适用于BOC(m,n)信号的无模糊捕获技术

针对二进制偏移载波(BOC)调制信号自相关多峰特性引起的信号捕获模糊性问题,提出了一种子相关相乘边峰消除技术(CMSCT)。根据BOC子相关函数的特性,通过将不同子相关函数相乘获得边峰消除能力,并且为了充分利用接收信号,进一步提高捕获性能,提出了相应的优化算法。分析对比了提出算法的实现复杂度和基于恒虚警率准则的峰值发现概率,对Galileo E1C中频采样信号的处理结果表明:提出的边峰消除方法有效解决了捕获模糊性问题。     

BOC信号合成相关函数通用无模糊跟踪方法

针对全球导航卫星系统(GNSS)所使用的二进制偏移载波(BOC)调制信号存在跟踪模糊的问题,提出了一种能够应用于多种BOC类型信号的通用无模糊跟踪方法。首先基于调制形状码向量的概念提出了BOC信号通用表示方式。然后,推导了BOC信号互相关函数的调制形状码向量表达式。最后,在BOC通用模型的基础上,基于合成相关函数思想,设计了一种通用无模糊跟踪方法。仿真结果表明,该方法可以适用于各种相位和阶数以及复合和包含复信号的BOC调制信号,得到无模糊的窄单峰相关函数。通过分析该方法的抗噪声性能和多径抑制性能,证明其相对于传统的BOC无模糊跟踪方法具有更好的抗噪声性能。     

BOC信号的相关跟踪研究及GALILEO接收机设计初探

Galileo卫星导航系统是欧盟组织研发的新一代完全面向民用的卫星导航系统,使用了BOC(二进制副载波)这一独特的调制方式,研究BOC信号的相关峰特性,对设计接收机捕获跟踪通道是至关重要的。本文简要介绍了Galileo系统导航信号的特征和频率规划,对多种BOC信号的自相关性能、码跟踪方法进行了仿真,并探讨了接收机开发中的关键问题。     

BOC信号自适应门限判决捕获方法

BOC信号是一种分离频谱的调制方式,与传统的导航扩频信号相比,具有更强的抗干扰能力和更高的测量精度。但BOC信号自相关函数具有多峰值的特点,如何从接收端找出最大峰值并正确恢复BOC信号是技术难点。本文给出了一种BOC信号的捕获方案和具体的实现算法。     

极弱信号环境下GPS位同步和载波跟踪技术

为解决环路未锁定、无法找出正确的导航数据位跳变点时极弱全球定位系统(GPS)信号跟踪问题,通过分析信号跟踪模型和相关器1 ms采样数据特性,将最优路径动态规划算法应用于GPS位同步,并提出基于平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)和位同步结合的载波联合跟踪算法。建立了适合位同步的SRUKF载波环参数估计模型,针对位同步的实现条件和无相位频率先验信息的情况,将位同步模块提前,研究设计了环路未锁定时串行和并行两种弱信号跟踪方案。位同步跟踪完成后环路采用单独的SRUKF工作方式。实验结果证实该文提出的算法具有较高的数据位边缘检测概率(EDR)和参数估计性能,而无须关心环路是否处于锁定状态,能够对载噪比低至22 dB/Hz的弱信号实现跟踪。     

一种基于参数控制的低轨星载接收机载波跟踪算法CSCD

低轨星座接收机面临大多普勒频移及频繁快速换星等设计约束,对其载波跟踪环路设计提出了较高的动态适应性与跟踪精度要求。针对以上问题,提出了一种基于参数控制的载波跟踪算法。该算法引入环路控制因子参数,将环路滤波器分为牵引和跟踪两阶段。基于理论建模推导环路控制因子的最优参数配置原则,指导实现牵引和跟踪两种状态滤波器的协同配合,在牵引阶段有效引导大多普勒信号快速入锁,在跟踪阶段精确估计载波频移参数,实现基于低轨星载平台的GNSS信号快速准确跟踪。理论与仿真结果均表明基于参数控制的载波跟踪算法能够有效提升环路的动态适应性与跟踪精度,满足低轨星载接收机的设计需求。与传统算法相比,该算法在保证信号跟踪精度的同时,能够将收敛时间缩短78%,且环路设计简单,易于硬件实现。     

DS/FH混合扩频测速技术研究

由于DS/FH混合扩频信号带宽较宽,传输信道难以保证信号在宽带条件下线性传输,信号会发生群时延畸变,导致载波相位不再连续,影响载波的稳定跟踪,从而使测速精度降低。本文提出了基于跳频图案同步辅助的鉴频方案,可以消除相位跳变对载波跟踪的影响,实现对扩跳信号载波的稳定跟踪,从而提高DS/FH混合扩频测速的精度。     

