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。     

BOC(2n,n)信号同步方法研究

分析了BOC信号的特性,BOC信号同步的难点在于其自相关函数的副峰会引起错误捕获和歧异跟踪。现有算法中只有单边带处理法适用于自相关函数峰值较多的信号,但算法中的滤波器实现复杂。对原算法进行改进,省去了复数滤波器,更便于软件实现。采用二维码相位估计来解决歧异跟踪的问题,但次载波的存在使载波频率跟踪范围减小,对跟踪策略进行改进,使跟踪范围满足需求。仿真结果表明,改进算法可在不损失跟踪精度的条件下,有效解决BOC信号的同步问题。     

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。     

基于子带累积的DS/FH卫星测控信号捕获算法

DS/FH(直接序列扩频/跳频扩频)混合扩频信号的快速捕获问题亟待研究。电离层色散效应增加了BPSK(二相相移键控)调制的DS/FH信号捕获的复杂度,并导致不同频点信号载波相位难以保持连续。通过估计电波传播路径上TEC(电子浓度),可以消除电离层色散效应的影响,利于应答机精确测速。提出一种划分子带的信号捕获方法,放宽TEC搜索步进,缩短搜索TEC的时间,从而实现信号的快速捕获。分析了划分子带个数与捕获时间及捕获能量损失的关系,在实现过程中可通过调整子带的个数来控制捕获能量损失,使得捕获模块设计更加灵活。     

一种解决时频不确定问题的长码捕获算法

针对长周期伪码信号捕获中时频域的不确定问题,在理论模型分析的基础上,提出了一种长周期伪码捕获算法.该算法对接收信号进行时域混频及叠加处理,并转换到频域进行多次圆周移动,从而克服频偏引发的相关峰不确定问题;同时,通过连续积累和批处理手段克服了收发钟差引发的伪码时间不确定问题和信息翻转引发的相关峰不确定问题.理论分析和仿真结果表明:该算法在信噪比大于-25 dB的条件下,可以克服时频域的不解定问题;进一步,该算法与传统算法进行了比较,处理精度及处理复杂度都优于传统算法.     

恒虚警下复合载波导航信号联合捕获方法

复合载波导航信号(NSCC)作为一种新型的导航增强信号体制,其独特的多载波结构和灵活的体制参数设计,使之具备良好的导航增强效能。同时,以上典型信号特征也使得传统的导航信号同步算法对其不再适用。针对复合载波导航信号结构特征和体制参数设计特点,提出了一种基于多载波架构的恒虚警联合捕获方法。该方法利用复合载波导航信号各子载波信号功率进行自适应检测门限设置,并利用各子载波频点间隔信息进行并行检测,然后根据联合策略做出判决,提升了捕获性能和捕获效率。理论分析及仿真实验均表明,在低信噪比(SNR)情况下,本文所提出的联合捕获方法的捕获性能明显优于单载波捕获算法,并缩短了平均捕获时长。     

干涉型光纤传感器相位解调技术研究

针对干涉型光纤传感器的信号解调方法,为消除光强波动对解调结果的影响,在相位生成载波(PGC)调制解调技术的基础上,提出了一种改进型微分交叉相乘(DCM)算法。改进型DCM算法利用滤波后的两路信号进行平方相加运算,再与传统算法中的差分结果进行相除运算来实现对待测信号的解调,可消除传统算法的解调结果中与光强有关的项,从而消除光强波动的影响。仿真分析结果验证了改进型DCM算法的可行性。实验结果表明改进型DCM算法较传统算法可显著提升解调信号的抗光强波动能力。     

基于改进补零/差分的北斗弱信号捕获算法

北斗信号二次编码调制了速率为1kbps的NH码,频繁的比特跳变导致传统捕获算法的效果受到抑制,并且限制了积分时间的增长。为了实现北斗弱信号的捕获,提出了一种适合北斗弱信号的捕获算法,将补零算法和差分相干积分算法相结合并进行了优化设计。对补零算法和差分相干积分算法进行了改进,将差分延迟时间调整为20ms,有效消除了NH码的影响,并增加了积分时间,提高了信噪比。采用Monte Carlo仿真测试了在载噪比为20dBHz~38dBHz的条件下,此算法与传统算法的检测性能。结果表明,相比传统算法,此算法的捕获灵敏度提高了约10dB。此算法能够有效消除北斗NH码相位变化对信号捕获的影响,并提高信噪比,适用于弱信号条件下的北斗信号捕获。     

基于调制域增强副载波剥离的 GPS M码授权码流提取方法

针对 GPS M码授权码流获取问题,提出 1种新的基于调制域增强副载波剥离的方法。该方法利用 GPS C/A码和 M码码片起始位的相关性,在调制域上利用 BOC调制短码信息对 GPS M码信号进行累加增强,获取授权码流。首先,利用公开的 GPS C/A码辅助获取 GPS信号载波相位和 C/A码码相位;然后,分别利用获得的 GPS信号载波相位和 C/A码码相位,完成 GPS C/A码与交调量的剥离以及 M码授权码的初始相位对准;进一步,利用 BOC调制短码信息在调制域上实现累加增强,完成副载波剥离,获得 GPS M码授权码流;最后,利用实际采集信号对所提方法有效性进行了验证,并与现有方法进行了对比。结果表明,所提方法能够克服带宽内 P(Y)信号旁瓣能量对 M码授权码提 取的影响,可带来 3.5 dB左右的性能改善。     

