基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术

在航天扩频测控系统中，伪码测距技术可以有效避免相位模糊，但是码长也限制了其相位测量精度，而载波测距技术则具有更高的相位测量精度。针对扩频测控体制，提出了一种基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术，该技术利用锁相环获得的载波相位对伪码值进行平滑，在保留伪码测距无相位模糊特性的基础上进一步提升测量精度，从而减小测距接收机的随机误差。仿真结果和试验数据表明:该方法能有效提高星地测距精度，测量精度达到毫米量级，具有很强的实用价值。     

自适应SCKF在高动态COMPASS信号参数估计中的应用

高动态环境下北斗二号导航信号具有较高的非线性特性,载波参数估计难以保证较高的精度。在分析高阶非线性载波模型的基础上,提出了一种基于平方根容积卡尔曼滤波（SCKF）的自适应滤波算法,对载波相位及其三阶导数进行估计。该算法使用容积数值积分原则直接计算非线性随机函数的均值和方差,且在迭代滤波过程中,利用移动窗口法通过最新量测信息来改进过程噪声和量测噪声的协方差阵,可获得较高的估计精度。仿真结果表明,相比EKF和SCKF,本文提出的方法具有更高的估计精度和更快的收敛速度。     

适用于CEI的GEO卫星相时延解算方法及试验

为解决在实际航天任务中利用连线干涉测量(CEI)技术进行高精度GEO卫星定轨以及共位GEO卫星相对定位时面临的载波相位整周模糊度难题，提出了一种基于卫星下行信号的多弧段融合相位模糊度解算方法，它通过相邻多弧段载波相位值和窄带信号群时延值的融合处理可精确获得无模糊载波相时延观测量。对提出的方法进行了性能仿真和实际外场试验验证，结果表明：在20 km基线上，利用北斗GEO卫星的伪码测距信号和天链卫星的测控信号均成功实现了S频段解载波整周相位模糊，相时延测量精度优于0.1ns，对应GEO卫星定轨精度优于54 m。该方法在国内首次实现了在几十km基线量级上利用几百kHz窄带测控信号获得无模糊载波相时延，具有较好的工程应用前景。     

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。     

基于变步长LMS算法的IMU信号降噪研究

针对遥测系统小型化惯性测量单元惯性敏感元件精度较低,随机噪声较大的情况,研究基于变步长LMS自适应滤波技术的IMU信号实时降噪问题。算法通过实时递推得到失调误差和输入信号的互相关系数估值,利用估值实现算法的变步长控制,克服了固定步长NLMS滤波在收敛速度、跟踪能力和稳态精度之间的矛盾,具有收敛速度快、稳态精度高、动态信号随机噪声抑制能力强的优点。实验表明,变步长LMS自适应滤波技术可有效降低IMU信号的随机噪声,为遥测系统测量精度的提高提供技术支撑。     

利用增量相位和星光仰角增强XNAV

针对X射线脉冲星导航系统(XNAV)中过程噪声统计特性难以准确获取，对其不当假设导致滤波器估计性能不佳的问题，提出基于自适应差分卡尔曼滤波器(ADDF)的多信息融合算法。为了降低导航误差，在传统脉冲星计时观测的基础上，增加恒星星光仰角及两个时刻间的相位增量观测量，共同增强XNAV。首先，分别建立计时观测模型、相位增量模型及星光仰角模型；然后将多信息测量模型集成到卫星轨道动力学方程中，以建立ADDF滤波模型；最后对所提方法进行仿真验证。实验结果表明，在相同的初始状态和初始噪声误差条件下，与传统X射线脉冲星导航算法相比，多信息融合算法能将导航位置估计精度提高70%以上，位置估计误差降低到 200 m 左右，速度估计精度提高40%以上，且ADDF性能优于无迹卡尔曼滤波器。     

基于积分多普勒平滑伪距的导航算法研究

载体处于高动态机动、障碍遮挡、信号干扰和多路径等复杂环境时,GNSS接收机跟踪环路易发生信号失锁和相位失调,导致载波相位观测值发生较大变化,采用载波相位平滑伪距将严重影响导航精度。为改善GNSS接收机导航性能,对电离层效应及延时校正模型进行了研究,基于α-β滤波算法提出了基于积分多普勒平滑伪距的导航算法。实验结果表明:采用该算法在静态、动态条件下定位精度优于5m,测速精度优于0.05m/s,可显著提高GNSS接收机的导航精度。     

