软件锁相环的设计与应用

根据虚拟无线电技术的特点和锁相环的基本原理,提出一种适于计算机软件化实现的锁相环数学模型,分析不同参数对锁相环捕获和跟踪性能的影响,得出不同情况下参数设定的基本准则。计算机仿真结果表明,软件锁相环在加性高斯白噪声信道下具有较好的捕获与跟踪性能。最后提出软件锁相环在测控系统中实现信号实时处理的优化方法。关键词:虚拟无线电;  　软件锁相环;  　鉴相器;  　环路滤波器;  　压控振荡器随着通用计算机性能的不断提高,以DSP和FPGA为代表的专用软件无线电平台正在逐渐向通用化处理器(例如CPU)的平台转变。目前,国外已经出现了基于通用计算机的“虚拟雷达”和“软件GPS接收机”,国内也研制成功了“软件化数字电视”[  1～3  ]  。这种以通用计算机为处理平台,利用计算机软件完成信号实时处理的技术在国外被称为虚拟无线电,它是软件无线电技术的一种发展趋势[  4  ]  。锁相环是一种常用的信号处理方法,它广泛应用在测控信号相干解调、时间同步、频率合成等领域。目前使用的锁相环可以分为模拟锁相环、数字锁相环、全数字锁相环和软件锁相环[  5  ]等几种。随着虚拟无线电技术的出现,软件锁相环得到了越来越广泛的应用。尽管与其他类型锁相环相比,其基本原理并没有太大变化,但在数学模型、参数设计和实现方式方面却存在较大的差异。本文以二阶二型锁相环为例,根据计算机软件处理的特点,研究软件锁相环数学模型及参数设计,并通过计算机仿真验证锁相环在不同信噪比时的性能,提出实现信号实时处理的改进措施。1　数学模型实质上,软件锁相环可以认为是一个时间离散的模拟锁相环[  5  ]  。二阶二型锁相环的s域模型示于图1。将一个模拟系统转换为功能相同、性能相近的离散系统采用的方法主要有导数逼近法、冲激响应不变法、双线性变换法和零极点匹配法等几种[  6  ]  。这里选用双线性变换法。　环路滤波器二阶锁相环中的环路滤波器是一个单极点的无限冲击激响应(  IIR)  滤波器,它将鉴相器输出的角误差量转化为控制输出频率的电压分量。根据环路滤波器的z域模型得到其时域的差分方程。