时频系统数字锁相技术研究

为了利用外部1PPS信号或10MHz频率信号驯服铷钟或晶振,本文推导建立了数字二阶/三阶锁相环频标模块的仿真模型,对模型中的锁相环、鉴相器量化、DA位数、定点运算、环路更新频率对相位噪声性能的影响等关键问题进行了分析,给出了参数设置依据及仿真结果,完成了频标模块的硬件设计,验证了模型的正确性。     

光纤频标传递的稳定性分析

光纤是进行长距离、高精度频标传递的理想介质,为达到更好的传递效果,分析了光纤频标传递系统的稳定性能,找出了影响频标稳定度的主要因素,进行了稳定性的仿真计算,并得出了与相关精密测算一致的结果。结果表明,几种主要因素的影响大小均与频标的中心频率无关,强度噪声是影响频标稳定性的最大因素,控制信噪比是提高稳定性的关键所在。     

频率(标准)组合选择器

本文介绍Bendix Field工程公司和应用物理研究所联合为总部设在戈达德空间飞行中心的NASA空间跟踪数据网研制的频率标准组合选择器。频标组合选择器的用途是为备用定时系统提供备用高性能频率源。设计频标组合选择器是为了最限度地利用站内的一组频率标准,其方法是: 1.将频标的频率输出自动地组合成单一的信号输出,其性能为整组频标的平均性能。 2.自动排除整组频标中有故障的部份。 3.自动地使频标组合选择器的输出保持在相对于UTC的时间和频率上而与整组频标的长期性能无关。 4.由于防止了单点故障,所以频标组合选择器本身的单点故障将不影响工作。本文详细讨论频标组合选择器的设计和如何用不同的分系统来实现其功能。频标组合选择器的心藏是以多次混频相位比较系统为基础的数字式锁相环、数字控制的压控晶体振荡器和微处理器。即使各标准工作在不同频率上。即使有意地使压控振荡器的输出频率偏离该组标准的平均频率,数字式锁相环也能将压控晶体振荡器的相位锁在该组标准的平均相位上。这种偏移特性使频率组合选择器能够利用时间常数很长(一星期)的第二个锁相环来调节偏移频率,使定时系统的输出保持在相对于某一合适定时接收机所提供的1ppm协调世界时标准时间和频率上。第二锁相环还使微处理器能够测定各输入标准相对于协调世界时的频率。这就使频标组合选择器能够在某一输入标准有故障时重新调整压控晶体振荡器的偏移频率,使频标组合选择器的输出保持在相对于协调世界时的频率和时间上。本文介绍频标组合选择器中所使用的数字式锁相环的理论和试验性能以及如何具体实现频标组合选择器的原理。还讨论被称为频率(标准)选择的频标组合选择器分系统,这一分系统只在输入标准有故障时,才转换各输入标准之间的备用输出。     

电信时钟信号的频率测量装置

利用频率变换和频率合成技术,将电信时钟信号频率转换为１ＭＨｚ整数频率,再利用现有的频标比对器,实现电信时钟信号频率和频率稳定性的高准确度测量。对所建立的测量系统自检,测量灵敏度优于１×１０／ｓ。     

基于ADS的锁相频率合成器仿真

现代电子装备中的复杂频率源都是通过频率合成技术来实现,而性能良好的频率合成系统是顺利实现频率合成的工程基础,在实际合成器电路中,相位噪声、杂散分量等影响因素的出现是不可避免的,既降低电路稳定性,输出结果也不理想,严重情况可导致系统故障。因此,有必要在已有实际电路的基础上构建合成系统概念图,根据合成目标信号的特点,添加测试目标和项目,对锁相环频率合成器的电路系统进行优化设计,运用ADS2011对电路进行仿真,通过仿真软件建立相关电路模型,借助多种测试元件对相关参数的观测来找出优化点进行电路优化,仿真模拟实际的信号合成过程,改善实际电路的稳定性和可用性。     

极小型氢频标磁控管微波腔的仿真设计

用Ansoft HFSS仿真软件建立了极小型氢频标磁控管微波腔的几种模型结构,在给定腔体尺寸下,仿真了不同电极间距的空型和磁控管型微波腔谐振频率和品质因数,得出极小型氢频标磁控管微波腔的设计参数,并对实际设计中影响磁控管微波腔谐振频率的因素给出了建议。     

