CN207339906U - 一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统 - Google Patents
一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统，包括：网络连接的上位机和ZYNQ芯片，与ZYNQ芯片的输出端连接的第一TTL接口，与ZYNQ芯片的第一输入端连接的用于输入时钟信号的第二TTL接口，与ZYNQ芯片的第二输入端连接的ADC模块，依次连接的切换开关的输出端、功率检测低通滤波单元、放大电路和单端转差分电路，以及分别与切换开关的两个输入端连接的调制信号接口和小信号接口，其中，单端转差分电路连接ADC模块；ZYNQ芯片包括：与ADC模块连接的Costas环。本实用新型的有益效果是：本技术方案将数字Costas环应用于甚低频信号的QPSK解调过程，实现了载波恢复，消除了本地载波与接收到的信号的频率、相位误差，以保证解调的正确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及通讯系统技术领域，特别涉及一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统。
背景技术
甚低频领域里面QPSK是目前应用非常广泛的调制解调技术，目前QPSK调制的实现主要是利用数字电路、专用芯片、FPGA等来实现。载波同步技术是接收机的关键技术之一，在信号的传播过程中，由于受到信道特性和振荡器不稳定的影响，通信系统接收到的调制信号与本地载波会存在一定的频偏和相位误差。这就需要进行载波同步，消除本地载波与接收到的信号的频率、相位误差，以保证解调的正确性。解调需要在接收端恢复出载波。但是QPSK信号的频谱中并不包含载波的离散谱分量，用普通的锁相环无法提取。
实用新型内容
本实用新型提供了一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统，解决了现有技术的技术问题。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统，包括：网络连接的上位机和ZYNQ芯片，与所述ZYNQ芯片的输出端连接的第一TTL接口，与所述ZYNQ芯片的第一输入端连接的用于输入时钟信号的第二TTL接口，与所述ZYNQ芯片的第二输入端连接的ADC模块，依次连接的切换开关的输出端、功率检测低通滤波单元、放大电路和单端转差分电路，以及分别与所述切换开关的两个输入端连接的调制信号接口和小信号接口，其中，所述单端转差分电路连接所述ADC模块；所述ZYNQ芯片包括：与所述ADC模块连接的Costas环。
本实用新型的有益效果是：本技术方案将数字Costas环应用于甚低频信号的QPSK解调过程，实现了载波恢复，消除了本地载波与接收到的信号的频率、相位误差，以保证解调的正确性。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
优选地，所述功率检测低通滤波单元包括：功率检测电路和低通滤波电路，其中，所述切换开关的输出端、所述功率检测电路、所述低通滤波电路和所述放大电路依次连接。
优选地，所述放大电路包括：多个不同放大倍数的子放大电路。
优选地，所述甚低频载波恢复系统还包括：与所述ZYNQ芯片的第三输入端连接的第三TTL接口。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统的结构示意图；
图2为本实用新型另一实施例提供的Costas环的原理图；
图3为本实用新型另一实施例提供的一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统，包括：网络连接的上位机1和ZYNQ芯片2，与ZYNQ芯片2的输出端连接的第一TTL接口3，与ZYNQ芯片2的第一输入端连接的用于输入时钟信号的第二TTL接口4，与ZYNQ芯片2的第二输入端连接的ADC模块5，依次连接的切换开关6的输出端、功率检测低通滤波单元7、放大电路8和单端转差分电路9，以及分别与切换开关6的两个输入端连接的调制信号接口10和小信号接口11，其中，单端转差分电路9连接ADC模块5；ZYNQ芯片2包括：与ADC模块5连接的Costas环。
如图2所示，Costas环主要由压控振荡器(NCO)、低通滤波器(LPF)、环路滤波器(LF)和乘法器(鉴相器)组成的。
收到的信号被分成上下两个支路，分别加到两个鉴相器，上支路与压控振荡器输出同相分量鉴相，下支路与经90°相移的压控振荡器输出正交分量鉴相。上下鉴相器输出经低通滤波器之后相乘，相乘后所得的误差电压通过环路滤波器之后去控制压控振荡器的相位和频率。