基于Kalman滤波的高频CW电报信号自动识别

针对强噪声背景下高频CW电报信号检测算法性能严重下降、误码率较高的问题,文章提出一种基于卡尔曼滤波的高频CW电报信号同步检测识别算法。利用自同步法对CW电报信号实现位同步,进而利用卡尔曼滤波针对时变干扰噪声设置自适应阈值,对信号能量进行软判决,实现CW电报信号的自适应跟踪检测,提取有效信号进行识别。通过短波信道仿真软件和实际短波通信测试表明,该算法能够在强噪声背景下有效检测识别CW电报信号,且算法可由迭代实现。     

基于鉴相器的矢量跟踪环设计

基于鉴相器的矢量跟踪环是锁定导航卫星码和载波的一种跟踪算法,这种算法适合于在弱信号环境下进行跟踪。矢量环不仅充分利用信号跟踪和导航状态解算之间的内在耦合关系,而且每一通道中采用鉴相器和锁频环结合的方式,系统一步内完成信号跟踪和导航解算任务。反馈控制量NCO是由导航滤波器和环路内部滤波器共同产生。实验表明,矢量跟踪环具有快速重捕获特性,能够在弱信号的环境下运行,比起传统环路有更小的跟踪误差。     

基于滑动DFT和插值DFT算法的GPS信号载波跟踪方法

 在分析GPS接收机跟踪环路信号特征的基础上,将滑动离散傅里叶变换（DFT）算法和插值DFT频率估计算法相结合,提出一种在频域进行的载波跟踪方法。该方法首先根据捕获时得到的粗略载波频率估计值确定计算DFT值点的范围,然后利用滑动DFT算法计算这部分点的DFT值,最后利用插值DFT频率估计算法估计载波频率,进行跟踪环路中载波频率的更新。该方法计算复杂度低,便于实际应用。仿真结果显示,该方法能够对载波频率正确跟踪,验证了算法的可行性。     

扩频统一测控系统角跟踪技术研究

扩频统一测控系统中,在完成伪码捕获、载波跟踪和比特同步之前,利用和差通道信号的相关性,直接对宽带扩频信号进行相关运算实现角度误差信息的提取,是一种简单可行的办法。本文讨论了双通道跟踪接收机的输出角误差信号的信噪比与接收信号的信噪比、信号处理带宽三者之间的关系。     

GPS多径信号的自适应滤波估计方法

 研究全球定位系统(GPS)多径信号估计的问题。通过分析自适应滤波器的原理,建立了数字中频信号处理的数学模型,提出一种用自适应滤波实现GPS多径幅度、码相位和载波相位估计的方法。该方法采用不同延迟的伪随机序列对信号进行解扩、解调和累加,得到了作为期望信号的系列自适应滤波相关值。对该方法与其他3种方法进行了理论上的分析比较,得出本方法具有信噪比高、自适应滤波性能好、带有码相位信息和不存在载波模糊度问题等优点。根据各种滤波器算法的特点和本应用的需求,给出了选用递归最小二乘算法实现的方法。通过计算机仿真,验证了提出的方法能够在14 dB的信噪比下,以1个采样间隔的时间延迟分辨率和0.005周的载波相位估计精度估计出GPS L1的多径信号。     

基于自适应扩展卡尔曼滤波的载波跟踪算法

精确的载波相位测量是精密测距中一个很重要的研究点。针对传统扩展卡尔曼滤波(EKF)的固定设计在先验信息不充分和动态变化环境中存在的不足,提出了一种基于自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)的载波跟踪算法。该算法通过实时监测滤波器新息或残差的动态变化,以修正状态噪声方差和观测噪声方差,进而调整滤波器增益,控制状态预测值和观测值在滤波结果中的权重。理论分析和仿真结果表明,本算法充分利用了观测信号的统计特性,克服了传统扩展卡尔曼滤波算法的不足,能够获得更好的载波跟踪性能。     

矢量结构对载波相位的预测

高精度定位通常采用载波相位测距，而当全球导航卫星系统（GNSS）接收机信号受到遮挡、存在干扰等环境影响时，载波相位易出现跟踪不连续的问题，从而影响定位精度。针对这一问题提出了一种采用矢量结构对载波相位的预测方法，预测值辅助载波相位的跟踪，为了使预测值对载波相位跟踪效果更好，使用接收信号的质量确定预测值对载波相位的影响比例。最后，试验验证了通过矢量结构对载波相位进行预测，有效地改善了载波相位的跟踪能力，从而对载波相位连续跟踪，并有效地提高定位精度。     

动态时频谱分析、探测和跟踪的随机有限集法

动态出现和消失多分量信号的时频分析问题一直是非平稳信号处理的难点之一。为此，提出了一种分析、探测和跟踪多分量信号的随机有限集法。该算法利用时频变换，如短时傅里叶变换或自适应谱估计法，以及多项式预测模型，将多分量信号的时频分析问题归纳成可利用随机有限集进行多目标追踪的问题。分析表明：借助于提出的初始权重赋值算法，以及谱分量幅度和频率的联合似然函数，就可利用高斯混合概率假设密度滤波器来实现对动态时频谱的分析、探测和跟踪。在仿真实验中，所提算法有效提升了动态时频谱的跟踪精度，其对微弱时频谱分量的探测能力，以及对载频差异的分析能力均优于文献报道的算法。     

