扩频统一测控系统角跟踪技术研究

扩频统一测控系统中,在完成伪码捕获、载波跟踪和比特同步之前,利用和差通道信号的相关性,直接对宽带扩频信号进行相关运算实现角度误差信息的提取,是一种简单可行的办法。本文讨论了双通道跟踪接收机的输出角误差信号的信噪比与接收信号的信噪比、信号处理带宽三者之间的关系。     

宽带信号角跟踪和四通道单脉冲方案

分析了宽带信号角跟踪的特殊问题及其实现方案。基于互相关函数的角误差检测方法,推导出了在非相关噪声及相关噪声背景下差路信号的输出信噪比及其角度随机误差的数学表达式,进而给出了带宽增益和最佳带宽的概念,以及提高输出信噪比的方法。为了在低载噪比（C/N）时获得角捕获所需要的和路信号以及差路的归一化信号,提出了四通道单脉冲方案。最后归纳出了低C/N时宽带信号角捕获和角跟踪的几种方法并提出了建议。     

相关法测量中的噪声信号源和扫频信号源的性能比较

时差法相关测量中信号的带宽越宽，互相关函数的峰值点的峰值优势越大，其测量的抗干扰性能越好。通过理论分析和数学仿真研究了两种宽带信号源——噪声信号和扫频信号，并利用相关分析法测量两信号问时差时的性能。结论是：噪声信号频带范围宽，带宽不受所采用信号长短的限制，测量分辨力高，但其频谱与噪声干扰频谱相似，抗干扰能力差；扫频信号的频率和带宽可人为控制，频谱特征明显，抗干扰性能好。     

基于自适应分段混合系统的轴承故障诊断

针对强噪声背景下轴承早期故障的诊断问题,提出一种基于自适应分段混合随机共振（adaptive piecewise hybrid stochastic resonance,APHSR）系统的检测方法。采用经验模态分解法（EMD）进行信号预处理,分别采用能量密度法和相关系数法去除高、低频噪声,自动筛选最优固有模态函数,经尺度变换后输入分段混合随机共振系统模型,提取故障信号。工程实验显示:经过APHSR系统,轴承故障特征频率的频谱幅值、频谱幅值与周围最大噪声之差和最大信噪比（SNR）均高于经验模态分解和经典随机共振方法,其中齿轮箱故障轴承信噪比分别提高了9.579 dB和7.473 dB,转子故障轴承信噪比分别提升了8.597 dB和5.695 dB,对凯斯西储大学故障轴承数据处理后的信噪比分别提升了3.369 dB和17.043 dB。数据表明APHSR方法具有高效性,提高了轴承故障信号诊断能力。      

基于权值调整的FLL辅助PLL方法

锁相环技术越来越广泛应用于雷达、导航设备、空间技术等方面,特别是近年来在高动态信号环境中的应用更为广泛,但在此环境中存在环路带宽和高信噪比的矛盾,跟踪高动态信号时需要增加环路的带宽,但在增加带宽的同时会导致信噪比降低,反之,提高信噪比必须减少带宽.文中利用FLL有较高动态性能的特点,采用了FLL辅助PLL的方法来解决这对矛盾.而FLL辅助PLL的方法有多种,文中首先介绍了FLL/PLL(FLL牵引PLL)和FLL&PLL(FLL与PLL)的辅助方法原理及优缺点,最后通过改进采用了基于权值调整的FLL辅助PLL的方法,并用VHDL对它进行了设计,最后对三种方法进行了仿真验证.     

多模伪单脉冲自跟踪系统的性能限制

给出了大信噪比和小信噪比情况下圆波导TE11和TE21模伪单脉冲系统合成信号包络的表达式。指出在小信噪比情况下,将不能从合成信号的包络解调出角误差电压。给出了大信噪比情况下热噪声引入的跟踪误差。     

相关分析技术在工程测量中的应用分析与研究

相关分析法是信号分析和工程测量中重要的技术方法。通过理论分析和数学仿真研究了两种相关法测量——相差法相关测量和时差法相关测量的理论基础和适用条件。相位差法相关测量要求源信号为单一频率的简谐信号，适宜测量较小的时差。时差法相关测量要求源信号为非单一频率的宽频带信号，适宜测量较大的时差。源信号的带宽越宽，互相关函数的峰值点的峰值优势越大，其测量的抗干扰性能越好。     

