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對脈沖信號載波頻率的同步問題，提出一種快速高精度的數字鎖頻環路。該環路采用改進的相位差分頻率估計算法進行快速載波頻率粗估計，其信噪比闞值低于Kay法，在信噪比偏低時也能達到Cramer-Rao界。應用數字下變頻技術和Kay算法實現載波頻率的精確估計。設計實例的仿真結果表明了該環路的有效性，環路可在短對同內完成高精度的載波頻率同步。
載波頻率同步在雷達和通信系統中得到廣泛應用。同步性能的好壞直接影響系統的性能。脈沖信號載波頻率同步技術的關鍵是在噪聲背景中快速準確地估計載波頻率。為實現高精度鑒頻，通常要使用高階數窄帶濾波器來提高待測信號的信噪比，其延時較大，不適用于信號持續時間較短的脈沖信號。應用有效的正弦波頻率估計算法，可以在保證鑒頻精度的前提下，降低對濾波器帶寬的要求，減少延時，滿足脈沖信號載波頻率同步的需要。
正弦波頻率估計是信號參數估計的經典問題，針對正弦信號的頻率估計算法很多．由于運算復雜度和運算時間的問題限制了它們在數字接收機上的應用。目前常用于數字接收機的正弦信號頻率估計的快速算法為頻率推算法和傅里葉變換法。傅里葉變換法在估計低信噪比多載波信號頻率方面具有優勢，其最大測頻誤差為頻率分辨率的一半（f／2N），通常通過增加采樣數據長度或利用插值算法來降低測頻誤差，這樣就使運算時間增長和運算量增加。頻率推算法多數用于高信噪比單載波信號的頻率估計，其中基于最小均方誤差的相位差分頻率估計法（Kay法）比較具有代表性，它在高信噪比條件下可達到Cramer-Rao界（CRB），并且運算量不大，適于硬件實現。
本文以Kay頻率估計法為基礎構建了一種適用于脈沖信號的載波頻率同步環，并通過計算機仿真和FPGA實現來驗證其有效性。
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