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摘要：近年来，无线电在通信领域的广泛使用使跟踪接收机成为了现代测控通信系统的基本组成元素，随着科技含量的增多，对跟踪接收机的要求也越来越高，本研究对跟踪接收机的数字化设计与实现进行了相关探讨，为今后的实践研究提供一些可供参考的理论依据。
关键字：数字化；跟踪接收机；设计方案
数字化技术随着我国科技的总体水平的提高而获得了飞速的发展，这使得数字化技术在跟踪接收机上的使用成为了可能。这种数字化的跟踪接收机由于具有多种其他技术不具备的优点而颇受亲睐，在宽带通信中拥有了极大的发展前景，因此这种技术的设计与研发对于应对复杂的环境和无线电接收都是十分重要的。
1. 数字化跟踪接收机
中频数字跟踪接收机一般采用超外差体制，射频信号与本振信号混频后输出 70MHz 的中频信号。频率综合器把整个频段的信号下变频到 70MHz。70MHz 中频信号经过带通滤波器后送给可变增益放大器，使接收机具有较大的动态范围。通常 70MHz 中频信号数字化以后的数据速率比较高，数据量也很大。后续的数字信号处理工作全部由高速大规模的 FPGA 芯片完成，这种处理方式的优点是信号处理速度高、数据吞吐量大、电路紧凑，但设计难度较大，灵活性较差。另一种方式是用高速中规模的 FPGA 芯片配合 DSP 芯片完成数字信号处理，优点是充分利用了 FPGA 处理的高速度和 DSP 处理的灵活性，因此许多复杂的数字信号处理算法和功能可很方便的用 DSP 芯片实现，在实践中，常采用第二种方式。
2. 数字化跟踪接收机的原理及关键技术
综合基带跟踪接收机差路信号是以70 MHz为接口，必须先经过适当的预滤波、放大和变频处理，运用带通采样原理对三中频上的差路信号进行量化，获得较低频率的信号，便于进行数字器件的软件处理。如何方便地实现精确的数字移相、可靠的手动及自动校相方法以及如何保证和差通道的幅相一致性等是这项技术的关键。
3. 数字化跟踪接收机的设计方案
3.1数字AGC设计
在通信、导航、遥测遥控等无线电系统中，由于受发射功率大小波动、收发距离远近变化、电磁波传播衰落等各种外在内部问题的影响，接收机所接收的信号强弱变化幅度很大，信号强度的改变可以从几微伏至几毫伏，相差很多。如果无线电系统的接收机增益不变，那么信号太强时会造成接收机的饱和或阻塞，甚至使接收机损坏，而信号太弱时又可能造成信号被丢失，甚至使接收机检测不到信号。所以，在接收弱信号时，接收机就被期望有很高的增益，而在接收强信号时，接收机的增益则可以弱一些。这种要求靠人工增益控制来实现是不切实际的，在实践上不能够满足系统的时效性。而需要自动化处理，使接收机的增益随输入信号强弱而自动变化。为保证中频接收机中 ADC 的动态范围和精度，从可变增益放大器的输出中提取幅度并反馈控制其增益，使输出信号电平基本保持恒定且不溢出。可控增益范围和时间常数是 AGC 的两个重要指标。在完成鉴频、鉴相等信号解调前，为了保证正确的完成信号解调，也对信号的幅度波动有严格的要求。数字自动增益控制电路（DAGC）在数字跟踪接收机中的作用是为 A/D 转换器提供一个平均振幅保持恒定的模拟信号，以便于 A/D 转换器能在最佳条件下工作。从上述要求可以看出，自动增益控制电路是跟踪接收机中不可缺少的辅助电路。
3.2数字锁相环设计
锁相环是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路。它是利用相位误差去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态时，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频率误差的频率跟踪和相位跟踪。采用锁相环技术后，由于环路具有窄带特性，可以选用带宽很窄的滤波器，可有效地滤除噪声，提高信噪比，并接收到被噪声淹没的信号，在跟踪接收机中应用锁相环技术后，相比普通跟踪接收机可将跟踪接收机的信噪比提高 30～40dB。在空间技术中，测速与测距都是依靠卫星地面站中的接收机接收从卫星发送回来的信号，由于卫星发射机的发射功率小，通信距离又远，所以收到的信号强度都很弱，如此一来，接收机解调器前的信号噪声功率比必然相当低，数字锁相环路随着集成电路技术的发展，不仅能够制成频率较高的单片集成锁相环路，而且可以把整个系统集成到一個芯片上去。在基于 FPGA 的数字电路中，可以把全数字锁相环路作为一个功能模块嵌入 FPGA 中，构成片内锁相环。在数字跟踪接收机中，数字锁相环在跟踪接收机中主要作用是将 A/D 转换器送来的高频数字信号输入信号变成稳定的中频数字信号。目前已在数字通信、无线电电子学及电力系统自动化等领域中得到了极为广泛的应用。
