有记忆时,即在连续的符号间隔内发送的信号是互相关联的,检测器需要在连续信号间隔内对接收信号的观测序列进行判决,最大似然检测算法可以使检测效果达到最佳[3]。

　　2·1　连续相位调制(CPM)

　　设CPM发送信号为s(t)

T表示信号时间间隔,fd为最大频偏。{In}表示幅度序列,是信息序列{an}的数字组映射。q(t)为归一化频率脉冲g(t)的积分。可以看出,θn表示直到(n -1)T时的之前所有符号的累积(记忆)值。

　　2·2　PCM-FM信号的最大似然多符号检测

　　最大似然检测算法适用于连续相位频移键控体制(CPFSK), PCM-FM调制是用PCM信号调制单一的载波,载波频率是连续变化的,所得到的频率调制信号是相位连续的。PCM-FM是CPFSK的一个特例,因此完全可以采用最大似然检测算法,计算相位网格图中的幸存路径来实现最佳检测。同时,由于信号间的记忆性,接收端在接收到一个码元时并不立即进行判决,而是持续观察N个码元,再对当前码元进行判决,从而减小码元判决错误,提高接收解调性能。