雷达信号时差频差测量定位工程实现技术研究

针对星载时差频差无源定位系统对地海面雷达信号定位工程实现需要考虑的实际问题,对雷达信号时差频差测量关键技术进行研究。首先研究了雷达信号时差频差测量方法,然后研究了双星时差频差模糊条件并提出解模糊方法,最后,研究了长时间积累对到达频差的影响,给出随时间变化频差补偿方法。     

基于解调分选的时分多址信号时/频差参数联合估计方法

针对TDMA多时隙信号不连续,通信时隙外噪声以及其它用户信号影响时/频差参数估计的问题,首先证明了多时隙多普勒频差信号具有相参性,指出多时隙信号在相关处理中能量是可以积累的;在此基础上,根据通信时隙外噪声、其它用户信号与特定用户信号在时域上的可分离特性,提出基于解调分选的TDMA时/频差参数估计方法,并推导分析了该方法的处理性能。试验结果表明,提出的方法可以实现TDMA信号中多用户信号的时/频差参数联合估计,可以有效降低通信时隙外噪声与其它用户信号对参数估计精度的影响。     

双星InSAR时间同步误差对相位同步的影响

针对双星编队的InSAR雷达系统，提出了SAR与相位同步一体化的系统框架，在双星时间同步误差的基础上，提出了一种综合考虑时间同步误差、SAR和相位同步发射及接收链路时延的双星相位同步设计方法，给出了相位同步补偿后的辅星回波信号相位和双星干涉相位，推导了两种时变相位误差功率谱密度，经过理论分析和仿真试验证明：相位同步补偿后，时间同步误差不影响相位同步精度，只影响辅星目标位置。辅星回波固定相位误差较大，但不影响成像，双星干涉固定相位误差为千分之几度，对干涉测高精度影响可以忽略，辅星回波和双星干涉时变相位误差与主星相近。     

高低轨双星时频模糊雷达信号的频差估计算法

针对高低轨双星定位系统中，雷达信号定位参数估计结果同时存在时差与频差模糊的问题，分析了相参脉冲串信号的模糊特性；利用粗略配对的脉冲串获得到达时间差序列，避免了对时域高度密集的脉冲进行配对的难题；在此基础上，提出了对时差序列进行中心差分计算频差粗估值实现频差模糊消除的方法；推导得出了频差粗值误差随着辐射源载频的增加、脉冲到达时间测量误差的增大、时差差分间隔的减小而增大的结论。仿真结果表明，频差粗值误差与理论值一致；通过设置合理的差分间隔，得到无模糊的频差粗值以后，频差精估精度逼近CRLB。新算法便于工程实现，对长基线定位系统中雷达信号的频差估计具有一定参考价值。     

一种低轨双星雷达信号无模糊频差估计算法

针对低轨双星组合接收低脉冲重复频率(LPRF)雷达信号的频差(DFO)估计存在模糊的问题，提出一种基于时差差分的频差无模糊高精度估计算法，该算法通过对高精度的时差测量值进行中心差分获得无模糊的频差估值。仿真结果表明，新算法能对PRF低至300 Hz的雷达信号进行无模糊的频差估计，估计精度在信噪比高于15 dB时逼近克拉美劳下界，可有效扩大低轨双星时/频差定位系统对LPRF信号的适用范围。     

基于无线信道仿真仪的双星定位半实物仿真

构建无源电子侦察双星时差频差定位系统半实物仿真平台,以雷达及通信信号为侦察对象,采用无线信道仿真仪模拟产生两颗同轨卫星接收地面同一目标辐射源发射信号,通过数字接收机VPX机箱中的两块板卡同步接收信号数据,进行实时处理。实验表明,构建的半实物仿真平台,与纯数字仿真相比,能够准确、实时、有效地反映双星时差频差定位系统的性能。     

基于多段差频正弦信号频谱相关的频率估计算法

针对多段差频正弦信号提出一种基于频谱相关的频率估计算法,用以提高低信噪比条件下短时正弦信号的频率估计精度,扩展多段信号融合法的适用范围.首先,设计差频修正矩阵消除各段信号频率不等对频谱融合的影响,使同频化处理后的多段差频正弦信号频谱等同于多段同频正弦信号频谱;其次,构造加权因子消除各段信号相位不连续对频谱分析的影响,使得到的最优加权积累频谱近似于与多段差频正弦信号长度相等的相位连续信号频谱;然后,通过对最优加权积累频谱和多段差频正弦信号累加频谱的相关处理,抑制虚假谱峰和噪声干扰.最后,峰值搜索频谱相关谱,实现频率的精确估计.实验表明与现有算法相比,本文算法估计精度高、抗噪性好、普适性好,特别在低信噪比、短时时宽下性能优良.     

