根據虛擬無線電技術的特點和鎖相環的基本原理,提出一種適于計算機軟件化實現的鎖相環數學模型,分
析不同參數對鎖相環捕獲和跟蹤性能的影響,得出不同情況下參數設定的基本準則。計算機仿真結果表明,軟件鎖相環
在加性高斯白噪聲信道下具有較好的捕獲與跟蹤性能。最后提出軟件鎖相環在測控系統中實現信號實時處理的優化方
法。
關鍵詞:虛擬無線電; 　軟件鎖相環; 　鑒相器; 　環路濾波器; 　壓控振蕩器

隨著通用計算機性能的不斷提高,以DSP和FPGA為代表的專用軟件無線電平臺正在逐漸向通用化
處理器(例如CPU)的平臺轉變。目前,國外已經出現了基于通用計算機的“虛擬雷達”和“軟件GPS接收
機”,國內也研制成功了“軟件化數字電視”[ 1～3 ] 。這種以通用計算機為處理平臺,利用計算機軟件完成信
號實時處理的技術在國外被稱為虛擬無線電,它是軟件無線電技術的一種發展趨勢[ 4 ] 。
鎖相環是一種常用的信號處理方法,它廣泛應用在測控信號相干解調、時間同步、頻率合成等領域。
目前使用的鎖相環可以分為模擬鎖相環、數字鎖相環、全數字鎖相環和軟件鎖相環[ 5 ]等幾種。隨著虛擬
無線電技術的出現,軟件鎖相環得到了越來越廣泛的應用。盡管與其他類型鎖相環相比,其基本原理并沒
有太大變化,但在數學模型、參數設計和實現方式方面卻存在較大的差異。本文以二階二型鎖相環為例,
根據計算機軟件處理的特點,研究軟件鎖相環數學模型及參數設計,并通過計算機仿真驗證鎖相環在不同
信噪比時的性能,提出實現信號實時處理的改進措施。
1　數學模型
實質上,軟件鎖相環可以認為是一個時間離散的模擬鎖相環[ 5 ] 。二階二型鎖相環的s域模型示于圖
1。將一個模擬系統轉換為功能相同、性能相近的離散系統采用的方法主要有導數逼近法、沖激響應不變
法、雙線性變換法和零極點匹配法等幾種[ 6 ] 。這里選用雙線性變換法。　環路濾波器
二階鎖相環中的環路濾波器是一個單極點的無限沖擊激響應( IIR) 濾波器,它將鑒相器輸出的角誤
差量轉化為控制輸出頻率的電壓分量。根據環路濾波器的z域模型得到其時域的差分方程。