天线组阵全频谱合成性能分析

天线组阵FSC(全频谱合成)方案是一种最优的天线组阵信号合成方案。本文分析了相位估计方差对FSC合成性能的影响,对开环方法和闭环方法的相位估计方差进行了进一步分析,给出了FSC合成性能与单路信噪比、相关带宽、积分时间、环路带宽等因素之间的关系。技术验证试验结果表明,在标准TT&C测控和BPSK数传2种体制下,合成效率均达到90%以上。     

数字域谱估计的GNSS系统信号带宽测试方法

针对传统的单载波扫频法不适于GNSS（全球导航卫星系统）信号生成通道的带宽测量的问题,提出了采用数字信号处理的信号带宽方法.对实际导航信号进行高速采样,在数字域对采样的导航信号和本地数字生成的理想导航信号进行频谱估计和计算,从而得到GNSS信号带宽.分别使用周期图法和Welch法谱估计,对提出的测试方法进行仿真.仿真结果表明,采用Welch法进行理想信号和实际信号谱估计,对谱估计后的结果进行计算,可以完成GNSS信号带宽精密测量,在Welch法估计参数设置合理的情况下,GNSS信号带宽估计的准确度可以达到99.9％以上.     

一种运动双站多脉冲无源定位算法

针对运动双站对已知高度的地面目标辐射源高精度定位问题,借鉴SAR成像原理和直接定位法思想,提出了一种利用空中两运动侦察站接收到目标多脉冲信号间的到达时间差(TDOA)和到达频率差(FDOA)信息的无源定位算法。采样时将观测时间分为快时间和慢时间,在快时间域估计时差,慢时间域估计频差,具体方法为:首先将两侦察站的采样信号在频域互相关,然后利用参考函数和广义Keystone变换消除距离单元徙动,再通过二维傅里叶变换得到目标位置点的TDOA和FDOA联合估计值,最后将时差频差联合估计值通过几何关系映射到目标的空间位置。仿真结果表明信噪比较高时逼近直接定位法的克拉美罗下限(CRLB),信噪比较低时仍然可以定位。此外,本文算法不仅计算量小,且适用于不可区分多目标辐射源定位问题,具有高精度和超分辨特性。     

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。     

嵌套阵列最大似然估计测向算法

针对在辐射源个数未知的条件下嵌套阵列难以估计多个辐射源角度的问题,提出了基于最大似然估计(MLE)的嵌套阵列角度估计算法。算法在嵌套阵列模型的基础上,首先通过推导阵列截获多辐射源信号的最大似然函数及其梯度,利用最速下降法估计出空域中所有潜在辐射源的角度;然后,通过多元假设检验,利用最大似然比与门限进行比较,确定出空域中所有潜在辐射源中某一时刻发射信号的活跃辐射源角度,排除其余噪声形成的虚假辐射源角度,解决了在辐射源个数未知条件下嵌套阵列对多个辐射源角度估计问题。仿真结果表明:与传统多重信号分类(MUSIC)算法相比,该算法在辐射源数目未知、存在相干信号、低信噪比(SNR)、低快拍数条件下,均具有较好的角度估计精度,并且算法形成的虚拟阵列自由度是空间平滑MUSIC算法的2倍;多元假设检验法比传统信源数目估计算法在低信噪比条件下和处理相干信号方面具有明显优势。     

基于阶次小波包的转子加速阶段振动故障研究

针对发动机转子在加速阶段的振动信号为非稳态、且该阶段的振动信号无法直接使用谱分析等技术处理的问题,提出了利用改进的阶次跟踪分析技术对信号进行等角度重采样,将时域非稳态信号转换为角域稳态信号,然后对信号进行小波包分析及能量特征向量提取。结果表明,利用阶次小波包方法可以很好地处理变速振动信号,效果好于直接使用小波包分析非稳态的时域信号,计算后的结果可用于进一步的数据处理。     

