基于GEO卫星的导弹天基数据链频率同步技术研究

针对导弹天基数据链中导弹的高速运动导致弹星之间高动态信号频率同步问题,根据导弹的运动轨迹推导了弹星之间高动态信号的多普勒频偏和多普勒变化率公式,分析了不同射程导弹运动导致弹星信号多普勒变化范围.为实现弹星之间高动态信号的快速频率同步,对基于时域的滑动相关捕获算法和基于频域的FFT捕获算法进行了分析与仿真.理论分析和仿真结果表明,FFT捕获算法中通过累积多个频域码元信号可以满足导弹和卫星之间高动态信号的快速频率同步要求,这对导弹天基数据链的工程实现具有重要参考意义.     

一种星载应答机接收信号快速同步技术

讨论一种星用调相模式应答机信号的快速捕获和跟踪方法。该方法通过4096点FFT运算能够快速地对载波的多普勒频偏进行估计,实现高动态下载波的粗同步,并通过二阶锁频环和辅助二阶锁相环实现载波的精密跟踪。测试表明,该应答机在载波捕获门限为-118dBm、多普勒变化范围为-115~ 115kHz、多普勒变化率为32kHz/s的高动态、低信噪比情况下,能在1s内快速完成接收信号的捕获和跟踪。     

基于IMU辅助的高动态GPS信号捕获算法

高动态环境存在较大的多普勒频移,传统的GPS信号捕获方法捕获时间较长。为了快速捕获到信号,提出将惯性测量单元(InertialMeasurementUnit,IMU)辅助与快速傅里叶变换(FFT)相结合的快速捕获算法。该算法通过外部IMU的位置、速度辅助,预先估算高动态载体产生的多普勒频移,缩小频率搜索范围;利用二维FFT方法同时搜索码相位和多普勒频率,降低计算复杂度,加快捕获速度。仿真结果表明该算法可以显著减少捕获时间,提高捕获性能。     

一种基于全相位预处理的PMF-FFT改进算法

高动态条件下扩频信号的捕获常采用基于FFT的部分匹配滤波(PMF-FFT)捕获算法,但此算法存在频谱泄漏和多普勒频偏估计误差大的问题。通过全相位预处理的方法对PMF-FFT算法做出改进,提出了PMF-apFFT/FFT捕获算法。一方面,所提算法能够利用全相位FFT(apFFT)算法抑制PMF-FFT算法存在的频谱泄漏;另一方面,算法利用FFT运算结果辅助PMF-apFFT支路对多普勒频偏估计值进行校正,提高了频率估计精度。理论分析和仿真结果表明,PMF-apFFT/FFT捕获算法能够有效抑制PMF-FFT算法中由FFT运算带来的频谱泄漏,且多普勒频偏估计精度有显著提高。     

高动态下SINS辅助北斗捕获方法优化

针对高动态环境下北斗卫星信号不易快速捕获和捕获精度低的问题,在传统快速傅里叶变换并行码相位捕获算法的基础上,提出一种基于细化快速傅里叶变换(Zoom-FFT)的捷联惯性导航系统(SINS)辅助北斗B1信号捕获的算法,并设计高动态信源进行仿真校验。仿真结果表明,该方法的冷启动时间比无辅助缩短了50%以上,温启动捕获时间仅为无辅助的2%左右,并且使系统捕获的灵敏性得到了改善;同时使捕获的载波频率估计分辨率提高50倍以上,误差在10Hz以内。优化算法可以使高动态环境下的SINS/北斗深组合导航系统具有较快的卫星信号捕获速度和较窄的载波频率捕获带,并且提高了系统捕获的性能。     

一种高灵敏度深空应答机载波捕获算法

针对高灵敏度深空应答机的载波捕获,研究了一种快速解线调载波捕获算法。分析了算法的原理和实现方案。仿真和FPGA实现结果表明:该算法可准确捕获信噪比极低和多普勒动态范围极大的信号。针对算法的实际应用,给出了算法在不同工作模式下的参数设置,并对其资源占用、捕获时间和检测概率进行了计算,进一步说明了算法的工程可实现性。     

基于全相位频谱插值的欠采样频率估计

提出利用两个独立欠采样通道输出信号的互谱函数实现对欠采样信号的无模糊频率估计,为了提高测频精度,需要对信号真实频率与最大频域输出幅值对应量化频率的偏差进行较高精度的估算,采用全相位FFT与传统FFT联合校正频率偏差的方法,提出了全相位Rife综合算法,根据全相位FFT输出的最大谱线和次大谱线的比值决定采用全相位Rife算法或修正的细化Rife算法,仿真结果验证了该方法的有效性及高精度特性。     

高动态条件下SINS信息在GPS软件接收机信号捕获中的应用

目前卫星信号捕获主要采用自主搜索算法,在高动态环境下,由于信号存在较大的多普勒频移,且变化较为剧烈,导致自主搜索算法搜索范围变大、时间延长,通常不能满足高动态条件下的应用要求.本文在SINS/GPS松组合框架下,基于软件接收机的灵活性,利用SINS信息,使用FFT方法(并行码相位搜索算法)实现GPS信号的捕获,得到一种外部信息辅助搜索算法.仿真实验证明该搜索算法可快速有效地实现高动态GPS信号的捕获.该算法同样适用于GLONASS及我国的北斗卫星导航系统.     