数字环路滤波器是锁相环的重要组成部分，其性能将直接影响到整个环路的性能。数字载波同步环中使用的环路滤波器与模拟载波同步环中使用的环路滤波器的基本原理是相似的，都是对噪声及载波的高频分量起抑制和滤波作用，并且控制着环路相位锁定的精度与速度，并稳定环路的跟踪过程。通过调整环路滤波器的参数，可以大大改善环路的性能，使载波同步环工作在最佳的性能状态中。
在载波同步系统设计中，数字环路滤波器的输出作为NCO的频率控制字直接控制NCO，并调整其输出载波的频率，使本地载波与发送端载波同步，达到捕获和跟踪效果，进而实现信号的解调。
具体地，功率检测低通滤波单元7包括：功率检测电路和低通滤波电路，其中，切换开关的输出端、功率检测电路、低通滤波电路和放大电路依次连接。
具体地，放大电路8包括：多个不同放大倍数的子放大电路。
如果功率检测电路出输入的信号的功率太小，则采用放大倍数较大的子放大电路对其进行放大，如果功率检电路测出输入的信号的功率比较大，则采用放大倍数较小的子放大电路对其进行放大。
具体地，甚低频载波恢复系统还包括：与ZYNQ芯片2的第三输入端连接的第三TTL接口12。
如图3所示，根据本系统参数的要求，本系统采样时钟频率为20MHz，符号速率为8KHz，载波的频率为8MHz。调制信号由AD采样后进入FPGA，在FPGA内部采用数字Costas环路进行载波同步芯片中处理后，输出I、Q两路数据后给后级处理，并通过网络传入PC电脑(上位机)中，并保存成数据文件，通过浏览数据文件判断解调数据的正确性是否满足要求。产品(如低频通讯电台)发送的调制信号和信号源发送的小信号分别从调制接口和小信号接口输入本系统后，通过切换开关可以选择接入调制信号或小信号，当选择接入调制信号时，调制信号经切换开关输入功率检测低通滤波单元进行功率检测和低通滤波，如果检测得到的功率比较大，则选择放大电路中放大倍数较小的子放大电路，如果检测得到的功率比较小，则选择放大电路中放大倍数较大的子放大电路，然后经低通滤波滤除噪音，得到更加优质的调制信号，从功率检测低通滤波单元输出的调制信号经选择的子放大电路进行放大之后，放大后的调制信号进入单端转差分电路，从单端信号转化为差分信号，差分信号进入ADC模块进行模数转换，得到数字信号，数字信号进入ZYNQ芯片，经ZYNQ芯片中的Costas环进行载波同步处理，进而实现调制信号的解调，得到的解调信号从第一TTL接口输出，还可以通过网络传入PC电脑(上位机)中，并保存成数据文件，通过浏览数据文件判断解调数据的正确性是否满足要求。
通过ZYNQ FPGA、AD、功率检测电路等技术，完成了甚低频QPSK(Quadrature PhaseShift Keyin，正交相移键控)信号载波恢复功能，可用于甚低频QPSK信号解调，对其他类型的信号的解调也可采用相同的方法进行载波恢复及信号解调。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统，其特征在于，包括：网络连接的上位机和ZYNQ芯片，与所述ZYNQ芯片的输出端连接的第一TTL接口，与所述ZYNQ芯片的第一输入端连接的用于输入时钟信号的第二TTL接口，与所述ZYNQ芯片的第二输入端连接的ADC模块，依次连接的切换开关的输出端、功率检测低通滤波单元、放大电路和单端转差分电路，以及分别与所述切换开关的两个输入端连接的调制信号接口和小信号接口，其中，所述单端转差分电路连接所述ADC模块；所述ZYNQ芯片包括：与所述ADC模块连接的Costas环。
2.根据权利要求1所述的一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统，其特征在于，所述功率检测低通滤波单元包括：功率检测电路和低通滤波电路，其中，所述切换开关的输出端、所述功率检测电路、所述低通滤波电路和所述放大电路依次连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统，其特征在于，所述放大电路包括：多个不同放大倍数的子放大电路。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于Costas环的甚低频载波恢复系统，其特征在于，所述甚低频载波恢复系统还包括：与所述ZYNQ芯片的第三输入端连接的第三TTL接口。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN120166007A (zh) * | 2025-03-31 | 2025-06-17 | 武汉大学 | 一种基于锁相环的甚低频台站信号信息提取方法和系统 |
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