M-Rife频率估计法在测控信号载波捕获中的应用

针对航天测控对载波快速捕获的需求,设计一种能够实现载波快速捕获的方法,即先对导频信号进行频率估计,再将估计得到的频率值置入后续的科斯塔斯环进行处理。Rife频率估计方法的估计误差接近克拉美-罗限,但是当信噪比较低或载波频率在频率分辨率整数倍附近时,此方法有较大的估计误差。为了提高导频信号的频率估计精度,采用修正Rife(M-Rife)频率估计方法。对M-Rife频率估计方法的性能进行仿真分析,并与Rife频率估计方法进行对比,结果表明M-Rife频率估计方法可以有效地提高频率估计精度和稳定度。     

改进的Sage—Husa滤波及在卫星姿态估计中的应用

基于极大后验估计原理,提出了一种改进的噪声估计器,以实现对噪声均值和方差的在线估计,抑制滤波器发散。对自适应扩展卡尔曼滤波算法在卫星姿态确定系统中的应用进行了仿真。结果表明新算法滤波精度优于扩展卡尔曼滤波（EKF）,与Sage—Husa自适应滤波算法相比,可阻止滤波器发散,提高系统滤波精度。     

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。     

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。     

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。     

扩频谱相关自适应滤波技术的研究

被高速伪随机码调制的扩频信号,其伪随机码是具有随机编码信号特征的周期信号。所以,扩频信号应被建模为周期信号(循环平稳信号)。循环平稳信号与其信号的频移副本之间具有很强的谱相关性,充分利用这种谱相关性可以实现对窄带和宽带干扰的抑制。基于循环平稳理论和自适应滤波理论,提出了一种基于改进的LMS算法的扩频信号谱相关自适应滤波技术。这种变步长的谱相关自适应LMS滤波器能实现对窄带和宽带干扰的抑制,仿真结果证明了其有效性。     

GPS软件接收机中载波相位测量的实现

GPS接收机载波相位测量的精度优于码相位测量,但却存在整周模糊度。利用码和载波相位测量的组合可以提高伪距的精度,进而改善接收机的定位性能。研究GPS软件接收机中载波相位测量的实现方法。通过处理实际采集的信号,分析码和载波相位测量组合方法的性能。实验结果表明,通过50 s的平滑,伪距误差可以减小到毫米量级。     

一种提高BOC信号伪码相位测量精度的无模糊捕获算法

针对二进制偏移载波BOC调制信号捕获的模糊性问题,以及伪码相位捕获精度不足的问题,提出一种基于互相关函数重构和三次样条插值的BOC信号无模糊捕获算法。首先利用重构的互相关函数对BOC调制信号进行粗捕获,再通过三次样条插值法提高伪码相位的捕获精度。理论分析和实验验证表明,算法能够消除BOC调制信号的捕获模糊性,并将伪码相位测量精度提高72%。     

基于最大信噪比的带噪测控信号分离算法

在实际卫星测控信号侦察中,混合副载波信号分离比较困难,且耗时较长.为此,提出一种基于小波变换和最大信噪比的副载波盲分离算法.先利用小波阈值算法对混合带噪信号进行消噪处理,然后采用基于最大信噪比的盲分离算法对消噪后的信号实施分离,最后得到测控副载波信号的估计.MATALAB仿真结果表明,该算法计算复杂度低,耗时短,能够较...     

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。     

基于LMS自适应滤波的PCM/FM信号解调方法

通过分析PCM/FM信号特性,利用LMS自适应滤波算法跟踪信号频率,检测误差信号包络,实现信号解调。通过分析影响解调性能的关键参数,基于蒙特卡洛仿真得到相应的最优参数。与传统的叉积鉴频解调相比,基于LMS自适应滤波的PCM/FM信号解调方法抗干扰能力更强,且实现较为方便,具有一定的应用价值。     

基于自适应算法的月球引力常数和J_2系数确定

针对月球引力场自主确定过程中测量噪声统计特性未知导致扩展卡尔曼滤波精度低、易发散的问题,提出了一种自适应扩展卡尔曼滤波算法。该算法通过采用改进的噪声估计器,对滤波过程中未知测量噪声统计特性进行实时估计和修正,有效地提高了扩展卡尔曼滤波器的稳定性,减小了状态估计的误差。通过与蒙特卡洛仿真,扩展卡尔曼滤波的结果比较,自适应扩展卡尔曼滤波算法加强了滤波的稳定性,并且明显提高了月球探测器轨道的确定精度、月球引力常数精度和月球J2项摄动系数精度。     

一种载人航天测量分系统的信号处理方法

介绍采用侧音测距、载波测速的载人航天测量分系统的信号处理方法及其关键技术的工作原理。其关键技术主要是系统误差的自适应校正、自适应谱线增强、多音参数的最大似然估计。