3.3跟踪处理部分设计
检波过程是一个解调过程，它与调制过程正好相反。调制分为调幅，调频，调相三种。在跟踪接收机中，无论进行 AGC控制时还是解调角误差电压时，都需要进行幅度检波。跟踪处理部分主要完成对方位俯仰信号的角误差电压的解调和移相去除角误差电压交叉耦合的工作。而角误差电压的解调要检出含角误差信息的低频信号，再将低频包络信号用低频参考方波信号正交相关解出方位、俯仰角误差电压，这些都是在下变频锁相环节完成的。当变频器频点、LNA配置及天线极化等改变时，角误差检测器的输出都可能因前端相位的变化而发生变化，为了使角误差检测器输出最大，跟踪接收机还必须具备自动校相功能。
3.4误差信号提取模块设计
误差信号提模块接收跟踪接收机的AGC信号和视频信号。首先将视频信号解调成方位、俯仰误差信号，将误差电压补偿后， 再将 AGC 和角度误差信号进行编码送给伺服系统。分解调部分是利用时分信号将视频信号解调出方位误差电压和俯仰误差电压。而误差信号提模块还向馈源输送一个时分开关信号。两路误差信号再进行相位补偿，也就是抵消和差信号相位差或和差馈源中心波束不重合导致的相位误差。最后在进行进行斜率调整，也就是灵敏度调整。
4.样机性能参数与结论
本文按照射频信号在接收机中处理方向进行叙述，样机系统依照本文的设计思想进行仿真和设计，该数字中频接收机系统样机的主要指标如下： （1）中频信号频率：72.5±2.5MHz；（2）中频采样频率：70MHz；（3） AGC 动态范围 >30dB ； （4） 解调灵敏度：0.5V/mil；（5）数字中频接收机灵敏度： -55～-15 dBm；（6） 频率捕获范围 >±100kHz。以上指标满足预期的数字中频接收机的整体指标，而且接收灵敏度较高，与传统的模拟中频加二次中频的接收机系统相比具备较强的接收能力且易于实现。
5.结语
跟踪接收机的数字化发展极大程度的减小了接收机的体积，使设备外形得到了简化，同时提高了设备的稳定性和自动化设置。随着我国电子技术的极速飞跃性发展，集成电路的发展势头也越来越大，数据的处理方式也越来越先进，跟踪接收机可以进行全数字化处理，提高它的适应性和便捷性，使其用途也越来越广泛，可以为更多的行业提供优质便捷的服务。
参考文献：
[1]侯剑波. 数字化跟踪接收机的设计与实现[D].西安电子科技大学，2009.
[2]兰宏志. 数字化角跟踪接收机的设计与实现[J]. 电讯技术，2003，02：91-92.
[3]胡天甲，张新岭. 一种数字跟踪接收机中频单元的设计与实现[J]. 无线互联科技，2013，06：90-92.
关键字：数字化；跟踪接收机；设计方案
数字化技术随着我国科技的总体水平的提高而获得了飞速的发展，这使得数字化技术在跟踪接收机上的使用成为了可能。这种数字化的跟踪接收机由于具有多种其他技术不具备的优点而颇受亲睐，在宽带通信中拥有了极大的发展前景，因此这种技术的设计与研发对于应对复杂的环境和无线电接收都是十分重要的。
1. 数字化跟踪接收机
中频数字跟踪接收机一般采用超外差体制，射频信号与本振信号混频后输出 70MHz 的中频信号。频率综合器把整个频段的信号下变频到 70MHz。70MHz 中频信号经过带通滤波器后送给可变增益放大器，使接收机具有较大的动态范围。通常 70MHz 中频信号数字化以后的数据速率比较高，数据量也很大。后续的数字信号处理工作全部由高速大规模的 FPGA 芯片完成，这种处理方式的优点是信号处理速度高、数据吞吐量大、电路紧凑，但设计难度较大，灵活性较差。另一种方式是用高速中规模的 FPGA 芯片配合 DSP 芯片完成数字信号处理，优点是充分利用了 FPGA 处理的高速度和 DSP 处理的灵活性，因此许多复杂的数字信号处理算法和功能可很方便的用 DSP 芯片实现，在实践中，常采用第二种方式。
2. 数字化跟踪接收机的原理及关键技术
综合基带跟踪接收机差路信号是以70 MHz为接口，必须先经过适当的预滤波、放大和变频处理，运用带通采样原理对三中频上的差路信号进行量化，获得较低频率的信号，便于进行数字器件的软件处理。如何方便地实现精确的数字移相、可靠的手动及自动校相方法以及如何保证和差通道的幅相一致性等是这项技术的关键。
3. 数字化跟踪接收机的设计方案
3.1数字AGC设计
