C频段统一测控系统非相干测速功能探讨

针对目前国内C频段统一测控系统因不具备测速功能,在发遥控期间无法进行测距,导致其无法对卫星进行连续轨道测量的缺陷,提出了非相干测速方法。非相干测速利用卫星遥测信息中的上行载波多普勒信息以及地面站获取的下行载波多普勒信息,计算得到双向多普勒信息,对双向多普勒进行计算可获得连续的卫星运动速度信息。本文在理论上证明了这种方法的可行性,并以自旋式卫星同步控制过程中天地时延精确修正为例,说明了这种方法的应用价值。     

北斗导航接收机频率稳定度传递算法

为了提高北斗导航接收机的灵敏度,提升其弱信号跟踪能力,通常需要利用长时间的相干积分来提高环路信噪比。但是,当相干积分时间加长到一定程度时,环路性能反而有所下降,信噪比提升也不能达到理论值。针对由剩余频率误差和晶振误差引起的相干积分能量损失问题,主要研究了频率偏差对环路跟踪性能的影响,并提出了利用频率稳定度传递策略辅助弱信号跟踪的方法,解决了北斗导航接收机弱信号跟踪性能提升的问题,最大程度地改善了相干积分的效果,实现了对弱信号的跟踪。利用软件接收机平台对提出的频率稳定度传递算法进行验证,仿真结果表明该算法可使环路信噪比提升4dB ~5dB,充分说明了其可行性及有效性。     

旋转变频频率捷变雷达本振跟踪误差的分析

 本文从旋转变频磁控管式频率捷变雷达的本振频率跟踪原理出发,分析了产生本振频率跟踪误差的主要因素。文中着重讨论了本振频率冷跟踪误差问题。同时也提出了热跟踪后本振频率跟踪误差项。分析前者,可以决定热跟踪电路应予修正的频率范围,而后者则是跟踪本振最终的误差。以上分析对如何采取措施提高系统的跟踪精度是有参考作用的。     

一种基于信道模拟的测速精度评估方法

为了评估单向多普勒测速动态测量精度,构建了一种基于卫星信道模拟器的测速精度评估系统,通过在卫星信道模拟器装订卫星飞行轨迹,利用卫星信道模拟器对上行信号加入传播时延、多普勒频率,对卫星在轨飞行状态下的单向多普勒测速进行场景仿真,并对场景仿真获取的测速数据进行O-C残差序列分析,得到动态测量条件下的测速精度。给出了O-C残差序列的计算方法,分析了单向多普勒测速体制下时钟偏差对测速结果的影响,并给出了一种简单的时钟误差修正方法。     

一种捷变频雷达本振跟踪方法的探讨

介绍了一种基于计算机技术的捷变频雷达本振跟踪的方法,该法采用中频计数器和数字信号处理技术,实现了非相参捷变频雷达本振频率的自动跟踪,与传统的本振跟踪方法相比较,该法具有系统组成简单、设备成本低和工作稳定可靠等特点,值得在工程中推广、应用.     

频率源振动对测速精度的影响

针对频率源振动会影响测速精度的问题,按照国军标车载设备的振动要求,对频率源振动带来的相位噪声进行仿真分析和实际测试。并以振动频率为5Hz为例,对10 MHz频率源进行测试计算得到相应短稳;然后计算频率源在静止和振动环境下的测速随机误差;最后通过比较得到频率源在振动时测速精度会恶化几个数量级的结果。建议在动中测速时,通过使用加速度灵敏度低的晶振,安装减震器,优化环路设计,采用数字补偿技术等措施以减少振动对测速精度的影响。     

多维动力吸振器对复杂悬臂结构减震之应用

一个复杂悬臂结构在20赫芝附近有两个密接的共振峰,导致结构根部破坏。本文提出了用多维动力吸振器对它进行减震,为了克服通常的调谐吸振器对结构频率十分敏感的缺点,在结构的某一截面上悬挂了六个吸振器,吸振器随着结构沿任意方向振动,而且六个吸振器的刚度与阻尼参数可以互不相同,以展宽其吸振频带,为了寻找最优参数和研究这些参数变化时对结构响应之影响,计算了大量的响应曲线,因为结构阻尼很小,吸振器阻尼较大,所以这是一个非比例阻尼的动力分析问题。本文用复特征解法和模态综合法处理了这个问题。     

