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。     

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。     

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。     

频偏条件下基于DMF伪码捕获性能分析

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偏较为敏感,在频偏条件下,通过推导PN码同步时的检测概率和虚警概率,进而计算出平均捕获时间,并且作出了仿真和分析,为改善频偏条件下捕获性能提供了解决思路和理论依据。     

DS/FH扩频测控信号同步方案的捕获性能

针对航天测控信号的高动态以及由载频跳变引起的多普勒频率周期跳变的特点,提出了一种基于快速频率识别和辅助机制的直扩/跳频(DS/FH)混合扩频测控信号的一种同步方案。建立了跳频图案,伪码相位及多普勒频率的三维同步捕获状态转移过程的数学模型,推导出三维捕获的平均捕获时间表达式,及在伪码相位误差、多普勒频移和高斯白噪声条件下的检测概率和虚警概率表达式。仿真分析了在采用时域匹配滤波、频域多通道的直扩捕获方式下,信号和捕获系统参数对三维捕获性能的影响。理论推导与数值仿真结果表明了同步方案的有效性,并为信号设计及捕获系统参数选择提供了理论依据和实际参考。     

并行组合扩频组合伪码捕获算法研究

为提高并行组合扩频测控通信系统接收端的同步性能,研究并行组合伪码的同步头、滑动相关、数字匹配滤波捕获算法,提出了并行组合伪码的FFT捕获算法。经理论分析与仿真验证,得出了数字匹配滤波与FFT捕获算法适用于并行组合扩频测控通信系统的结论。     

一种基于训练符号的OFDM系统同步新算法

提出一种基于训练符号正交频分复用系统的时间频率联合同步算法。算法构造了每个载波上传输PN序列的训练符号,利用训练符号良好相关特性实现了定时估计和粗频偏捕获,再使用ML估计算法进行细频偏估计。仿真结果表明,在多径信道和加性高斯白噪声信道下,新算法定时估计和频偏估计误差小、计算复杂度低。     

微弱GPS信号精捕获算法

为了解决微弱GPS信号比特/二次编码（Neumann\|Hoffman码）的同步以及频偏精细估计等问题,本文提出了对相关器输出数据进行精捕获的算法。通过对相关器输出数据进行二次变频,对不同频点的信号进行比特/二次编码位置的搜索,从而实现弱信号条件下比特/NH码的同步以及频偏的精捕获。精捕获后,使用频偏补偿后的数据进行频偏的再次精细估计。经过理论推导和仿真验证,在C/N0不低于20dB/Hz时,用1299个相关器输出数据进行精捕获时就有95%以上的检测概率,说明本方法适用于微弱GPS信号条件下比特/NH码的同步和频偏精细估计问题。
     

一种基于频移补偿的apFFT相位估计改进方法及应用

全相位快速傅里叶变换（all phase Fast Fourier Transform,apFFT)相位一致性特点使正弦信号相位估计不受频率估计影响,但由于频谱泄露和栅栏效应,apFFT相位估计性能受信号频率位置影响。针对该问题,提出了一种基于高精度频率估计和补偿的apFFT相位估计方法。首先,对信号进行高精度频率估计,并以此对信号进行频移补偿,然后对补偿信号进行apFFT,最后求解信号相位。蒙特卡洛仿真结果表明：所提算法的相位估计性能不受信号频率位置影响,相位估计误差性能与理论值一致,受两参数克拉美罗界（CRLB₂）约束,约为1.158 2倍的CRLB₂;相位估计性能和抗噪声能力明显优于经典apFFT算法和其他对比算法。更进一步,利用我国首次火星探测器TW-1（天问一号）近火捕获段干涉测量数据进行算法验证,结果表明：相位估计精度约4 mrad,干涉测量时延估计精度约50 ps。     

