基于双基雷达原理的GNSS海面反射信号建模方法

全球导航卫星系统反射(GNSS-R)技术应用过程中接收机的测试验证需要反射信号产生源,以降低成本。信号的模型是GNSS-R信号产生源中的核心。针对缺乏相应模型的问题,提出了一种根据双基雷达原理建立GNSS海面反射信号模型的方法。首先,在分析GNSS海面反射信号特征的基础上,选取了恰当的海面反射点。然后,计算了雷达方程中的散射系数和散射面积,从而得到相应反射点的反射信号功率。最后,对所求得的反射信号参数进行仿真验证。验证的结果表明,反射信号的相关功率曲线与ZV模型理论曲线的相关系数优于0.98,能够有效地用于GNSS海面反射信号的生成。因此,该方法可为GNSS-R信号产生源的研制提供一定的理论支撑。     

机载GNSS海洋反射信号的建模与仿真

由于全球导航卫星系统反射(GNSS-R)机载试验耗费大和重复性差,需研制GNSS-R信号模拟器,但没有相应的反射信号模型。提出了一种基于数据拟合的机载GNSS海洋反射信号建模方法。首先,对复杂的GNSS海面反射信号进行近似简化。然后利用ZV模型生成的时延相关功率曲线,通过最小二乘拟合和非线性拟合,建立了多条等时延间隔的海洋反射信号功率衰减模型,从而得到机载GNSS海洋反射信号的时延、功率、多普勒频率参数。最后,对多条反射信号的合路信号进行相关的仿真验证。验证的结果表明模拟的14条反射信号的相关功率曲线与ZV模型理论曲线的相关系数优于0.99,能够有效地用于GNSS海洋反射信号的生成。该方法可根据海面风场、浪高、波高等海面信息,模拟不同海况的海洋反射信号,为GNSS-R信号模拟器的研制奠定基础。     

SVRM辅助的北斗GEO卫星反射信号土壤湿度反演方法

提出了一种支持向量回归机(SVRM)辅助的北斗地球静止轨道(GEO)卫星反射信号土壤湿度反演方法。使用全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)右旋圆极化(RHCP)天线和左旋圆极化(LHCP)天线接收体制进行了地基实验,采集了北斗GEO卫星直射、反射信号原始数据,并从中提取直射、反射信号的相关功率,结合北斗GEO卫星的高度角与方位角信息作为输入,烘干称重法获取的土壤湿度作为输出对使用径向基(RBF)核函数的ε-SVRM进行了训练。独立测试集上的结果表明,SVRM辅助的北斗GEO卫星反射信号土壤湿度反演方法获取的土壤湿度结果与烘干称重法获取的土壤湿度参考值误差控制在3%以内,线性回归方程决定系数为0.897 9,均方根误差RMSE为1.492 6%,证明了该方法具有良好的泛化特性,实际应用中效果良好。      

基于相关功率修正的地基GNSS-R土壤湿度反演

利用全球导航卫星系统反射信号测量技术(GNSS-R)进行土壤湿度反演过程中，实际接收天线方向性会造成GNSS直反信号相关功率测量偏差。针对地基观测场景下天线方向性造成的相关功率的类余弦振荡问题，提出了基于多项式拟合的信号相关功率修正方法。为了验证所提方法的有效性，开展了地基GNSS-R土壤湿度观测实验，结果表明:基于多项式拟合的相关功率修正可以消除信号相关功率的类余弦振荡，提升GNSS-R土壤湿度反演中的观测数据有效性和反演结果准确性。      

涌浪及降雨影响下的GNSS海面反射信号建模

全球导航卫星系统（GNSS）海面反射信号的模拟仿真采用的海浪谱多为风驱模型，而忽略了真实复杂环境中涌浪、降雨的影响。为此，提出了一种涌浪、降雨影响下的GNSS海面反射信号模型。首先，对Elfouhaily海浪谱、涌浪谱、降雨谱分别进行仿真，从海浪谱的角度分析涌浪、降雨对GNSS反射信号的影响。然后，设计了引入涌浪、降雨影响因子后的GNSS反射信号建模的方法，并建立噪声模型。最后，对星载场景下仿真得到的二维时延-多普勒相关功率分布图像（DDM）、时延相关功率波形（DW）进行分析，并与英国技术演示卫星（UK TDS-1）实测数据的处理结果进行了对比验证。结果表明:涌浪主要形成对GNSS反射信号影响较大的大尺度粗糙海面，而降雨对GNSS反射信号影响较小；仿真的DDM与实测数据结果的波形有很好的一致性，DW对比的相关系数达到0.92，优于未修正模型的对比结果，模拟的反射信号更为真实，证明了提出的GNSS反射信号建模方法的可行性、有效性。对真实复杂环境下的GNSS反射信号建模及GNSS反射信号星载探测应用研究具有一定的参考意义和实用价值。      