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。     

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。     

改进跟踪微分器设计

通过非线性和线性连续函数的恰当组合,使构造的奇次指数幂且连续的跟踪微分器函数的系统状态,无论在远离还是接近平衡点位置都能快速收敛。设计的跟踪微分器满足全局渐进稳定,仅收敛于一个平衡点。此外,由于未使用切换函数,也不存在抖振现象。计算机仿真表明,改进跟踪微分器跟踪效果优于经典的非线性跟踪微分器,且跟踪给定系统的状态变量与真实状态变量的响应高度吻合。     

一种改进的GPS动态定位滤波方法

针对GPS接收机能够测量卫星信号的多普勒频率的特性,亦即能够测量三维速度的特性,引入了一种改进的GPS定位系统滤波算法。首先,根据机动载体的"当前"统计模型建立了系统状态方程;然后,根据GPS接收机实际能够输出位置与速度信息的特点建立了系统的量测方程;最后,给出了标准的卡尔曼滤波算法模型并详细描述了算法的推导过程。仿真结果表明,改进算法相对于以前的算法无论是在精度和跟踪速度方面都有较大的提高。     

A Tracking Filter in Spherical Coordinates Enhanced by De-noising of Converted Doppler Measurements

Tracking problem in spherical coordinates with range rate (Doppler) measurements, which would have errors correlated to the range measurement errors, is investigated in this paper. The converted Doppler measurements, constructed by the product of the Doppler measurements and range measurements, are used to replace the original Doppler measurements. A de-noising method based on an unbiased Kalman filter (KF) is proposed to reduce the converted Doppler measurement errors before updating the target states for the constant velocity (CV) model. The states from the de-noising filter are then combined with the Cartesian states from the converted measurement Kalman filter (CMKF) to produce final state estimates. The nonlinearity of the de-noising filter states are handled by expanding them around the Cartesian states from the CMKF in a Taylor series up to the second order term. In the mean time, the correlation between the two filters caused by the common range measurements is handled by a minimum mean squared error (MMSE) estimation-based method. These result in a new tracking filter, CMDN-EKF2. Monte Carlo simulations demonstrate that the proposed tracking filter can provide efficient and robust performance with a modest computational cost.     

旋转叶盘的非接触激光多普勒定点跟踪测试与振动分析

提出了一种旋转叶盘的非接触激光定点跟踪测振方法,以研究叶盘结构在旋转状态下的振动特性。通过控制扫描系统中x、y振镜的偏转实现对叶盘上任意定点的跟踪测试,同时搭建了旋转跟踪试验测试系统,以16叶片旋转叶盘的同步跟踪测试为例,对激光跟踪测试方法进行验证。通过对旋转叶盘定点跟踪测试得到的时域振动信号进行滤波处理和频谱分析,获得了旋转状态下叶盘的叶片前3阶固有频率对应的不同节径的模态族频率。结果显示:激光对旋转叶盘上一点的跟踪测试数据中,可以提取出整个叶盘的振动频率特性。对比不同转速下旋转叶盘的有限元仿真计算与跟踪测试结果,两者振型具有很好的一致性,且频差在5%以内,验证了该激光跟踪测量方法的可行性和有效性。为航空发动机等旋转机械运行状态下的振动测试提供了一种有效的技术手段。      

Maneuvering target tracking using IMM method at high measurementfrequency

The problem of tracking a maneuvering target with a high measurement frequency is considered. The measurement noise is significantly correlated when the measurement frequency is high. A simple decorrelation process is proposed to enhance the interacting multiple model (IMM) algorithm to track a maneuvering target with correlated measurement noise. It is found that the decorrelation process may improve system performance significantly, especially in velocity and acceleration estimations     

基于角度变化率的机载多普勒直接测距方法

基于角度变化率与多普勒频差之间的关系,提出了一种机载单基线多普勒测距方法,该方法将前置角的正弦变化率引入多普勒频移方程,借助于微分变形所产生的角速度参量就能获得被测目标的距离。模拟分析验证了所导出公式的正确性,同时还分析证明了基于角度变化率的直接测距方法和基于多普勒频移变化率的直接测距方法等效,并基于频率分辨率,给出了...     