一种高动态环境下PCM-FM的低信噪比检测方法

针对PCM-FM遥测信号的特点,提出一种基于快速傅里叶变换的自相关检测方法。首先利用自相关处理,消除多普勒频率变化对检测性能的影响,可适应目标高动态变化环境。然后通过对自相关输出进行快速傅里叶变换,提高在低信噪比情况下的检测性能。仿真结果表明所提方法在高动态、低信噪比条件下能够高概率检测到PCM-FM信号。     

LDPC编码系统的码辅助载波相位同步算法

深空通信具有传输距离远、信号衰减严重的特点,针对低信噪比条件下深空通信系统中LDPC编码系统载波同步实现困难的问题,提出一种新的具有较低复杂度的码辅助载波同步算法。分析了载波同步误差对译码性能的影响,基于最大似然准则推导了载波相位的迭代同步算法,算法利用LDPC译码器输出的软判决信息来辅助载波相位的估计,将译码器与载波同步器进行联合迭代,从而得到接近最大似然估计性能的载波相位估计,同时对载波相位进行迭代补偿。仿真结果表明,在低信噪比条件下,算法能够有效纠正载波偏差,并能够以较低的系统复杂度获得近似理想同步的LDPC码译码性能。     

一种用于深空高动态微弱信号的频率估计算法

研究了低载噪比与高动态环境下的深空测控系统频率估计算法,在分析已有方法不足的基础上,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的闭环载波跟踪方法。此方法结合了锁频环鉴别器和UKF的优点,获得了宽的估计范围,高的估计精度和低的载噪比门限。在分析UKF模型的基础上,此方法还减少了原有UKF算法的运算量。仿真过程模拟了接收机的高动态运动轨迹,结果表明此法具有较好的动态适应能力、收敛性能和跟踪精度,能够有效地完成低载噪比与高动态环境下的频率估计。此法与基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的频率估计算法相比,具有更低的频率估计误差,因此有着良好的应用前景。     

P码直接捕获算法的设计及资源优化

针对P码直接捕获消耗资源较多的问题,提出了一种资源优化的方法。该方法在检测概率、虚警概率和捕获时间满足系统要求的约束下,对存储资源、乘法器资源与逻辑资源进行多目标的优化,并通过兼容FFT快速捕获法与延迟相乘法的特点,能够自由地分配时域与频率搜索的并行度,因此该方法能够适用于各种形状的二维不确定域搜索任务,更有效地对资源消耗进行优化。     

一种应用三角内插技术的频率估计算法

Rife和Quinn等基于FFT的频率估计算法性能不够稳定,在部分频率点能获得满意的估计效果,但在其它频点估计性能恶化严重。本文将三角内插技术应用于频率估计,提出了一种新的基于FFT的频率估计算法,能够克服他们的缺点,非常适合于低信噪比条件下卫星通信信号的接收。该算法首先用FFT实现频率的粗估,再应用三角内插技术提高估计精度,最后对估计偏差进行修正,保证了估计的无偏性。仿真结果表明该算法能实现非常精确的频率估计,且估计性能不受信号频率的影响,在各频点上估计方差都非常接近克拉美劳界（CRB）,具有很低的工作门限。与时域估计算法相比,相同估计方差条件下该算法运算量低、易于实现。     

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。     

MIMO系统中迭代捕获算法的性能分析

基于迭代消息传递的伪码捕获方法能够在复杂度较低的情况下,极大的提高捕获速度,但在低信噪比下捕获性能下降很快。多输入多输出 (MIMO) 系统可以在不增加频谱资源和发射功率的条件下,削弱多径衰落,改善通信系统的性能。本文提出将迭代捕获算法应用于MIMO系统中,在接收端采用分集技术,运用最大比合并方法进行信号合并,然后用迭代算法进行捕获。仿真结果表明：将迭代捕获算法与MIMO系统结合,在不影响捕获速度的前提下能够有效提高信号的捕获概率,信噪比在-22dB条件下捕获概率达到90%以上,性能优于现有的迭代捕获算法。