用维格纳－威利时频分布进行信号时频分析

信号时频分析对电子战侦察有重要意义。讨论了维格纳 威利时频分布的基本原理、与谱相关及模糊函数的关系。给出了求离散时间信号的维格纳 威利时频分布算法,以及用信号的维格纳 威利时频分布计算信号瞬时频率的方法。给出了几种目标信号的瞬时频率的计算实例。     

基于阵列信号处理的高性能双星定位

针对常规双星时/频差(TDOA/FDOA)定位系统存在弱信号估计误差大和时频重叠辐射源估计分辨力不高问题,以及定位存在盲区和信号适应性弱等问题,提出了基于阵列信号处理提高TDOA/FDOA估计精度与分辨力的方法及具有消除定位盲区和更强信号适应能力的TDOA/FDOA/DOA定位方法.理论分析和仿真试验验证了所述方法的有效性.     

基于积分抽取的时/频差参数估计方法

利用互模糊函数对大数据量信号进行时/频差参数估计的运算量大,现有处理算法难以满足系统实时性要求。针对该问题,提出了基于积分抽取的时/频差参数估计方法。该方法根据对积分抽取滤波器的性能分析,选择最优的抽取倍数,对粗估计和精细估计中的混合积信号进行降采样,在信息基本不缺失的前提下,大幅降低了FFT和CZT细化处理的运算量。利用该方法,可以将时/频域混合积信号抽取到5个样本点,再通过CZT运算就可以实现对时/频差参数的高精度估计。仿真结果表明所提方法的有效性。     

一种新的软件实现PCM/FM码同步的方法

根据PCM/FM信号的特点,提出一种软件提取码同步信号的新方法。该方法使用数字瞬时测频法检测信 号每采样点的频率,根据该频率与中心频率之差提取双边沿信号,并用一个除N记数器,得到完整的码同步信号。文中 给出全数字码同步器原理图、MATLAB仿真的性能曲线图和VC实现的软件流程。     

星座时频测量技术研究

在卫星导航定位、天基无源定位等航天器系统构建中,需要星座具有统一的时间频率 系统,即卫星间实现时间与频率同步。在分析系统对星间时间与频率同步需求的基础上 ,提出了在星间建立双向单程测距链路,利用伪码测量获取的星间伪距、载波测相获取的星 间伪距变化率联合处理出时差、频差的算法,克服了一般双向比对方法中需要不断调整星间 时差的不足,工程实现星间时差测量标准不确定度可优于1 ns,星间基准频差测量标准不确 定度可优于1×10 -11 。
     

同步轨道双星定位中等频差曲线特性分析

针对同步轨道双星对地面卫星通信类辐射源时差频差定位应用中,用传统方法无法解释等频差曲线的几何物理意义而只能通过复杂数值仿真计算得到的缺点,利用同步轨道双星对地定位中主副星间经度间隔的工程应用约束条件,将地面卫通辐射源与两颗卫星间连线的方向性单位矢量,采用角平分线上的单位矢量进行近似,巧妙地将该问题转为同步轨道单星运动对地所形成的等多普勒曲线问题,从而清晰地展示了模型的几何物理意义,并可快速获得等频差曲线的形状分布与综合定位性能等特性。讨论了等时差与等频差曲线对定位性能的影响,发现在主星选择固定时,在多个满足频率转发条件的副星中选择与主星间相对运动速度较大,且相对运动速度方向尽量平行于地球自转轴线者,能使等时差线与等频差线尽可能形成正交,从而进一步改善定位精度。仿真结果验证了该法的有效性。研究为同步轨道双星定位特性分析提供了新的途径。     