铷频标温度系数影响因素分析与改进方法研究

高性能的被动型铷原子频率标准（以下简称铷频标）主要用于恶劣工作环境等特殊领域，铷频标的准确度和稳定度是卫星定位的两项关键技术，铷频标的稳定度包括短期稳定度和中长期稳定度，而中长期稳定度主要由温度系数决定。本文从改善铷频标温度系数的目的出发，全面梳理和分析了影响铷频标温度系数的主要因素，提出零温度系数等高线图优化法和零光频移灯激励电压优化法，并通过改进物理部分结构热设计等措施，优化了铷频标物理部分的温度系数。经试验验证，结果表明整机温度系数约为-2E-14/℃，铷频标的10⁵s稳定度5.52E-15，改善物理部分温度系数的方法和措施是有效的。     

导频脉冲载波频率的快速捕获与跟踪

针对短时导频脉冲载波频率的同步问题,提出一种快速捕获和跟踪方法.该方法采用相位推算法进行快速载波频率初估计,完成频率的捕获.相位推算法首先利用最小二乘法估计实采样点的相位,再应用相位解卷、一元线性回归和最小二乘法拟合求取信号频率的估值,其测频精度优于常用的Prony算法,在高信噪比情况下逼近实正弦信号的Cramer-Rao界.应用数字下变频和Kay算法实现频率的跟踪,通过建立仿真模型,验证其跟踪精度优于叉积自动频率控制环.在给出的设计实例中,对于脉宽为1ms的导频脉冲,在信噪比大于13dB的情况下,环路频率跟踪的最大误差小于3Hz.      

单星测频静态目标无源定位研究

提出了一种基于非线性最优化技术的单星测频无源定位算法,该方法利用单颗卫星单个通道在不同位置上测得的信号多普勒频率,实现对地面固定辐射源的无源定位,具有有效载荷简单、对卫星姿态无特殊要求、定位收敛快、精度较高等优点。同时,探讨了多普勒频率测量误差预处理技术,以及基于PAR模型的系统误差分离技术,通过对测量误差的分离与处理,可以大幅度提高频率测量数据的精度,从而保证后续测频定位精度。最后,通过仿真试验和工程实际,验证了单星测频定位技术的有效性和准确性。     

频率分集阵列负型模糊函数特性仿真

现有研究主要是关于频率分集阵列（FDA）基于阵元发射窄带条件下单载频信号的假设而展开的，缺乏对线性调频（LFM）信号是否适用于FDA问题的研究。考虑到基于模糊函数的优化是雷达波形设计的重要手段，在建立FDA数据模型的基础上，建立线阵发射、单天线接收模型下的FDA负型模糊函数，系统分析其主要特性。在此基础上，仿真分析了基于矩形脉冲、线性调频信号以及采用不同非线性频控函数的FDA负型模糊函数特性，对比了采用不同非线性频控函数的FDA的目标距离-角度二维联合估计性能。仿真结果在验证FDA模糊函数建立正确性的同时，得出采用正弦频控函数的FDA性能最优的结论。从而为基于模糊函数的复杂信号FDA波形设计以及基于FDA方向图解耦技术的发射波形设计奠定了重要基础。      

基于FPGA的高准确度数字频率信号源设计

介绍了直接数字频率合成技术的实现方法,分析了其优越的技术特性。根据其特性,利用FPGA设计了高准确度的数字频率信号源。仿真结果表明,与传统的信号源相比,使用该方法实现的信号源,其信号种类多,准确度高,满足测试设备数字化、软件化的趋势。     

磁尾等离子片中偶极化锋面的数值模拟研究

利用守恒型TVD格式对8波模型磁流体方程组进行数值模拟, 对磁尾中偶极化锋面的物理和演化特性进行研究. 构建了由BBF类型通量管机制产生的偶极化锋面数值模拟模型, 该模型由磁尾平衡模型、亚暴增长相模型和亚暴触发及BBF形成模型三部分组成. 数值模拟结果很好地再现了磁尾中BBF类型通量管机制产生的偶极化锋面特性. 伴随着高速 流的出现, 磁场B_z分量呈非对称双极变化结构, 即锋面前减小为负值, 在锋面上急剧增大. 当B_z增大到极大值后回落并趋于稳定. 随着偶极化锋面伴随地向高速流向地球运动, 偶极化锋面上B_z的变化越来越小.      

仿真网格下的节点选择

仿真网格是一个将网格技术和建模与仿真技术相结合的网络化仿真平台,节点选择是提高仿真网格下仿真执行性能的重要手段.根据仿真网格下资源异构性的特点,提出一套形式化的节点性能评价标准,以此标准为依据建立节点选择的数学模型,并给出选择最优节点集合的节点选择算法.算法实验表明,该算法以节点的计算能力为优先考虑,同时顾及节点之间的通信性能,并能够回避通信性能参差不齐时好的通信性能掩盖住差的通信性能的情况,能够起到提高仿真执行效率目的.     

