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。     

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GPS载波跟踪算法和环路控制策略研究

在接收信号有较高的多普勒频率及其一阶、二阶导数存在的情况下仍能正常工作的接收机被称为高动态接收机。设计高动态接收机的关键是设计参数与结构合理的载波跟踪算法。本文针对高动态环境下载波跟踪所遇到的问题,重点研究了频率牵引算法,FLL辅助PLL复合环算法及重要参数的设计,并提出了一种新的分阶段载波跟踪控制策略。本文采用GPS模拟器产生的高动态信号为实验源,基于Matlab平台建立系统模型,仿真结果表明：采用文中提出的载波跟踪算法的GPS接收机能在加速度100g,加速度变化率40g/s的动态指标下正常工作。     

高动态环境下惯组辅助GNSS接收机卫星导航信号的捕获

针对高动态环境下多普勒频移超出了接收机的搜索范围接收机无法捕获卫星导航信号这一问题,提出了利用INS辅助GNSS接收机卫星导航信号捕获的方法.该方法利用INS提供的载体位置、速度信息,并结合通过卫星星历(或历书)得到的卫星位置、速度估算载波多普勒频移,利用估算的载波多普勒频移重新设定GNSS接收机载波搜索中心频率,使G...     

脉冲干扰下的星间扩频码域并行捕获性能研究

星间链路的高动态给星间扩频信号带来高达几百kHz的多普勒频偏,本文提出一种利用卫星历书进行多普勒预估计与码域并行捕获相结合实现星间扩频信号捕获的算法.同时,常规的高斯白噪声下捕获概率分析对空间电磁脉冲不具有针对性,本文利用Possion分布对空间电磁脉冲干扰进行建模,对该并行捕获的捕获概率、捕获时间的影响进行了研究,表明该算法在信干比为-7.4dB时,捕获概率仍在90%以上,适于星间扩频信号的捕获.     

高动态环境下扩频通信系统信号快速捕获的研究

文中分析时延、多普勒频移对扩频信号相关接收的影响 ,并利用 MATLAB进行仿真 ,在此基础上给出一种高动态环境下扩频通信系统信号二维搜索方法 ,提出采用折叠匹配滤波实现伪码快速捕获。电路仿真结果表明此方法实现了长伪码 ( 1 0 2 3码长 )在高动态环境下的快速捕获 (≤ 0 .2 s)和硬件资源的合理配置     

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。     

高动态低载噪比的载波捕获技术研究

对高动态、低载噪比信号的载波捕获是航天测控的关键技术之一。对三种自适应谱线增强算法进行介绍,并将基于自适应谱线增强算法的FFT捕获方法与直接FFT谱分析方法进行仿真对比及工程实现,仿真结果和测试数据表明该方法能够实现高动态、弱信号的载波捕获。     

一种高动态环境GPS信号的跟踪方法及实现

鉴于在高动态环境跟踪ＧＰＳ信号所遇到的问题，分析了高动态环境跟踪ＧＰＳ信号的基本方法，讨论了通过延时锁定环和载波辅助技术进行伪码跟踪的原理，重点研究通过３阶频率扩展卡尔曼滤波算法（ＦＥＫＦ）进行多普勒频率估计并进行载波跟踪的原理，模拟分析了ＦＥＫＦ算法的动态跟踪能力和频率估计误差，提出了一种适合高动态环境要求的ＧＰＳ信号跟踪方案     

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.     

惯性信息辅助高动态接收机捕获问题的研究

高动态环境为GPS接收机快速捕获信号带来了困难,通过外部的惯性信息辅助,接收机能预先估算高动态栽体产生的多普勒频移,缩小频率搜索范围,减小捕获时间.本文在GPS信号捕获原理的基础上,介绍了多普勒和码偏移误差对检测概率的影响,给出了惯性信息辅助接收机捕获的方法,着重分析了GPS接收机在冷启动和温启动的情况下有惯性辅助和无惯性辅助的平均捕获时间.结果表明在高动态环境下采用惯性信息辅助GPS接收机捕获的方法可以明显地减少接收机捕获的时间,提高接收机捕获的性能.     