单载波干扰对星载扩频应答机码跟踪回路影响研究

扩频码同步是基于扩频体制卫星测控通信中的一项关键技术。研究单载波对星载扩频应答机中全时间超前-滞后非相干跟踪回路的影响,分析单载波干扰存在时跟踪抖动的恶化程度,给出相应的数学表达式,并进行了Matlab仿真。仿真结果表明：在一定的跟踪回路带宽下,恶化程度随着系统的扩频增益或频偏的增加而减小,并随着干信比的增加而增加。单载波干扰不变的前提下,恶化程度随着回路带宽的增加而增加。     

Aperture error mitigation via local-state estimation for frequency-based emitter location

This paper considers the problem of locating a stationary coherent emitter via a single moving platform making frequency measurements in the presence of aperture state uncertainty. It is shown that the estimated emitter location is most sensitive to the receiving aperture velocity uncertainty. The required aperture velocity accuracy is determined through a noninfinitesimal perturbation analysis. A solution to location accuracy enhancement with a minimal hardware addition is attempted. It is shown that this can be achieved by mounting a high-resolution tri-axis microelectromechanical systems (MEMS) accelerometer at the aperture to measure its velocity, which can deviate significantly from that estimated by the on-board navigation system. The Doppler shifts of the GPS signal carrier frequency, whenever it can be acquired through the aperture, are also considered as a way to aid the aperture velocity measurement. A decentralized, federated processing method for the aperture velocity estimate referenced at the aperture, integrating all measurement data, is presented. An upper bound for the error of aperture velocity estimate is derived. The potential for significant accuracy enhancement for emitter location is demonstrated.     

载人航天任务测速雷达双通道数据融合方法

针对载人航天任务中高精度测速雷达在实时多主站外弹道融合时仅能采用单通道应答数据参与处理,获得的弹道精度较差,且测速雷达数据利用率仅有50%的问题,提出利用多普勒效应和应答机遥测参数两种方法对测速雷达跟踪模式进行实时准确识别,首先得到测速雷达双通道的应答数据,然后通过改进的非线性滤波+机动模型算法对火箭上升段外弹道测量数据进行高精度融合。最后采用仿真数据对传统方法和新方法的外弹道融合精度进行了比对分析。该方法的应用可有效提高测速雷达测元利用率和载人航天任务火箭上升段外弹道精度,具有较强的工程应用价值。     

相控阵主动雷达导引头波形策略

针对高脉冲重复频率脉冲多普勒(HPRF-PD)体制的相控阵主动雷达导引头中存在的距离遮挡问题,设计了一种新的波形选择策略。首先,利用提出的脉冲重复频率(PRF)波形选择策略,离线计算得到距离对应PRF的波形查找表。然后,通过叉积自动频率控制环路滤波(CPAFCLF)算法预估下个相参处理间隔(CPI)导引头与目标间的径向相对速度,并联合提出的基于Sage-Husa带有速度预测的自适应"当前"统计模型(SH-ACSMVP)算法得到的距离跟踪值,获得下个CPI的距离预测值。在跟踪机动目标场景中,相比于"当前"统计(CS)模型跟踪算法及基于"当前"统计模型的自适应无迹卡尔曼滤波(CAUKF)算法,本文算法得到的距离预测误差更小,误差收敛速度更快。根据此距离预测值从波形查找表中选择波形发射,作为下个CPI的发射波形,实现后续跟踪阶段的抗距离遮挡,提高目标跟踪性能。仿真结果表明了本文所设计波形选择策略的正确性及有效性。