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。     

导航星座星间链路信号捕获搜索策略研究

针对导航星座星间链路信号动态范围大、捕获性能要求高之间的矛盾,利用星历信息辅助信号捕获。在此基础上,分析了信号捕获串行搜索、码并行搜索和频率并行搜索的计算代价,给出了不同信号体制和星历误差下各搜索策略对应的运算量表达式,并结合典型的应用场景进行了算例分析。分析结果表明星间信号捕获在星历误差较小时采用串行搜索策略具有最少的计算量,在星历误差较大时采用码并行搜索策略计算量最少。     

双向时间传输数字中频接收系统的实现

介绍了双向时间传输的中频接收系统的数字化方案及其中采用的关键技术和算法。对伪码时域／频域二维N通道捕获、载波恢复FLL／PLL环进行了较详细的讨论。接收机硬件采用大规模可编逻辑器件，采用可编程的信号处理方法，使接收机的可靠性和灵活性都得到提高。     

基于DFT快速算法对扩频码捕获过程的优化

针对基于FFT的频域捕获方法采样点数必须为2的整数次幂的局限性,应用Colley-Tukey和Good-Thoma算法对DFT求解过程进行分解,并引入Winograd DFT算法将短点数DFT优化从而得到一种改进算法。利用改进算法对GPS的L5频段上扩频码捕获进行了仿真分析。与FFT算法相比,改进算法在保证精度和灵敏度的同时,降低了计算量,提高了信号捕获速度。     

基于频域的软件接收机多普勒补偿算法

由于卫星和接收机之间存在的相对运动,在接收机使用过程中必然会引入多普勒频移。而多普勒频移将导致扩频增益发生衰减,影响捕获工作的完成,因此在捕获过程必须进行相应的补偿处理,去除多普勒频移所产生的影响。本文以时域复指数相乘等于频域偏移原理为基础,采用频域补偿算法替代时域串行搜索算法改进捕获算法,简化了计算过程,节省了频域变换处理计算量,通过实际算例证明有效可行。     

基于MDBZP的微弱扩频信号捕获方法研究

扩频接收机中微弱信号捕获是个难点。针对传统捕获算法对微弱扩频信号捕获概率低、分辨率不高的问题,引入常应用于捕获GPS信号的改进的双块零拓展MDBZP算法,并创新性地对其进行改进和参数优化,提出适用于扩频接收机的M~2DBZP(modified MDBZP)算法。根据M~2DBZP算法提供的数据分块组合和补零原则,仅需要较小的计算量就可以完成长时间相干积分和未知数据跳变处理。仿真结果表明,当数据码率为5 kb/s时,M~2DBZP算法能精确地捕获信噪比低至-40 dB的微弱扩频信号,且具有较高的分辨率,伪码相位精确到采样点。还验证了M~2DBZP算法针对不同码率的普遍适应性。与传统单频域并行捕获算法相比,在捕获分辨率相同的情况下,M~2DBZP算法的计算量减少了约86%。     

高动态BDS/GPS联合接收机基带芯片设计与实现

提出一种适用于高动态BDS/GPS联合接收机的基带芯片结构设计,主要包括兼容BDS/GPS的通用C/A码发生器模块、载波NCO模块、码NCO模块和捕获跟踪通道支路结构的设计。该设计可以节约硬件资源,提高卫星信号捕获速度和接收机动态范围。在软件仿真和FPGA原型验证的基础上,设计实现了一款BDS/GPS联合接收机基带芯片,实际样片测试结果验证了设计的有效性。     

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.     

INS辅助高动态下GPS快速捕获半实物仿真研究

在INS/GPS组合导航系统中,当使用环境对GPS信号捕获的快速性有特殊要求时,运用外部信息辅助可以有效提高GPS信号的捕获速度。虽然GPS捕获算法在理论上已经比较成熟,但是在具体的工程实现中却存在诸多问题。本文针对实际应用需求,分析并建立了基于INS辅助的GPS快速捕获仿真模型,设计了相应的半实物仿真系统,并对该系统进行了多次动态仿真试验。对试验结果的分析表明,本文所采用的GPS捕获方法在实际的硬件环境中仍然有效,GPS在INS的辅助下不损失精度,而捕获速度可以提高两个数量级,满足实际系统需要。     

电子干扰下GPS接收机C／A码捕获概率的分析

本文从对GPS信号的结构出发，在单频、宽带及部分频带干扰模式下，分析了GPS接收机C／A码捕获过程的检测概率和虚警概率等性能指标。分析结果表明，当干扰功率超过一定值后，虽然检测概率有所增加，但虚警概率将急剧恶化，在中频信干比相同时，窄带干扰较宽带干扰效果明显。     

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。     

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。     

GPS接收机的失锁后处理研究

信号失锁是GPS接收机在市区应用时遇到的一个问题,文中提出信号失锁后的快速恢复概念,推导出在卫星信号失锁期间对其多普勒频率、码相位和导航比特边界的预测算法和预测误差分析,并进一步研究失锁后处理设计,最后用SPIRENT模拟源进行多种信号失锁情形的模拟,验证了此设计能增强接收机的稳健性,加快接收机失锁后的定位恢复速度。     

一种改进的GPS信号捕获策略的性能分析

针对一种克服位翻转设计的GPS信号捕获策略缺乏理论评估,以及判决门限计算公式失配的问题,对该策略下的接收机捕获性能做了理论分析及定量评估,给出了虚警概率和检测概率的解析表达式,以及修正的判决门限计算公式。从理论上证明了这种策略在存在数据位翻转时的有效性,并指出当利用传统判决门限计算公式对该策略进行设计时,预期性能与实际捕获性能间存在较大偏差,而给出的修正计算公式可以得到与真实值吻合的分析结果。该结论对接收机研制有指导意义和实用价值。     

高动态GPS接收机的一种设计方案

为了同时满足高动态 GPS接收机动态性能和跟踪精度两方面的需要 ,提出了 FL L和 PL L 相混合的载波跟踪方案。综合了多通道串并组合的伪码快捕方式、基于叉积自动频率跟踪算法的载波跟踪方法以及载波辅助技术等 ,分析了载波频率跟踪和载波相位跟踪的性能 ,介绍了硬件结构。所研制的样机经动态模拟试验表明 ,其动态范围已达到了相对速度 0～ 10 km/s、相对加速度 0～ 10 g、相对加加速度 0～ 4 g/s、初始捕获时间小于 1min。     

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。
     

GPS L2-C码的作用与影响

2005年9月26日,第一颗GPS IIR-M卫星入轨运行。该卫星和后续将发射的13颗GPS IIR-M卫星能为全球用户提供一个新的民用伪噪声码(L2-C码)。综析L2-C码的下述作用与影响:GPS现代化的里程碑;站星距离单值性解算的新途经;航天高动态用户实时自主精确导航的新方法。