深空测控通信载波信号二维FFT捕获技术

针对深空测控通信系统中,地面站接收信号的信噪比低、频率动态大,载波信号捕获难度较大的问题,提出一种基于频率和频率变化率进行二维FFT(快速傅里叶变换)搜索的深空载波信号捕获技术,同时结合工程应用提出一种基于时分复用结构的实现方法,并进行仿真。仿真结果表明,该捕获技术在低信噪比和高动态适应能力方面具有优异的性能,能够在载噪比为16dBHz时,完成对频率变化率为800Hz/s的信号快速捕获,其技术成果可应用于我国深空测控通信系统。     

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。     

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.     

基于滑动DFT和插值DFT算法的GPS信号载波跟踪方法

 在分析GPS接收机跟踪环路信号特征的基础上,将滑动离散傅里叶变换（DFT）算法和插值DFT频率估计算法相结合,提出一种在频域进行的载波跟踪方法。该方法首先根据捕获时得到的粗略载波频率估计值确定计算DFT值点的范围,然后利用滑动DFT算法计算这部分点的DFT值,最后利用插值DFT频率估计算法估计载波频率,进行跟踪环路中载波频率的更新。该方法计算复杂度低,便于实际应用。仿真结果显示,该方法能够对载波频率正确跟踪,验证了算法的可行性。     

一种高动态低信噪比卫星导航信号捕获方法

为提升高动态低信噪比环境下卫星导航信号的捕获性能,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(FrFT)及部分匹配滤波(PMF)的捕获方法。在该方法中,接收机首先利用PMF对接收信号做分段相干积分,随后借助快速傅里叶变换(FFT)对分段积分结果做离散快速FrFT,最后通过检测FrFT输出的峰值完成信号的捕获。由于具有多普勒频率变化率的卫星导航信号在FrFT后呈现能量聚焦特性,所提方法能够显著提高信号的长时间相干积分增益。同时对所提算法的捕获概率、平均捕获时间以及算法复杂度等性能指标进行了理论分析及计算机仿真验证。仿真表明,与传统的PMF-FFT方法相比,所提方法能够通过延长相干积分时间的方式有效提升高动态低信噪比卫星导航信号的捕获概率、降低捕获时间。     

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。     

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。     

机载单站无源定位系统中相位差变化率提取方法(英文)

相位差变化率含有目标辐射源的距离信息,是机载单站无源定位系统中的重要参数。本文以正弦单载波脉冲信号为例,分析了基于相位差变化率的单站无源定位原理,以及测量误差的组成。基于对Cramer-Rao下限的分析,提出了一种基于多次观测的相位差变化率的高精度测量方法——时间片处理法。在相位差变化率的测量中,当信噪比较低时,频域鉴相方法优于时域鉴相方法,多时间片处理能够显著地降低测量方差,仿真验证了此算法的正确性和有效性。典型的无源定位场景的仿真验证了算法对动态测量的适应性。此测量算法简单、计算量小,易于实现。     

基于提前停止判决的编码软信息辅助载波同步

 针对目前编码辅助载波同步算法中复杂度较高、延时大的问题,提出了引入辅助停止判决机制的编码辅助载波同步算法。在现有的编码辅助载波同步结构基础上,该算法能对环路信噪比(SNR)进行实时判定,在环路SNR满足限定条件后提前停止编码辅助载波同步迭代,而不影响译码性能。采用新的相位估计方式估计含相位噪声的载波相位,提升了该条件下的环路信噪比。仿真采用码率为1/2的低密度奇偶校验(LDPC)码作为编码方式,结果表明:在误码率为10^-5时,该算法减少了约50%的编码辅助载波同步迭代次数;在含相位噪声的信号条件下,与理想解调译码相比,性能损失不超过0.15 dB。     

统一系统载波捕获方法研究

介绍了现代统一系统中载波频率快速捕获的几种方法,并提出了统一系统载波快速捕获的一种算法。最后,通过对几种不同方法的计算时间与识别精度的比较,验证了该算法的高效性。     

Modified fast Fourier transform in FBMC for satellite communications

In this paper,a Doppler scaling fast Fourier transform (Doppler-FFT) algorithm for filter bank multi-carrier (FBMC) is proposed,which can efficiently eliminate the impact of the Doppler scaling in satellite communications.By introducing a Doppler scaling factor into the butterfly structure of the fast Fourier transform (FFT) algorithm,the proposed algorithm eliminates the differences between the Doppler shifts of the received subcarriers,and maintains the same order of computational complexity compared to that of the traditional FFT.In the process of using the new method,the Doppler scaling should be estimated by calculating the orbital data in advance.Thus,the inter-symbol interference (ISI) and the inter-carrier interference (ICI) can be completely eliminated,and the signal to interference and noise ratio (SINR) will not be affected.Simulation results also show that the proposed algorithm can achieve a 0.4 dB performance gain compared to the frequency domain equalization (FDE) algorithm in satellite communications.     

