北斗导航接收机高增益相干积分算法

近年来,针对弱信号的高灵敏度接收机已逐渐成为国内外的研究热点。加长相干积分时间可以提高信噪比,从而跟踪到更弱的信号。但是,北斗导航接收机跟踪环路并不可以无限加长相干积分时间,相干积分时间的长短和功效还受到卫星导航电文比特跳变的限制。为了消除导航电文比特跳变对相干积分的影响,提出了一种改进的基于最大似然估计的北斗信号位同步方法,完成位同步后再利用先猜后检的方法便可以实现长相干积分。利用软件接收机进行编程设计,仿真结果表明：该长相干积分算法能够稳定可靠地实现对弱信号的跟踪,20ms相干积分环路信噪比约提升12dB,40ms相干积分环路信噪比约提升15dB,80ms相干积分环路信噪比约提升17dB,提高了北斗导航接收机的灵敏度。     

毫米波鳍线平衡混频器研究

 本文研究了一种八毫米波段平衡混频器的工程设计方法,并给出了实验测试结果。在针对实际电路结构建立起等效电路模型后,采用最优化方法对电路结构参量作了优化。对实际制做的混频器性能作了初步测试,最佳双边带噪声系数约为6dB(其中包括1.4dB中放噪声贡献在内)。     

飞机射频隐身表征参量及其影响因素分析

 随着军事装备的不断发展,无源探测器（电子支援系统、雷达告警接收机和电子情报接收机）对飞机的探测能力大大提高。为了避免机载雷达设备辐射的射频(RF)信号被截获,要求飞机具有良好的射频隐身性能。综合考虑机载雷达探测距离和无源截获接收机截获距离之间的关系以及天线空域扫描方式发生捷变对飞机射频隐身性能的影响,指出了用施里海尔(Schleher)截获因子评价飞机射频隐身性能的不足,并提出用信号截获率来表征飞机射频隐身特性的方法。最后,对影响信号截获率的因素进行分析与计算,在此基础上给出飞机实现射频隐身的途径与方法。该评价方法综合了飞机在时域、频域和空域上的射频隐身特性,对飞机的射频隐身设计具有参考价值。     

GPS高动态接收机跟踪的演示结果

本文给出了高动态GPS接收机的演示实验结果。被试接收机是一台实验板设备,它能在伪距离及其变化率上跟踪一颗卫星的仿真信号。接收机每20ms做一次伪距离及其变化率的近似最大似然估计,利用一个时间常数为0.14秒的三阶滤波器跟踪这些观测量。由于不跟踪载波相位,这就避免了锁相环在高动态下的失锁问题。当接收机处于仿真的50g转弯,加加速度峰值达40g/s时,其伪距跟踪滞后误差小于0.06m。在载波功率与噪声谱密度比为34dB-Hz时,仅由噪声造成的伪距离误差为0.6m(均方根)。接收机信噪比跟踪门限为28dB-Hz,相对于最小卫星信号强度指标,0dBi天线增益,3.5dB系统噪声系数条件下的40dB-Hz信噪比,该门限有12dB的余量。     

尾缘锯齿降低叶栅噪声的数值模拟

采用大涡模拟与声类比的方法研究了尾缘锯齿对涡轮叶栅噪声的影响.设计了两种不同的尾缘锯齿,对比了Re=3.3×105(基于叶片弦长与叶栅出口速度)下两种不同结构锯齿尾缘叶栅与直尾缘叶栅的声功率.结果表明:尾缘锯齿可以降低叶片吸力面边界层分离噪声约5dB,降低尾缘涡脱落噪声约10dB.进一步的研究表明,尾缘锯齿可以降低叶片尾缘附近表面的压力脉动幅值约50%,将展向相关尺度较大的涡破碎成展向相关尺度较小的涡,并消除尾缘脱落涡,这三者的综合作用使噪声得到降低.      

