一种改进的Rife算法及其在无线电干涉测量中的应用

信号频率和相位是连线干涉测量(CEI)以及甚长基线干涉测量(VLBI)本地相关处理的主要测量元素,其中相位测量精度直接影响着无线电测量精度。在对Rife算法及其改进算法(M-Rife算法)分析的基础上,提出一种新的改进算法(I-Rife算法)。该算法通过增加一次固定频移,解决了M-Rife算法在信号频率位于整数倍FFT频率分辨率附近时频移方向容易出错的问题,估计性能有所提高。对I-Rife算法的误差性能进行分析,其结果表明,改进算法的频率估计误差、相位估计误差分别约为克拉美-罗下限(CRLB)的1.0073倍、2.3562倍。最后,通过蒙特卡罗仿真和无线电干涉测量试验对所提算法的性能进行了验证。     

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。     

CCPAZP-FFT捕获方法中频率估计算法研究

针对航天测控系统中因飞行器高速运动造成的直扩信号多普勒频率捕获精度下降问题,对CCPAZPFFT捕获方法中的频率估计算法进行了研究。结合M-Rife频率估计方法,通过频谱搬移将原始信号真实频率移动至量化频率中心,对获得的频谱的最大值与次大值进行插值,同时对捕获峰值的相邻相位维进行多普勒修正,提高多普勒频率的捕获精度。给出了算法的步骤,以及基于K7芯片的现场可编程逻辑阵列(FPGA)的实现流程。理论分析和仿真结果验证了算法的有效性,在接收信号载噪比38dB、多普勒动态-70~70kHz的环境中,多普勒捕获偏差由250Hz降至约10Hz,实测结果验证了算法的可行性。     

高动态环境下载波频率的精确估计算法

传统载波频率估计算法对降采样数据非线性变换后,直接快速傅里叶变换以获取载波多普勒频移,方法虽然简单,但精度较差,不适用于高动态、弱信号等复杂环境。本文提出一种改进的载波频率估计算法,对降采样数据进行多普勒频移、多普勒变化率的双重补偿和调制类型的模式识别,提高载波频率的搜索范围和测量精度;在粗测频、精测频状态对第一级降采样数据频率预补偿后进行第二级降采样处理,以适当缩短测频状态的搜索时间。最后通过试验分析表明:该算法在高动态环境下可大幅度提高多普勒频移及其变化率的估计性能。     

基于ZFFT的低信噪比无人机信号载频估计方法

针对远距离探测民用微型无人机信号时的低信噪比条件下高精度载波频率估计问题,提出基于Zoom-FFT(ZFFT)和二次插值(或Rife算法)的快速、精确估计改进算法。算法先利用FFT粗估信号频率,然后利用ZFFT算法对频谱细化,通过简化数字滤波器,采用积分求和的方式滤波,并与数据抽取相结合,同时实现滤波与抽取。最后,利用二次插值法(或Rife算法)对载频估计值作进一步修正。仿真结果表明,所提算法在低信噪比条件下估计精度和运算效率均有明显优势。     

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。     

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。     

GNSS信号捕获精化算法研究

为了提升捕获中获得的载波频率精度,传统捕获算法通常采用增加信号相关积分时间的方式,这导致计算量大幅增加,硬件要求也要提高以满足导航实时性需要。因此,提出了一种新的方法:在信号捕获成功之后加入精化环节,提升捕获环节获得的载波频率精度。阐述了精化算法的原理及其数学分析方法,进行了实验验证,结果证明了该捕获精化算法的有效性。     

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。     

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。