基于极大似然估计器的GNSS矢量跟踪算法

矢量跟踪是一种将全球导航卫星系统(GNSS)接收机的信号跟踪与导航解算融为一体的跟踪算法。传统的基于矢量延迟/频率锁定环(VDFLL)的跟踪算法普遍采用延迟锁定环(DLL)和锁频环(FLL)鉴别器计算伪距和伪距率偏差观测量,由于锁频环鉴别器存在近似误差和一步延迟效应,在高动态环境下容易造成环路失锁。从直接估计卫星信号特征参数的角度出发,基于中频信号模型构建码相位和载波多普勒的极大似然代价函数,采用非迭代估计算法得到各通道码相位和多普勒频移的估计偏差,转换为卡尔曼滤波器的观测矢量,提出一种基于极大似然估计器(MLE)的矢量跟踪算法。理论分析和仿真结果表明:新算法结合了极大似然估计和矢量跟踪的优点,克服了FLL的延迟效应,与基于VDFLL的矢量环路相比,高动态环境下的跟踪稳定性更好,可以对被遮挡的卫星保持持续的跟踪。     

北斗二号中AS信号多径抑制方法及性能分析

针对北斗二号系统中AS（Authorized Service,授权服务）采用的BPSK（10）、BOC（14,2）、BOC（15,2.5）信号,研究如何抑制多径效应对AS信号跟踪的影响,提高定位精度.对3种信号的自相关特性及功率谱密度进行比对,并在对基于码跟踪环的EML（Early Minus Late,早减迟）和HRC（High Resolution Correlator,高精度相关器）技术进行分析的基础上,将这2种技术用于北斗二号AS信号的多径抑制.仿真表明：EML和HRC均适用于北斗二号AS信号,采用EML时,对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的多径抑制性能优于对BPSK（10）的;采用HRC时,对BPSK（10）的多径抑制性能优于对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的;对于BPSK（10）,HRC较EML在误差包络面积上多径抑制性能提高约89.7％;对于BOC（14,2）、BOC（15,2.5）,HRC和EML多径抑制性能相当,而EML的计算量相对较小因而整体性能更优;通过减小相关器间隔和增大带宽,可提高多径抑制性能,对BPSK（10）的效果比对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的更为明显.     

基于UKF准开环结构的高动态载波跟踪环路

 对高动态环境下的全球卫星导航系统（GNSS）载波信号跟踪方法进行了研究。在分析高动态载波信号模型的基础上,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波（UKF）的准开环载波跟踪方法。此方法能够消除导航数据二进制相移键控(BPSK)调制的影响,并采用四维UKF相位估计模型提高跟踪精度,同时对估计值进行补偿以减少滤波器的滞后性。通过模拟接收机的高动态运动轨迹,从跟踪误差、跟踪结果和补偿效果3个方面,与基于卡尔曼滤波（KF）的锁频环(FLL)辅助锁相环(PLL)结构的传统跟踪方法进行比较,结果表明基于UKF的准开环跟踪方法能够有效地完成高动态环境下的载波跟踪。     

基于FPGA的BOC(1,1)信号捕获技术

BOC调制是新一代卫星导航系统中广泛采用的调制方式,在时域上具有多峰值特性,副峰的存在增加了捕获的难度。采用自相关副峰消除技术(ASPeCT)在原有的BOC码相关支路的基础上增加一条伪码相关支路,可以有效削弱码相位检测函数的副峰,避免误捕获,是一种性能良好的BOC信号捕获技术。提出一种采用二维并行快速搜索的在FPGA芯片中实现ASPeCT捕获技术的方案,可以显著缩短捕获时间。在理论分析和仿真验证的基础上,采用Verilog硬件描述语言在接收机FPGA+DSP平台上编程实现,在露天测试中,成功捕获到Galileo E1B卫星导航信号,并对ChipScope采集的数字中频信号的多普勒频率和码相位静态捕获结果进行验证,与同一段信号的Matlab仿真结果一致,证明所提出的技术方案正确合理可行。     

一种高动态低信噪比下载波快速捕获跟踪方法

针对高动态、低信噪比的接收信号,首先对整个多普勒频率范围进行分段,并在每一段内利用本地产生的带有多普勒频率变化率的复信号来抵消接收信号中多普勒频率变化率的影响,然后在每一段内利用FFT（FastFourierTransform,快速傅里叶变换）进行载波频率并行捕获,从而同时完成载波多普勒频率及其变化率的初步估计。利用载波多普勒频率及其变化率估计信息辅助锁频环快速入锁,进而利用锁频环辅助三阶锁相环完成载波信号的锁频锁相跟踪。使用这种方法,可以快速获取信号的多普勒频率及其变化率信息,并且在极短时间内完成载波的稳定跟踪,使接收设备具备快速捕获跟踪大动态弱信号的能力。