UV 波段的宽带可重构收发机的实现

设计了一种宽带可重构收发机,主要由三部分组成：发射机、接收机和频率源。发射机完成从中频 70 MHz 到100~550 MHz 的射频发射,为了减小发射信号对相邻信道的干扰,发射信号的杂散抑制要高。接收 机从众多的电波中选出有用信号,并将该信号搬移到中频信号,然后放大到解调器所要求的电平值,将射频信 号变为中频信号,由于传输路径上的损耗和多径效应,接收机接收的信号是微弱且有变化的,并伴随着许多干 扰,这些干扰信号强度往往远大于有用信号,因此接收机的主要指标是灵敏度和选择性。频率源提供精确和低 噪声的本振信号,为射频变频系统核心部分之一,频率源的主要指标是相位噪声。     

拉普拉斯白噪声下的分组Turbo码

目前,传统航空测控通信所采用的纠错码大多是建立在高斯信道基础上的。然而,航空测控环境中不可避免存在着多种尖锐的噪声,测控通信纠错码的可靠性能在非高斯信道中尚未得到充分的研究。分析了一类国际航空遥测的分组Turbo码（BTC）在拉普拉斯白噪声信道下的译码和性能。将传统Chase迭代译码算法引入到拉普拉斯白噪声信道中,建立相应的数学模型,同时,基于该数学模型设计了3种不同的译码接收器下的BTC译码方案。仿真结果验证了该数学模型的正确性与可行性,在误码率为10^-4时最佳译码方案相比于硬限幅接收机有3.7 dB的增益,相比原有的高斯信道下的接收机仅有0.6 dB的性能损失。     

基于ST-EKF与滤波增益约束的加速度计微g级标定

提高加速度计组件的标定精度是实现高精度导航、高精度测姿的重要途径.针对加速度计组件通过线性误差模型标定后难以达到微g级精度的情况,建立了包含二次项误差和振摆误差在内的加速度计组件误差模型,并提出了一种基于状态变换Kalman滤波与滤波增益约束的系统级标定算法.该算法借鉴Schmidt-Kalman滤波器与可观测性约束Kalman滤波器原理,可减小滤波状态协方差矩阵计算误差和滤波增益计算误差,从而提高弱可观误差状态的估计精度.与传统系统级标定算法的对比实验表明,所提出的新算法能够更加精确估计出包含二次项误差与振摆误差在内的加速计组件的各项误差,新算法使在大水平姿态倾角下的重力模值测量残差的均方差从线性误差模型的24.12μg、线性/二次项误差模型的13.38μg减少到6.71μg.4500s大水平姿态变化下的纯惯导实验结果表明:与仅用线性误差模型的系统级标定结果相比,系统级标定新算法使惯导系统的东向、北向导航最大位置误差分别从192.40m、96.72m减小到74.64m、65.44m.所提出的系统级标定新算法具备更好的标定精度,从而使得导航精度得到提高.     

利用GPS进行近地轨道确定和会合导航

本文介绍了GPS用于近地轨道确定和会合导航的性能研究结果。目前为陆地、海上和空中导航开发的一些技术正在扩展到空间环境。对两个近地航天器上的GPS接收机系统的实际工作情况进行了仿真研究,以此评价了GPS系统的相对和绝对导航精度。为该性能仿真研究提供一个逼真的基础,拟制了一些动力学和环境模型。仿真研究获得了两项重要结论:1)轨道上用一台GPS差分基准接收机给其附近另一些GPS接收机提供信息,可以将这些接收机的绝对定位精度提高到基准站所能达到的精度。2)从同4颗GPS卫星测得测量值的两台同型号接收机,其相对定位精度(1σ)每轴向可以达到1.8m(P码)和20m(C/A码)。相对速度误差每轴小于0.04m/s。当接收机拉开相当距离时,差分GPS和相对导航技术的精度下降不明显。     

芯片原子钟对SoC北斗导航接收机定位精度影响

在卫星导航领域,接收机的工作时钟普遍为石英晶振,靠石英晶振来驱动射频前端采样并完成后续的定位解算功能.但是,晶振在长期稳定性上存在很大的不足,作为系统工作时钟时会对接收机的定位精度以及整个系统的稳定性造成一定的影响.提出了利用芯片级原子钟替换石英晶振作为系统时钟源进行定位解算,并利用最小二乘法对钟差信息进行估计预测,在SoC北斗导航处理板上进行实验验证.实验结果表明,该方法能够有效改善北斗导航接收机的定位精度.芯片原子钟作为系统工作时钟后,接收机位置误差分别减小了9.4％、41.8％、64.3％,速度误差分别减小了36.3％、30.7％、62.3％.     