在通信、导航、遥测遥控等无线电系统中，由于受发射功率大小波动、收发距离远近变化、电磁波传播衰落等各种外在内部问题的影响，接收机所接收的信号强弱变化幅度很大，信号强度的改变可以从几微伏至几毫伏，相差很多。如果无线电系统的接收机增益不变，那么信号太强时会造成接收机的饱和或阻塞，甚至使接收机损坏，而信号太弱时又可能造成信号被丢失，甚至使接收机检测不到信号。所以，在接收弱信号时，接收机就被期望有很高的增益，而在接收强信号时，接收机的增益则可以弱一些。这种要求靠人工增益控制来实现是不切实际的，在实践上不能够满足系统的时效性。而需要自动化处理，使接收机的增益随输入信号强弱而自动变化。为保证中频接收机中 ADC 的动态范围和精度，从可变增益放大器的输出中提取幅度并反馈控制其增益，使输出信号电平基本保持恒定且不溢出。可控增益范围和时间常数是 AGC 的两个重要指标。在完成鉴频、鉴相等信号解调前，为了保证正确的完成信号解调，也对信号的幅度波动有严格的要求。数字自动增益控制电路（DAGC）在数字跟踪接收机中的作用是为 A/D 转换器提供一个平均振幅保持恒定的模拟信号，以便于 A/D 转换器能在最佳条件下工作。从上述要求可以看出，自动增益控制电路是跟踪接收机中不可缺少的辅助电路。
3.2数字锁相环设计
锁相环是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路。它是利用相位误差去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态时，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频率误差的频率跟踪和相位跟踪。采用锁相环技术后，由于环路具有窄带特性，可以选用带宽很窄的滤波器，可有效地滤除噪声，提高信噪比，并接收到被噪声淹没的信号，在跟踪接收机中应用锁相环技术后，相比普通跟踪接收机可将跟踪接收机的信噪比提高 30～40dB。在空间技术中，测速与测距都是依靠卫星地面站中的接收机接收从卫星发送回来的信号，由于卫星发射机的发射功率小，通信距离又远，所以收到的信号强度都很弱，如此一来，接收机解调器前的信号噪声功率比必然相当低，数字锁相环路随着集成电路技术的发展，不仅能够制成频率较高的单片集成锁相环路，而且可以把整个系统集成到一個芯片上去。在基于 FPGA 的数字电路中，可以把全数字锁相环路作为一个功能模块嵌入 FPGA 中，构成片内锁相环。在数字跟踪接收机中，数字锁相环在跟踪接收机中主要作用是将 A/D 转换器送来的高频数字信号输入信号变成稳定的中频数字信号。目前已在数字通信、无线电电子学及电力系统自动化等领域中得到了极为广泛的应用。
3.3跟踪处理部分设计
检波过程是一个解调过程，它与调制过程正好相反。调制分为调幅，调频，调相三种。在跟踪接收机中，无论进行 AGC控制时还是解调角误差电压时，都需要进行幅度检波。跟踪处理部分主要完成对方位俯仰信号的角误差电压的解调和移相去除角误差电压交叉耦合的工作。而角误差电压的解调要检出含角误差信息的低频信号，再将低频包络信号用低频参考方波信号正交相关解出方位、俯仰角误差电压，这些都是在下变频锁相环节完成的。当变频器频点、LNA配置及天线极化等改变时，角误差检测器的输出都可能因前端相位的变化而发生变化，为了使角误差检测器输出最大，跟踪接收机还必须具备自动校相功能。
3.4误差信号提取模块设计
误差信号提模块接收跟踪接收机的AGC信号和视频信号。首先将视频信号解调成方位、俯仰误差信号，将误差电压补偿后， 再将 AGC 和角度误差信号进行编码送给伺服系统。分解调部分是利用时分信号将视频信号解调出方位误差电压和俯仰误差电压。而误差信号提模块还向馈源输送一个时分开关信号。两路误差信号再进行相位补偿，也就是抵消和差信号相位差或和差馈源中心波束不重合导致的相位误差。最后在进行进行斜率调整，也就是灵敏度调整。
4.样机性能参数与结论
本文按照射频信号在接收机中处理方向进行叙述，样机系统依照本文的设计思想进行仿真和设计，该数字中频接收机系统样机的主要指标如下： （1）中频信号频率：72.5±2.5MHz；（2）中频采样频率：70MHz；（3） AGC 动态范围 >30dB ； （4） 解调灵敏度：0.5V/mil；（5）数字中频接收机灵敏度： -55～-15 dBm；（6） 频率捕获范围 >±100kHz。以上指标满足预期的数字中频接收机的整体指标，而且接收灵敏度较高，与传统的模拟中频加二次中频的接收机系统相比具备较强的接收能力且易于实现。
5.结语
跟踪接收机的数字化发展极大程度的减小了接收机的体积，使设备外形得到了简化，同时提高了设备的稳定性和自动化设置。随着我国电子技术的极速飞跃性发展，集成电路的发展势头也越来越大，数据的处理方式也越来越先进，跟踪接收机可以进行全数字化处理，提高它的适应性和便捷性，使其用途也越来越广泛，可以为更多的行业提供优质便捷的服务。
参考文献：
[1]侯剑波. 数字化跟踪接收机的设计与实现[D].西安电子科技大学，2009.
[2]兰宏志. 数字化角跟踪接收机的设计与实现[J]. 电讯技术，2003，02：91-92.
[3]胡天甲，张新岭. 一种数字跟踪接收机中频单元的设计与实现[J]. 无线互联科技，2013，06：90-92.