一种中高速突发QPSK数字解调系统捕获与载波同步算法的研究

文章介绍了一种中高速突发解调处理系统突发捕获与载波同步算法实现,采用相位域突发捕获与同步算法,解决了卫星上行信号幅度变化对突发捕获解调性能的影响,具有突发捕获概率高、载波同步快和解调动态范围大等优点,并且该算法FPGA逻辑资源占用及运行速度在软硬件实现上具有很大优势。     

基于FFT的抑制载波捕获技术

介绍三种基于快速傅里叶变换(FFT)的开环抑制载波捕获技术,并对这些算法进行性能分析及仿真.结果表明,基于FFT的交错符号积分技术,在低符号信噪比时引入的信噪比损失最小,适用于深空接收机中抑制载波捕获.     

一种极低载噪比高动态信号跟踪的线性预测器设计

针对深空通信高动态低载噪比微弱信号跟踪精度低、稳态均方性能差的问题,提出了一种高动态低载噪比信号跟踪的分级异构凸组合线性预测器算法,该算法将归一化最小均方算法(NLMS)和最小二乘算法(RLS)进行分级异构凸组合,给出了算法的结构、跟踪精度联合优化设计方案和最优参数选择的方法。在载噪比(CNR)为10~30dB-Hz、载波多普勒频移为-300~300kHz、多普勒频率变化率为-800~1200Hz/s、码速率为20bps条件下对分级异构凸组合线性预测器跟踪性能及跟踪精度指标(归一化均方根误差)进行了仿真。理论分析和仿真结果表明,该线性预测器与分级同构凸组合线性预测器相比,算法运算量减少、信号跟踪精度提高、收敛速度加快。因此,该新型结构线性预测有着良好的应用前景。     

高动态下基于DMF的伪码捕获频差估计研究

基于数字匹配滤波器（DMF）的PN码捕获电路具有较快的捕获速度,但其输出主相关峰值对频差较为敏感。为了消除频差对捕获性能的影响,文章提出了一种基于FFT的频差估计算法。首先构造一个载波频差的希尔波特复矢量,然后对其进行快速傅里叶变换。该算法能够精确检测出载波频偏的绝对值大小和方向,可以有效地改善大频差下的伪码捕获性能。     

微弱GPS信号捕获算法研究

为了快速有效地检测到微弱的GPSC/A码信号,研究一种基于软件接收机的信号捕获算法,分析此算法的信号捕获性能。这种算法利用FFT和IFFT技术加快了捕获速度;针对预检测求和间隔里有可能包括数据位改变,讨论了交替的半个数据位选取方案和整个数据位选取方案两种解决方案。通过仿真分析证明,这种信号捕获算法具有更强的信号检测能力。     

基于FFT的GPS快速并行捕获算法

为了提高GPS接收机的捕获速度和捕获精度,提出了一种新的基于FFT的并行捕获方案。采用一次FFT运算和多次IFFT运算同时完成频域和码相位域的二维搜索,将运算量减少一半。在通过判决捕获到相关峰后,通过简单内插精确确定载波频率,提高频率的分辨率。     

基于TDRSS的高速数传信号载波捕获及跟踪算法研究

以TDRSS数传系统为研究背景,针对TDRSS数传信号的特点,以实现高速8PSK调制信号的载波同步与跟踪为研究前提。提出了一种采用二叉树(BinarySearchTree)频率搜索方法实现捕获及采用平均"滑动窗"递推最小二乘(RLS)一步预测方法实现频率跟踪的算法,并针对此方法进行了理论推导和蒙特卡洛(MonteCarlo)仿真。结果表明:该方法适用于全数字高速数传8PSK调制信号接收系统,同时也可移植、推广至全数字雷达接收机中。     

基于FFT的扩频信号快速捕获技术研究

在扩频通信系统中,扩频信号的快速捕获是系统功能实现的关键技术之一,同时也是一种非常重要的抗干扰手段。文章首先介绍了基于FFT的扩频信号快速捕获方法的原理,其次,针对具体实现中的一些难题,给出了采用平均相关处理的FFT快速捕获的具体实现方法,叙述了该方法的实现过程,并给出了仿真分析结果。     

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。     

统一S频段测控系统残余载波快速捕获方法

针对统一S频段(USB)测控系统中低信噪比、大频偏残余载波捕获速度慢的情况,提出一种残余载波快速捕获方法。根据残余载波的频域幅值特性,采用频域搜索的方法,进行快速傅里叶变换(FFT)频率估计,并使用现场可编程门阵列(FPGA)结合芯片外部同步动态随机存储器(SDRAM)的方法,使残余载波在较低信噪比、大频偏的情况下被快速、准确捕获,可解决因FPGA片内资源有限而出现的大量数据存储缓慢问题。利用Xilinx的Vertix 4系列FPGA芯片在系统时钟频率为110MHz时对文章提出的方法进行验证。结果表明,该方法载波捕获精度高,系统稳定可靠。此方法已成功应用于卫星地面测控综合基带设备中。     

Galileo卫星导航系统中的BOC调制与接收技术

介绍了二进制偏移副载波(BOC)调制的原理、性能及其扩频信号相关特性。在分析E5波段Galileo导航信号的接收和捕获技术的基础上,提出了改进的数字化基带处理模型和信号捕获方法。用结构仿真对基带信号处理模型和信号捕获算法进行仿真验证。仿真系统实现了标准E5波段Galileo导航信号的发生、数字化中频接收和基带信号处理,以及信号捕获。结果表明该信号处理方法能消除BOC调制扩频信号自相关函数多峰特性导致的捕获性能下降,可显著提高伪码顺序搜索速度,并大幅缩减跟踪环路的硬件规模。