数字式跳频GPS/GLONASS接收机

在很多应用场合,对大量扩频导航卫星连续跟踪将获益匪浅。当接收机跟踪多于定位所需最小卫星数目时,通过优选卫星几何可提高卫星导航精度。动态定位可利用冗余卫星来实现更迅速的整周期判决和跳周修正。陆地导航利用额外的卫星可克服建筑物、树林和地形造成的遮挡。比较多个星座的测量值能获得有关导航稳妥性的度量。跟踪大量卫星的好处已引起人们研制能同时处理美国GPS和苏联GLONASS信号的接收机的兴趣。已经推出了几种接收机设计方案,但所有这些接收机中处理GLONASS信号的硬件都是与处理GPS信号硬件分开的。本文介绍一种高度综合的GPS/GLONASS接收机,接收机中的每一卫星跟踪通道都能随意指定它接收任一个GPS或GLONASS卫星。该接收机有一个模拟射频/中频(RP/IF)前端,用一个固定频率的本振(LO)。定制的数字专用集成电路(ASIC)跟踪选定的GPS/GLONASS卫星,并提供相关测量值送软件处理。本文介绍的GPS/GLONASS接收机利用了数字信号处理技术和有限脉冲响应(FIR)滤波器的新成果。该综合接收机的模拟RF/IF前端大大地简化了,然而其性能可与使用相当复杂模拟RF/IF电路的接收机相比拟。GPS和GLONASS之间的跳频完全在数字域中进行,不必象早期设计方案中那样用昂贵的跳频本振。深入利用数字处理技术,GPS/GLONASS接收机可采用大规模集成电路,将多个通道集成在一个芯片上。这样可大大减小体积,节省成本,不久即可推出商用多通道GPS/GLONASS接收机。     

一种可实现增益、带宽独立调控的低噪声MEMS加速度计接口电路设计

为了进一步满足振梁式加速度计（VBA）对前端放大接口电路增益、带宽以及噪声的更高要求，提出了一种适用于硅微振梁式加速度计的可实现增益、带宽独立调控的低噪声前端放大接口电路。该设计基于T型接口电路的两级拓扑结构，有效解决了增益、带宽和噪声之间的制约问题。通过仿真与实验结果表明，该设计在等效跨阻增益为40MΩ的前提下，最终实现了带宽为410kHz、相位误差为1.2°、等效输入电流噪声密度为8.9fA/Hz。基于该设计的实验样机在上电稳定后1h零偏不稳定性达1.156μg，相较于传统一级跨阻接口电路减小了49.2%（2.274μg），验证了该新型接口电路的可行性和优越性。     

导航脉冲星星历表时空参考系统一性问题

脉冲星具有很高自转稳定性，利用一组统一参考系统下的脉冲星星历表所构建的高精度时空基准，可对飞行器进行自主导航。目前国内尚未观测给出统一参考下的导航脉冲星星历表，国际上已发布的导航脉冲星星历表是在不同参考系统下建立的，无法直接用于构建时空基准，将影响我国近期开展空间脉冲星导航试验。针对没有原始计时观测数据的情况，提出通过模拟计时观测数据，拟合获得新参考系统下的星历表，实现一组导航脉冲星星历表的参考系统统一。最后分析了基于该方法不同参考下的星历表转换精度，其中，DE200转换为DE436后，脉冲星TOA一年内预报值最大偏差由86.6μs减小为2.3μs。TT(TAI)转换为TT(BIPM15)后，TOA一年内预报值最大偏差由0.326μs减小为0.062μs。基于TEMPO2中transform插件可实现不同参考坐标时下星历表精准转换，转换误差小于6 ns，可忽略不计。参考系统DE421/TT(TAI)/TDB转化为DE436/TT(BIPM15)/TCB后，TOA一年内的预报最大偏差降低为0.047μs。     

利用Glonass进行时钟同步

目前精密同步全球时钟的方法之一是利用导航卫星系统的信号,可是利用Glonass(俄罗斯全球导航卫星系统)信号进行时钟同步很长时间来一直受到限制,因为缺乏商品型Glonass时间接收机。由于Glonass投建放慢,很难估计对定时接收机的实际需求,反过来又影响了定时接收机的开发。 1992年末,圣彼得堡的俄罗斯无线电导航和时间研究所(RIRT)在其单通道机载接收机基础上开发了Glonsaa定时接收机。为了自动采集和处理Glonass时间测量值,该研究所开发了一个接收机与个人计算机之间的接口。 本文作者是该所成员,深深卷入了该自动化系统的开发。测定Glonass时钟同步精度的试验结果,以及该所二级(工作)时/频标准(STFRS)与俄罗斯国家时/频标准(STFS)的比对结果,都令人鼓舞,使该所开始利用Glonass信号定期比对其时/频标准。     

