一、锁相环工作原理1.锁相环组成2.鉴相器3.环路滤波器4.压控振荡器5.锁相环动态方程6.锁相环的传递函数7.一阶环路与二阶环路锁相性能1️⃣一阶环路2️⃣二阶环路8.锁相环稳定工作状态二、锁相环数字化模型三、载波跟踪环四、伪码跟踪环五、完整模块
考点：跟编程有关不考，考概念。锁相环基本构成，鉴相器构成，锁相环传递函数怎么来的(了解)，一阶环路和二阶环路的性能，电路不考，二阶环路锁相器，稳态化(锁相之后稳定的状态是什么，并不是真正稳定)，数字压控振荡器，编程细节不看，costas环的性能，不能分辨相位导向，定性描述伪码跟踪环如何实现码片跟踪，也就是三种比较，谁输出最大，完整跟踪环不考
一、锁相环工作原理
跟踪由锁相环路实现，锁相环路分为载波环路和伪码环路。它们紧密耦合在一起。锁相环是一种闭环相位负反馈系统。
1.锁相环组成
- 鉴相器(PD phase Detector)
- 环路滤波器(LF Loop Filter)
- 电压控制振荡器(VCO Voltage-Controlled Oscillator)
锁相环输入输出信号可看成：
其中w₀是VCO的载波角频率
锁相目的：使得输出相位与输入相位保持一致。 达到锁相状态则输出频率和输入频率一致。
瞬相差与瞬时频差，其中瞬时频差是相差求导。
2.鉴相器
鉴相器是一个相位比较器，检测瞬时相差。其输出误差信号ud(t)是相差的函数。
鉴相器组成
- 乘法器
- 低通滤波器
3.环路滤波器
环路滤波器对锁相环锁相性能有决定作用。环路滤波器用传输算子F(p)表示，p是微分算子。
4.压控振荡器
压控振荡器是一个电压-频率变化装置，振荡频率随控制电压(uc)线性变化。压控振荡器有有限的线性控制范围，超过范围控制灵敏度下降。
K₀是控制灵敏度或增益系数。量纲rad.s-1.V-1
需要反馈的是相位，相位是频率积分，1/p是积分算子。
5.锁相环动态方程
最终的锁相环动态方程线性形式
进行拉普拉斯变化后变成频域表达式：
F(s)环路滤波器的传递函数
6.锁相环的传递函数
由锁相环动态方程时域形式，可得误差传递函数He(s)
所以可以得到锁相环的闭环传递函数H(s)为：
7.一阶环路与二阶环路锁相性能
1️⃣一阶环路
所谓一阶环路，就是环路滤波器中无电抗原件，所以是全通滤波器，环路传递函数为1
所以闭环传递函数和误差传递函数为：
3种信号：
一阶环路性能：⭐
- 相位阶跃信号能锁相
- 频率阶跃信号存在稳定误差
- 频率斜升信号不能锁相
2️⃣二阶环路
二阶环路可以是阻容积分器、有源比例积分器。
有源比例积分器传递函数
二阶环路性能：⭐
- 相位阶跃信号很好锁相
- 频率阶跃信号很好锁相
- 频率斜升信号存在稳定的误差
8.锁相环稳定工作状态
当稳态误差等于0时
锁相环在稳定工作状态，输出误差不能为0。因为一旦为零则VCO输出频率又变成自由振荡频率，就失锁了。
锁相环的实际稳定状态是VCO输出频率和输入信号频率之间有一个很小的波动误差，且两者相位误差为2nπ+另一个波动值。
二、锁相环数字化模型
把s域传递函数转换在离散数字域上（z域）
数字鉴相器
数字环路滤波器
传递函数从s变为z域采用双线性变化法
数字振荡器
数字式振荡器涉及到积分
三、载波跟踪环
载波跟踪中最常使用的是Costas环，如下是其原理图
- 先与码片对齐的伪码相乘，去除伪码影响。
- NCO分两路，一路同相，一路正交
- 去除了伪码的信号和两路本振相乘，并经过低通滤波器
- 两路输出做比值或反正切输入环路滤波器
Costas环几种常用鉴相方法
Costas环的缺点：不能分辨输入信号相位的180°翻转。
四、伪码跟踪环
伪码跟踪环的目的是保持伪码相位
伪码跟踪环原理
- 输入信号载波相乘去除载波
- 此信号与三个本地码相关
- 三个本地码码片相位相差半个码片（超前码，即时码，滞后码）
- 比较哪一路输出大，输出大的设置为即时码
GPS接收机中实际伪码跟踪环稍复杂，优点是伪码跟踪不受本地载波相位影响。
它将输入信号分别与同相，正交两路载波相乘后分别与三路本地伪码相乘累加。
伪码鉴相方法
五、完整模块
GPS信号中载波跟踪和伪码跟踪要同时实现才能确保稳定跟踪。交错进行。
先进行伪码跟踪还是载波跟踪不要紧。
知道了载波频率和码片相位后则导航电文码就可以解调出来了。
costas环对180°相位翻转不敏感，所以解码时有+1变-1的情况，这个问题通过同步头数据判断来解决