适用于BOC(m,n)信号的无模糊捕获技术

针对二进制偏移载波(BOC)调制信号自相关多峰特性引起的信号捕获模糊性问题,提出了一种子相关相乘边峰消除技术(CMSCT)。根据BOC子相关函数的特性,通过将不同子相关函数相乘获得边峰消除能力,并且为了充分利用接收信号,进一步提高捕获性能,提出了相应的优化算法。分析对比了提出算法的实现复杂度和基于恒虚警率准则的峰值发现概率,对Galileo E1C中频采样信号的处理结果表明:提出的边峰消除方法有效解决了捕获模糊性问题。     

全球卫星导航系统兼容性分析方法研究

根据全球卫星导航系统信号捕获、载波跟踪和数据解调的原理,优化了等效载波功率与噪声密度比模型。针对有多普勒频率时的情况,提出了C/A码自干扰时的捕获-频谱隔离系数。结果显示,随着多普勒频率的变化,频谱隔离系数有着明显的变化。通过对仿真结果的分析,验证了模型的有效性,也为后续卫星导航信号的优化设计提供了支持。     

基于恒模特性的QPSK-DSSS信号扩频序列估计

 针对非合作低信噪比条件下的QPSK-DSSS信号,提出一种基于恒模特性的扩频序列估计算法。该算法首先将单用户QPSK-DSSS信号等效为两用户的BPSK-DSSS信号,其次通过对信号协方差矩阵进行特征分解,估计出由同相与正交两路扩频序列张成的二维信号子空间,最后利用扩频序列的恒模特性消除特征分解带来的酉阵模糊问题,实现扩频序列的精确估计。本文提出算法实现简单,相对目前现有传统算法具有较低的计算复杂度,而且计算机仿真表明:本文提出算法在低信噪比条件下具有优良的估计性能。     

A novel multistage estimation of signal parameters

A multistage estimation scheme is presented for estimating the parameters of a received carrier signal possibly phase-modulated by unknown data and experiencing very high Doppler, Doppler rate, etc. Such a situation arises, for example, in the case of the Global Positioning Systems (GPS). In the proposed scheme, the first-stage estimator operates as a coarse estimator of the frequency and its derivatives, resulting in higher RMS estimation errors but with a relatively small probability of the frequency estimation error exceeding one-half of the sampling frequency (an event termed cycle slip). The second stage of the estimator operates on the error signal available from the first stage, refining the overall estimates, and in the process also reduces the number of cycle slips. The first-stage algorithm is a modified least-squares algorithm operating on the differential signal model and referred to as differential least squares (DLS). The second-stage algorithm is an extended Kalman filter, which yields the estimate of the phase as well as refining the frequency estimate. A major advantage of the proposed algorithm is a reduction in the threshold for the received carrier power-to-noise power spectral density ratio (CNR) as compared with the threshold achievable by either of the algorithms alone     

基于压缩感知的信源个数与信号参数估计算法

信源个数与信号参数估计是盲信号处理的关键环节，对后续信号的侦察处理意义重大。针对当前盲信号信源个数与信源参数估计研究割裂的问题，提出了一种联合估计算法。通过分析信号的稀疏系数在不同测量矩阵相同稀疏字典下位置相同的特点，提高了信源个数和信号参数的估计精度，实现算法的自适应控制；通过数理分析确定了多级搜索策略的最优级次，大大降低了稀疏字典的原子数目。仿真结果表明：算法在一定信噪比下能够实现信源个数和信号参数的有效估计；信源个数和信号参数的估计精度随着压缩比的降低而逐渐提高，随着信噪比的提高而逐步增强；噪声对信源个数和信号参数估计精度的影响很大，尤其是低信噪比下；第2个信源载波频率和调频斜率的估计误差明显高于第1个信源参数的估计误差。     

一种低信噪比大多普勒频移下的直扩信号捕获方法

提出了伪码相位一载波频率二维搜索伪码捕获结构在低信噪比大多普勒频移情况下捕获性能恶化的问题，给出了一种中频端简单数字处理算法的解决方案，并分析了该算法的性能。仿真表明，改进的伪码相位一载波频率二维搜索伪码捕获结构在低信噪比大多普勒频移情况下解决了捕获性能恶化的问题。     

载波相位平滑伪距在GPS/SINS紧组合导航系统中的应用

针对GPS/SINS紧组合导航系统中伪距噪声大从而引起组合导航系统精度低的问题,提出了将载波相位平滑伪距方法引入到组合导航系统中,利用具有较高精度的载波相位对低精度伪距进行平滑滤波,在建立观测方程的同时,为了减小Kalman滤波器计算量,选用最佳4颗卫星的伪距与伪距率作为观测值,并提出了一种四面体选星法,该方法不需要进行矩阵求逆运算,减小了运算量。利用光纤陀螺捷联惯导系统与GPS接收机搭建了实验验证系统,通过车载实验对所提出的方法进行了验证,实验结果表明,经过载波相位平滑后的伪距噪声得到了降低,从而能够进一步提高GPS/SINS组合导航系统的定位精度,其位置误差均方根值相比无载波相位平滑减小近40%。