北斗B1 QPSK调制信号的高灵敏度捕获算法

卫星信号在复杂环境中功率存在衰减,导致其低于接收机正常捕获范围,给信号捕获带来较大困难。在分析北斗B1频点信号体制及研究码并行捕获算法基础上,提出了针对北斗B1 QPSK调制信号的双通道并行搜索捕获算法,设计了优化的相干、非相干码并行捕获算法,解决了信噪比较低环境中北斗卫星信号捕获困难的问题。利用卫星信号模拟器产生的仿真信号对双通道并行捕获算法和相干、非相干累加捕获算法进行验证与分析,结果表明,前者性能明显优于单通道捕获,后者较普通捕获算法具有更理想的捕获灵敏度。     

Gating Functions for Multipath Mitigation in GNSS BOC Signals

A new multipath mitigation technique is proposed for binary offset carrier (BOC) signals in global navigation satellite systems (GNSS) using the concept of gating function originally conceived for the GPS coarse-acquisition (C/A) code. Specially-tailored pulses are utilized to diminish the number of false-lock points of the code discriminator response and to improve the multipath mitigation capability. The code loop includes only four real correlators (two extra correlators are required for the simplified bump-jumping algorithm with BOC(n,n) signals). Results obtained with BOC(n,n) and BOC(2n,n) signals show that this technique eliminates the multipath ranging errors for reflected rays with relative delays typically above twenty percent of the spreading code chip duration, thus comparing favorably with the conventional receiver correlation techniques.     

Approximate Maximum Likelihood Algorithm for Moving Source Localization Using TDOA and FDOA Measurements

 A closed-form approximate maximum likelihood (AML) algorithm for estimating the position and velocity of a moving source is proposed by utilizing the time difference of arrival (TDOA) and frequency difference of arrival (FDOA) measurements of a signal received at a number of receivers. The maximum likelihood (ML) technique is a powerful tool to solve this problem. But a direct approach that uses the ML estimator to solve the localization problem is exhaustive search in the solution space, and it is very computationally expensive, and prohibits real-time processing. On the basis of ML function, a closed-form approximate solution to the ML equations can be obtained, which can allow real-time implementation as well as global convergence. Simulation results show that the proposed estimator achieves better performance than the two-step weighted least squares (WLS) approach, which makes it possible to attain the Cram閞-Rao lower bound (CRLB) at a sufficiently high noise level before the threshold effect occurs.     

基于事件触发的异构多智能体最优包含控制

针对异构多智能体系统的输出包含控制问题，提出一种基于边的事件触发最优控制协议，保证所有跟随者的输出能进入到由领航者的输出所形成的凸包中。同时，使系统达到最优性能，最小化控制代价。考虑到不是所有的跟随者都可获得领航者的信息，提出一种基于边的分布式事件触发观测器，估计领航者输出形成的凸包内点的轨迹。设计加权代价函数评价包含控制的性能，并将输出包含问题转化为最优状态反馈控制设计问题。利用贝尔曼方程和黎卡提方程，给出异构多智能体系统最优输出包含控制的参数设计。选择不同类型的机器人构成多智能体系统，验证算法的有效性。     

基于改进TLS-ESPRIT算法的相干定位信号波达方向空间平滑

针对室内角度定位,在定位信号相干条件下无法实现准确估计波达方向(DOA)的问题,提出了一种基于TLS-ESPRIT算法的双向空间平滑方法。该算法先对定位相干信号进行双向空间平滑处理,然后用TLS-ESPRIT算法进行DOA的精确估计,使其最大限度地利用信号子空间的信息,从而解决了算法计算过程中输出信号的协方差矩阵秩亏损情况。该算法能够准确实现定位信号相干条件下DOA估计,与传统的空间平滑结合其他改进ESPRIT算法相比,具有更好的平稳性及抗干扰能力。最后通过仿真实验验证了算法的有效性和稳定性。     

一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法

利用卫星导航系统对高轨航天器进行自主导航与高精度定轨,对接收机的捕获灵敏度要求极高,双块补零(DBZP)算法是无辅助下卫星导航弱信号捕获的理想方案,然而受限于数据处理量大,DBZP实际应用难度大。在深入分析双块补零机理的基础上,结合矩阵重构的思想,提出了一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法。该方法对参与块内相关运算的基带信号和本地测距码分别进行重构,解决了块内点数与快速傅里叶变换输入点数之间的矛盾,提高了北斗导航接收机弱信号捕获性能。仿真实验结果分析表明,改进双块补零算法对信噪比没有损失,可以保证对低至15dB·Hz的弱信号进行有效捕获,能够满足高轨航天器定轨、室内外无缝导航等对接收机高灵敏度的需求。本方法是在块内运算层面对DBZP进行优化,具备良好的通用性和可移植性,与优化相干积分策略的各种改进DBZP算法可以无缝对接,进一步提高北斗导航接收机信号处理的效能。同时,重构的思想也适用于其他采用码分多址信号的卫星导航系统的弱信号检测和捕获,对提升多星座卫星导航系统的基带信号处理性能具有参考意义。