高超声速飞行器自适应反步控制器设计

针对含有不确定干扰项的吸气式高超声速飞行器模型,分别设计了基于反馈线性化的速度控制器和基于反步法的航迹控制器,以实现对速度和航迹角参考信号的稳定跟踪。通过指令滤波器得到俯仰角的实际跟踪指令及其一阶、二阶微分信号,可直接设计升降舵控制指令,在解决了虚拟控制量求导"复杂性爆炸"问题的同时,减少了反推计算步数,从而达到提高系统动态性能和优化控制器结构的目的。基于LaSalle不变集原理和Lyapunov理论设计的自适应更新律保证了系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器在飞行器存在不确定干扰的情况下仍能满足对参考信号跟踪性能的要求。     

Reduction of Radar Tracking Errors with Frequency Agility

Frequency agility with random frequency in each pulse gives an improvement in radar angle tracking with a monopulse radar. With a conical-scan tracking radar, the glint error is reduced but fading error can be increased, and the net result must be studied in each case. A theory, usable for calculating angle tracking errors with a frequency agile radar, is given, and two examples showing the error reduction are presented. According to the theory, one part of the glint or fading spectra is ``smeared out' to half the pulse repetition frequency. Another part, the size of which depends on the degree of correlation between pulses, keeps the form of the original spectrum.     

A Correlation Polarimeter for Noise-Like Signals

Optimum estimation (tracking) of the polarization plane of a linearly polarized electromagnetic wave is determined when the signal is a narrow-band Gaussian random process with a polarization plane angle which is also a Gaussian random process. This model is Compared to previous work and is applicable to space communication. The estimator performs a correlation operation similar to an amplitude -comparison monopulse angle tracker, giving the name correlation polarimeter. Under large signal-to-noise ratio (SNR), the estimator is causal. Performance of the causal correlation polarimeter is evaluated for arbitrary SNR. Optimum precorrelation filtering is determined. With low SNR, the performance of this system is far better than that of previously developed systems. Practical implementation is discussed. A scheme is given to reduce the effect of linearly polarized noise.     

基于RBF网络的跟踪特性角对接收信号影响模型研究

在航天发射任务中,地面遥外测设备跟踪特性角（α角、β角）对接收信号质量的影响非常大,由于α角、β角影响接收信号的机理非常复杂,一直以来只进行定性分析.在研究RBF（Rradial Basis Function,径向基函数）网络的基础上,利用RBF网络建立跟踪α角、β角对接收信号的影响模型,并用已知样本数据对模型进行训练和验证,详细论证模型参数的选取方法,给出跟踪特性角对接收电平影响的量化分析和预测的一种方法.利用模型对某次发射任务设备的接收电平进行了预测,预测结果与实测结果基本相符,满足应用要求,对提高航天发射任务地面测控系统风险评估能力有重要意义.     

增益幅度不同时信号二维方向角和多普勒频率的盲估计

 在各阵元增益幅度不一致的条件下,提出了一种起伏目标的二维方向角和多普勒频率盲估计的新方法。此方法在各阵元增益幅度不一致的条件下,仍可获得很好的估计性能,并能应用于各个信号的频率相同的场合。且具有对噪声不敏感,不需进行谱峰搜索,适用范围广等特点。仿真结果表明了此算法的有效性。     

Disturbance observer-based backstepping control for hypersonic flight vehicles without use of measured flight path angle

In this paper a nonlinear control method is proposed for the tracking control of hypersonic flight vehicles. The designed control laws do not utilize the measured flight path angle due to its inferior accuracy in practical engineering. For this, an estimated flight path angle is designed via the measurements of the altitude and velocity. A tracking differentiator is designed for constructing nonlinear disturbance observer which is used to estimate the model uncertainties including the parameter indeterminacies and external disturbances in the channels of velocity and pitch rate. A robust high-order differentiator is introduced to avoid the employment of the measured flight path angle and estimate the lumped disturbance in dynamics of flight path angle. Meanwhile, the possible saturation of the control inputs is considered and compensated by the auxiliary states. The boundness of closed-loop signals is proved through the Lyapunov theory. Comparative simulations are carried out and the results demonstrate the effectiveness of the proposed method.