基于软件无线电的VOR射频激励源研究

在对机载VOR接收机进行测试与维护时,需要提供可以模拟地面台射频信号的激励源;目前使用的射频激励源一般为传统的专用硬件设备,存在调制参数固定、无法灵活调节等问题。为解决该问题,对VOR射频信号原理进行了分析,基于软件无线电原理,对VOR射频激励源进行了设计;采用零中频软件无线电结构,在计算机上实现对VOR射频信号的正交调制,从而能够对调制参数进行灵活调节,并通过通用的硬件平台发射VOR射频信号;系统可通过人机交互界面、网络或GPIB方式进行控制。使用频谱仪对系统进行了测试,并将输出的射频信号进行记录后,导入到Matlab进行分析验证。结果表明,系统误差在允许的范围内,能够为VOR接收机提供符合要求的射频信号。     

基于周期LFM本振的同步Nyquist折叠接收机 多分量信号参数估计算法

 Nyquist折叠接收机(NYFR)为一种新型侦察接收机结构,可利用单/双片模数转换器(ADC)同时完成多Nyquist区域内的宽频段信号采集。本文对NYFR结构进行了改进,提出了多分量信号的参数估计算法。首先,引入了同步结构,对NYFR进行了改进,得到了同步NYFR(SNYFR);其次,以本振为周期性线性调频(LFM)为例,分析了多分量信号的输出结果;然后,提出了去斜函数(DF)以用于检测信号的Nyquist区域;最终,根据区域信息完成了信号的各参数估计。计算量分析与仿真表明,所提算法计算量小且在信噪比(SNR)优于-9 dB时性能已接近克拉美-罗(CRLB)下限。     

基于导航卫星反射信号的空间飞行器探测定位方法

导航卫星信号经由空间飞行器后将发生反射与散射,此信号对于飞行器自身的定位通常作为多径信号被消除。利用双基无源雷达的概念,提出利用该信号实现空间飞行器的远程定位方法。该方法充分利用空间飞行器对于导航卫星信号的反射与散射,在地面/空中设置可以接收此反射信号的接收机,从而实现飞行器的探测。接收机利用码延迟锁定环路实现直射信号与反射信号的锁定,并通过求解直射信号与反射信号的相关功率获得其路径差,进而计算出空间飞行器的位置。介绍了利用延迟映射接收机(DMR)探测空间飞行器的系统组成,并给出了远程定位的数学模型、关键技术分析、DMR的设计原理及验证实验,实验结果表明所设计的DMR可以有效地接收到导航卫星反射信号。为空间飞行器的探测提供了一种新型的手段。     

基于伪距信息的COMPASS-MEO导航卫星单星定轨分析

COMPASS-MEO导航卫星的伪距观测量包含星站距离、接收机钟差和卫星钟差以及各种噪声。本文首先分析了接收机钟差和卫星钟差在一定间隔内主要表现为线性变化的特性,可以考虑将接收机和卫星钟差作为测距的偏差和偏差变化率和轨道一起进行求解。其次,利用实测的MEO导航单星伪距数据,进行了数据预处理和定轨试验,分别对站间无时间同步信息和有时间同步信息两种情况进行定轨、残差分析和参数解算。使用重叠弧段、轨道预报和激光观测数据验证定轨结果的精度。结果表明,两种情况下的定轨结果无明显差别。该定轨方法可以运用于MEO导航单星精密轨道的计算。     

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。     

GNSS接收机在探月三期中的应用研究

探月工程对飞行器导航系统的性能提出了更高要求,因而有必要研究GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)接收机在探月任务中的应用。以探月工程三期为应用需求,开展地-月-地转移过程中的GNSS接收机可用性分析、GNSS信号特性分析;并针对低信噪比环境下的高灵敏度接收机系统应用进行设计,采用弱信号捕获算法和弱信号跟踪算法实现-175dBW的灵敏度;最终采用基于轨道动力学模型的卡尔曼滤波方法实现了GNSS自主定轨算法。仿真表明:GNSS接收机在60 000km以下的地-月转移和月-地转移弧段能够为探月飞行器提供100m以内位置精度的导航服务。