基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法及试验

为了监测小规模固定海域的溢油状况,针对岸基接收平台提出了一种基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法,该方法将全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)技术应用于岸基条件下的海面溢油探测。进行了岸基试验,利用右旋圆极化(RHCP)天线和左旋圆极化(LHCP)天线分别采集北斗卫星直射与反射信号,在信号同步的基础上提取卫星直射和反射信号的相关功率,并结合北斗卫星的高度角与方位角信息,反演目标海域的介电常数来判断海面有无溢油。试验结果表明探测表面为油面时,介电常数反演结果均值为3.6,标准差为2.13,这与油的真实介电常数范围2.0~4.5一致,远小于海水介电常数,证明将GNSS-R应用到岸基海面溢油探测中具有可行性。     

软件定义的GNSS反射信号接收机设计

分析了导航卫星反射信号的特点,给出了反射信号软件接收机的总体结构及其主要模块,主要包括接收直射和反射信号的天线、射频前端和高速A/D变换器,以及数据处理用的计算机.重点介绍了反射信号处理的基本过程,其中主要讨论了本地反射信号C/A码的生成模式,在此基础上分析了反射信号相关功率的计算方法,并给出了具体的仿真计算实例.设计了反射信号处理的具体实现软件,包括详细的流程图,关键参数和主要函数的定义及用户界面,利用实际采集的数据进行了验证,结果表明所设计的反射信号接收机运行稳定,能根据用户输入的不同参数提供导航卫星反射信号的相关功率输出.     

GNSS-IR双频数据融合的土壤湿度反演方法

目前全球导航卫星系统反射信号干涉测量（GNSS-IR）土壤湿度反演研究仅针对单一频点展开,提出用熵值法将2个频点数据进行融合以改进土壤湿度反演精度。首先,利用频谱分析法分别解析出各频点的信噪比（SNR）序列的振荡频率,计算出对应的等效天线高度,并利用最小二乘法求解各频点信噪比序列相位;然后,通过熵值法进行2个频点的相位观测量融合;最后,利用融合结果与实测土壤湿度建立经验模型,实现土壤湿度反演。利用地基观测实验获得的全球定位系统（GPS）L1和L2信噪比数据对该方法进行了验证,结果表明:L1和L2双频融合反演结果平均标准差为0.6%,比L1单频反演结果提高64.73%,比L2单频反演结果提高32.12%;均方根误差为0.37%,比L1频点降低72.8%,比L2频点降低73.4%。      

基于EMD及PNN的航天器振动环境分析

针对航天器非平稳随机振动信号模态频率密集的特点,提出了基于经验模式分解EMD (Empirical Mode Decomposition)的多分量过程神经网络PNN(Process Neural Network)自回归模型.通过EMD对原始时间序列进行分解, 使之成为一组不同尺度的局部正交本征模函数IMF(Intrinsic Mode Functions),利用PNN对每个IMF分别进行时变参数分析并以此确定其时变自功率谱密度,对所有分量的时变自功率谱密度通过叠加进行重构, 以此得到原始信号的时变自功率谱密度.仿真结果和实例分析表明:和传统的时频分析法相比,该方法直接使用信号数据,避免了相关估计计算,减小了计算工作量;无交叉干扰项,提高了信号的时频分布特性,具有较高的时频分辨率;对各工况下航天器的振动信号能有效的进行分析,具有较强的信号特征提取能力.      