快速跳频中的频率同步

主要介绍了利用DFT运算估计出收发偏差,并把估计出的频差补偿到DFT运算中去来减少收发频差对解调的影响,从而达到频率同步。还提出一种称为差分估相解调的解调方式对存在频偏的FFH—DBPSK信号进行解调。     

高低轨双星时频差无源定位精度

高低轨卫星联合定位是提高地面辐射源无源定位精度的有效方法。从时差基线、速度差增加方面分析了高低轨双星定位精度相对同轨卫星定位精度高的原因,推导出高低轨双星时频差定位误差分布表达式,分析了高低轨联合定位适用的时频差测量方法及其测量精度。仿真分析结果表明:在低轨卫星星下点附近较大范围内,定位精度达到百米量级。验证了双星相对位置变化、时频差测量误差、高低轨卫星自身位置速度测量误差等因素对高低轨双星定位精度的影响。     

一种改进的Costas环设计方法

针对非相干模式下输入载波精确测量问题,提出了一种基于周期反馈模式的Costas环改进方法。系统开环测量相位差、频差;闭环反馈误差信号,完成对输入载波的同步,建立了其数学模型,应用System View进行仿真实验,仿真结果证明改进的Costas环在非相干模式下完成与载波同步的同时,能够实现对输入载波相位差、频差精确测量。
     

一种基于自适应遗传算法的高斯FM^mlet变换最优时频原子搜索算法

时频分析方法是当前非平稳信号分析与处理的研究热点,基于高斯let变换的信号表示方法成为目前分析具有线性和非线性频率切变信号的重要工具.高斯FMm let变换在信号分析与处理中的应用面临的一个主要问题就是匹配追踪方法的数字实施方法.针对现有算法精度不高、收敛性差的问题,提出了一种基于自适应遗传算法的高斯FMm let变换最优时频原子搜索算法.首先详细推导了时频原子有限长序列的离散公式,接着详细讨论了自适应遗传算法,然后给出了一种利用自适应遗传算法搜索高斯FMm let变换最优时频原子的算法及其实现方法,最后结合实例对该算法进行了仿真研究.结果表明,该算法不但搜索精度很高,而且具有较好的收敛性和鲁棒性.     

一种基于运动补偿的高动态微弱直扩信号捕获算法

针对高动态长时间积累情况下直扩信号能量无法有效积累的问题,提出了一种基于运动补偿的二倍分组块补零（Double Block Zero Padding,DBZP）算法。首先利用Keystone变换对输入信号与本地伪码在频域相乘后的结果进行处理,消除伪码自相关峰走动;再利用分段解线调技术同时补偿掉多普勒扩展和伪码自相关峰弯曲;最后对信号进行相干积累。仿真结果表明,基于运动补偿的DBZP算法能有效地消除动态的影响,大幅减小积累损耗,进而提升捕获灵敏度。该算法能广泛应用于基于直扩信号的高动态微弱目标捕获。     

双星时差频差联合定位系统性能分析

针对基于到达时延(TDOA)/到达频延(FDOA)联合估计定位的双星定位系统,建立了时差频差联合定位的模型并给出了解算过程。对系统定位精度的理论分析和不同参数条件下的定位性能仿真计算结果表明,双星系统可实现对辐射源的高精度定位。频差和时差测量误差对系统性能均有影响,但前者的作用更显著。基线长度越大、卫星轨道高度越低,系统性能就越优。     

GPS信号的码相位与多普勒频率联合捕获

分析了PMF FFT码捕获算法在不同频偏下的性能,针对其频率估计精度较低引起的部分频偏下的检测性能下降,提出了一种改进的码相位与多普勒频偏联合捕获方法。首先基于部分匹配滤波(PMF)相关算法得到一组匹配滤波输出;然后在PMF FFT算法基础上提出了一种利用FFT幅度差求解的低复杂度高精度迭代频偏估计算法,并利用此高精度的频率估计值补偿PMF输出,进行相干检测,从而在提高频率估计精度的同时提高了信号的检测概率,实现了高精度的频率估计与码相位捕获的联合处理。仿真结果表明检测算法可以有效改善频偏估计精度,提升检测概率,并且具有极低的复杂度。