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。     

基于FPGA的高动态扩频信号快捕系统的设计与实现

针对高动态扩频信号捕获时间较长的问题,提出利用非均匀采样产生2组相差半个伪码码元的正交信号,直接在基带信号上估计多普勒频偏的方法。方法减少了本地伪码捕获过程中的调整周期。通过软硬件程序仿真,证明了该方法的可行性,与传统捕获方法相比,大大减少了扩频信号的捕获时间。     

低信噪比大频偏空间光信号的频率捕获研究

卫星相干光通信系统信号解调过程中,卫星相对运动会导致接收的信号光产生GHz量级的多普勒频移,信号光的远距离传输导致光信噪比极低,传统方法无法在低信噪比下补偿大范围多普勒频移,严重影响通信系统的能力。针对上述问题,本文提出了一种两段式频率捕获算法,该算法包含自动扫频和锁频控制两个阶段。自动扫频阶段通过本振光自动频率扫描将频差缩小至100 MHz量级;锁频控制阶段通过高精度的本振光频率控制与FFT变换,在低信噪比下继续缩小频差至MHz量级。仿真验证结果表明：该算法可在2 dB信噪比下补偿大动态范围的10 GHz范围多普勒频差,满足卫星相干光通信解调需求。     

基于有限维种子累积序贯估计的PN码快捕算法

提出了一种基于有限维种子累积序贯估计（FSASE，Finite Seed Accumulation of Sequential Estimation）的直接扩频序列快速捕获算法。该算法既能解决SASE算法只能工作在理想情况（不能有多普勒频移，PN码偏等影响）的问题，又能克服RASE算法不能在低信噪比下工作的缺陷。文中采用生成函数流图法推导出了衰落信道下FSASE算法平均捕获时间的闭式解。理论分析和计算机模拟表明，该算法即使在很低的信噪比下也具有优良的性能，并且实现复杂度低，具有工程实用价值。     

借助TADT技术对中继卫星实现高准确的非相干多普勒跟踪

用非相干多普勒跟踪系统取代相干多普勒跟踪系统是可能的,只需消除其振荡器频率漂移对测速的有害 影响即可。TADT技术能使之达到相干系统的准确度。文中介绍TADT方法的数学原理及其在TDKSS网中的应用。结 论认为,TADT方法是解决非相干多普勒跟踪系统高精度和高可靠性这一矛盾的有效方法,从而使航天器的多普勒跟踪 技术取得突破性进展。     

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。     

应答式目标旋转运动对雷达速度测量的影响

携带应答机的飞行目标,若除了沿其某一轨道运动外,还作自旋运动,应答机天线辐射相位空间分布的不均匀性会使应答机转发信号产生附加的相位调制,因而导致多卜勒测量雷达的测量误差。本文分析了对称安装三天线园柱形应答式目标回波的多卜勒频率调制。得出了附加多卜勒频率及其各阶导数的解析式。研究了目标旋转速度、方向角(目标旋转轴线与雷达视线的夹角)和回波谱线宽度的关系,以及对雷达多卜勒测量精度的影响,它对于研究自旋再入体测量问题具有实用价值。文章给出了一个典型的三天线园锥目标模拟旋转试验结果。试验中在不同目标转速下由相参雷达跟踪测量目标回波,同时记录中频信号、多卜勒跟踪回路鉴频器输出等有用信息。对试验数据的分析得出了明确的结论:目标旋转使回波信号的谱线展宽、测速误差增大,谱线宽度与目标转速成正比,同时谱线宽度随目标方向角增大而加宽,方向角为90°时旋转影响最大。理论分析得出了与试验相同的结果。虽然试验是在静态下进行的,但问题的分析对质心运动的目标也同样适用。     

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。