X射线脉冲星动态信号处理方法研究

X射线脉冲星导航是一种基于X射线脉冲星观测的新型天文自主导航方法,脉冲星在轨动态信号处理技术一直是脉冲星导航的难点和重点,特别是低轨高动态条件下的信号处理比高轨低动态情况更加困难。针对动态信号处理中实测数据信噪比偏低的问题,提出了一种适用于低轨高动态情况的脉冲星动态信号处理方法,并对其原理进行了分析,建立了相关数学模型,并使用HXMT卫星和XPNAV-1卫星的实测数据验证了算法性能,实验结果表明:该方法有效提高了导航观测量处理精度。     

基于改进HHT的非高斯噪声中瞬态通信信号检测

根据瞬态通信信号和非高斯噪声的特点,建立了相应的信号模型,并利用希尔伯特-黄变换（HHT）处理非线性非平稳信号的优势,提出了基于改进HHT的非高斯噪声中瞬态通信信号的检测算法。该检测算法分为集合经验模式分解（EEMD）和固有模态函数（IMF）分量筛选两部分,首先经过加入随机白噪声多次试验取均值得到待检测信号的IMF分量,再结合各个分量与原信号的能量差异和相关性剔除虚假IMF分量,从而实现对混叠在非高斯噪声中的瞬态通信信号的有效检测。仿真在不同的条件下对比了本文算法与其他算法对信号的检测效果,结果证明本文算法能够有效克服HHT中存在的缺陷,实现对瞬态信号更为准确的分析和检测。     

星载GNSS-R海面风场观测载荷关键技术设计与验证

目前海面风场观测手段有限,基于全球导航卫星系统反射信号处理(global navigation satellite system reflection,GNSS-R)的天基观测为全球风场信息获取提供了全新的手段.GNSS-R海面风速探测技术具有全天时、全天候、低功耗、宽覆盖、多信号源、低成本等特点,日益获得了广泛的关注...     

一种高动态环境下卫星扩频信号的快速捕获方法研究

现代卫星导航及测控应用对接收机在高动态环境下实现测量通信提出了迫切需求。为了解决大多普勒频偏扩频信号的快速捕获问题,提出了一种在频域并行搜索码相位及多普勒频偏的双频域快速捕获方法。采用双块补零算法将长的相关积分操作分割为多个短的相关积分操作,然后采用快速傅里叶变换进行圆周相关,大大节约了处理时间,利用频域圆周移位与时域载波剥离等价的原理,大幅提高了频率搜索效率。与时域相关算法和单频域计算方法相比,在捕获灵敏度不变的条件下,该方法将计算量减少90%,显著提高了运算速度,适合高动态环境下扩频信号的快速捕获。该方案应用于星载接收机平台FPGA实现,测试结果表明该方案可以在0.1s内完成±500kHz频偏下扩频信号捕获。     

基于MSST及HOG特征提取的雷达辐射源信号识别

针对传统雷达信号识别算法在低信噪比下识别准确率低的问题,提出了基于多重同步压缩（MSST）时频变换及方向梯度直方图（HOG）特征提取的雷达辐射源信号识别算法。所提算法在雷达时域信号短时傅里叶变换（STFT）基础上进行多重同步压缩处理获得信号时频分布图,通过HOG算子对信号时频分布图进行HOG特征提取,将提取的HOG特征通过主成分分析法（PCA）进行降维,将降维后的特征参数送入支持向量机（SVM）对雷达信号进行分类与识别。实验结果表明：所提算法具有较低的复杂度,当信噪比为-8 dB时,仿真实验与半实物仿真实验针对9种典型雷达信号的识别准确率达到90%以上。     

基于半无码的P(Y)码自相关GNSS-R海面测高方法

针对传统GPS C/A码延迟测高方法测高精度低和互相关测高方法时延波形信噪比低的问题,研究了基于半无码的P（Y）码自相关海面测高方法。首先,通过理论测高精度模型,对比分析了C/A码和P（Y）码的测高精度;然后,描述了L1、L2双频反射信号基于半无码的P（Y）码自相关处理架构,并论述了测高模型和L1、L2双频电离层时延误差修正方法;最后,利用模拟的L1、L2反射信号对比分析了基于半无码的P（Y）码自相关、C/A码自相关以及信号互相关方法的海面测高精度。结果表明:相比于C/A码自相关和信号互相关测高精度,基于半无码的P（Y）码自相关的测高精度分别提高了3.97倍和1.47倍。