导航卫星单粒子软错误影响建模与仿真方法

单粒子(SEU)软错误是导致卫星中断、影响卫星可用性的重要因素。针对SEU软错误在导航卫星内部的失效传播过程描述与影响评估问题,提出一种基于有限状态机(FSM)理论/Stateflow的软错误影响传播过程建模方法,阐述了构建软错误传播过程有限状态机模型的基本元素与原则,并针对导航卫星特点提出软错误影响传播与防护恢复策略的建模思路。利用Stateflow仿真得到单星可用度与平均任务中断时间,分析了多种恢复策略时间对整星可用性指标的影响;并通过构建MATLAB与STK联合仿真平台,由单星软错误传播仿真结果得到星座位置精度因子(PDOP)可用性指标,从而评估了SEU软错误在整星与星座2个层级的影响。      

面向装备RUL预测的平行仿真技术

装备平行仿真是系统建模与仿真领域的新兴仿真技术,已经成为研究热点。在装备维修保障领域中,分析了装备剩余寿命（RUL）预测存在的突出问题,即模型参数固定、不具备自适应演化能力,成为阻碍实现装备剩余寿命自适应预测的首要因素。结合装备平行仿真理论,在建模分析的基础上提出了面向装备剩余寿命预测的平行仿真框架,该框架以Wiener状态空间模型为基础仿真模型,在动态注入的装备退化观测数据驱动下,利用期望最大化（EM）算法在线更新模型参数,并利用卡尔曼滤波（KF）算法实现仿真输出数据与观测数据的同化（DA）,从而实现仿真模型动态演化,使得仿真输出不断逼近装备真实退化状态,为准确预测剩余寿命提供高逼真度仿真模型和数据输出。以某轴承性能退化数据为数据驱动源,对该框架进行了验证,仿真结果表明平行仿真方法能准确仿真装备性能退化过程,在提高预测精度的基础上实现了装备剩余寿命的自适应预测,有力证明了平行仿真方法的可行性和有效性。      

直升机飞行数值仿真中尾桨动力学模型探讨

针对常规单旋翼带尾桨直升机,通过对尾桨挥舞运动方程,尾桨动力入流模型,旋翼和机身在尾桨处侧沅的分析与计算,探讨尾桨动力学模型中不同因素对于直升机整机直线飞行状态的配平和驾驶员纵输入动态响应数值仿真精度的影响程度,为不同目的飞行数据仿真中尾桨动力学模型选取提供参考,本文以ＵＨ－６０Ａ直升机的算例进行了对比分析。     

拖靶系统飞行动力学数字仿真研究

首先对拖靶系统飞行动力学模型进行了简化,阐述了拖靶系统飞行动力学数字仿真基本原理。其次对模型进行了线性化处理,确定了升力与舵翼角的关系、张力变化与高度变化的关系以及垂向速度对应的阻尼系数,进而建立了垂向高度、速度以及舵翼角之间关系的线性微分方程,求得了拖靶垂向运动传递函数。最后在不同海情、不同加速度偏差以及不同高度偏差等使用条件下,对拖靶系统的工作过程进行了全数字仿真研究,其研究结果有助于拖靶系统的设计和应用研究。     

地形仿真实现

在应用数字仿真法研究导弹地形跟踪飞行的撞地概率时,首先要对导弹飞越的真实地形进行数值模拟.在充分探讨了地形模型和随机过程实现的基础上,采用波叠加法仿真了3种典型地形.研究了子波数对仿真结果的影响,说明选取一定数目的子波即可得到满意的结果.该工作对武器系统评估及撞地概率研究有重要应用价值.      

基于阻尼系数控制算法的时间驾驭方法研究

在实现本地时间与参考时标精确同步的过程中,被驾驭对象频率稳定度和时间同步精度存在平衡矛盾。本文提出了一种基于阻尼系数控制算法的时间驾驭方法。首先利用Kalman滤波算法对历史数据的多项式模型进行拟合,得到被驾驭对象与参考源时标的相位差、频差及频漂,然后利用阻尼系数控制算法建立仿真模型进行分析,得到时间驾驭策略。仿真结果表明,本文提出的基于阻尼系数控制算法的时间驾驭方法在一定的时间偏差控制要求下,确保了被驾驭对象的频率稳定度。