无人机集群组网高精度测距技术研究

针对无人机组网系统机间测距精度受限于时域采样周期时延估计的问题，本文提出一种联合正交频分复用（OFDM）前导序列和导频序列进行高精度测距估计的方法，利用最大似然估计和双向测距法将参与计算的序列测距估计结果按比例进行加权平均。同时，仿真分析了联合测距估计方法性能。结果表明：联合估计方法的前导与导频序列差分自相关间隔长度取典型值时测距精度能达到0.1 m以下，可在较低信噪比下实现厘米级测距精度，提升了集群组网测距的稳定性。     

车辙图像频域分析及星球车车轮滑转率估计方法

在月面环境下车轮滑转影响月球车的运动性能和定位精度,针对星球车车轮滑转率检测问题,提出一种基于车辙图像频域特征的滑转率估计方法。通过分析车轮与土壤相互作用过程与车辙形成机理,建立车辙的时域参数化解析模型。并在车辙构造时域解析模型基础上,通过对车辙图像进行频域分析,建立了基于车辙图像基频特征的车轮滑转率估计模型。此外,介绍了一种适用于该方法的车辙频域特征提取和图像处理技术。通过试验证明,该方法只需检测车辙图像基频便可以实现车轮滑转率非接触式精确估计。采用本方法估计车轮滑转率,相对精度可达3%。     

脉冲串信号的时差和频差估计新方法

针对脉冲串信号的互模糊函数多峰特性以及时差频差估计运算量大的问题,提出一种时差和频差联合估计新方法。该方法首先基于信号频差与时差变化率的关系,利用时差序列引导互模糊函数的时差频差搜索范围,然后利用脉冲串信号的时域稀疏特性改进了基于互模糊函数的时差频差估计方法。理论和仿真分析表明,该算法可有效抑制频差模糊,并在估计精度损失不大的前提下有效降低运算量。     

无人机数据链系统中OFDM定时估计技术研究

提出一种基于加权差分相关的OFDM定时估计方法,利用已知前导消除接收前导符号的调制信息,并通过加权差分相关与加窗修正得到具有脉冲特性的定时估计度量。通过对信号的相位信息进行相关处理,可以进一步得到具有低复杂度的定时估计方法。仿真结果表明,在多径衰落信道下,提出的OFDM定时估计方法具有较好的估计性能,适用于复杂通信环境下的无人机数据链系统。     

伪码测距抗干扰容限分析

统一考虑射频干扰对伪码测距系统中码环稳定性能和测距精度性能的影响,推导并定义了系统稳定性能容限和测距精度性能容限,综合这两个容限给出了一定测距精度指标约束下的测距抗干扰容限。同时,设计了容限参考因子以定量分析两个性能容限对测距抗干扰容限的影响,并给出了一定应用场景中的容限和参考因子的快速计算方法。本文还针对窄带干扰环境,给出了更加简捷的分析方法,并通过数值分析进行了具体说明。测距抗干扰容限的分析与设计,科学全面且简捷高效,能够有效指导伪码测距系统的结构参数设计与系统性能评估。     

卫星时分多址信号高精度快速时频差联合估计方法

针对传统时频差估计方法对时分多址(TDMA)信号进行参数估计时会出现不同用户相互影响、估计精度差,以及计算复杂度高不利于系统实时信号处理等问题,文章提出一种高精度快速时频差联合估计方法.首先,基于循环平稳特征对主站接收数据进行信号检测;然后,基于小波阈值去噪和短时电平和进行TDMA信号时隙分离;在此基础上,基于不同调制信号特征参数设计多级分类器,对每个分离的信号时隙进行调制样式判别,进而分选不同用户对应的信号时隙;接着,利用主站分选的各个用户信号分别与辅站信号进行时频差粗值估计;根据粗时频差估计值减小细化时差搜索范围,以获取精细时频差估计值;最后,利用二阶曲面拟合方法进一步提升参数估计精度.仿真结果表明:文章所提方法能够有效实现TDMA信号高精度快速时频差联合估计,可为后续卫星频谱感知体系的建设提供理论支撑.     

基于相关峰细化时延估计的舱内服务机器人发话人定位研究

发话人定位是舱内服务机器人有效区分航天员与环境并获取与航天员相对位置关系的重要手段。针对时延估计的机器人声定位算法精度受采样频率和噪声限制的问题,提出了一种基于相关峰精确插值的空间六元阵列发话人定位方法。该方法基于机器人球形结构设计,利用信号预处理和二次相关降低噪声干扰,通过线性调频Z变换(MCZT)取代快速傅里叶变换(FFT)计算细化频谱,突破已有时域采样率的限制,能有效弱化FFT带来的栅栏效应,提高相关函数分辨率、时延估计精度及发话人定位精度。实验结果表明:基于相关峰精确插值算法的发话人定位方法,其时延估计性能有明显提升,能较好地对声源目标进行定位,且算法精度优于基于广义互相关的发话人定位方法,能满足舱内服务机器人的定位需求。     

全相位OFDM的联合帧同步和频偏估计算法

同步是OFDM系统必须解决的问题之一,不同的同步技术之间是相互联系的,将任何一种同步技术分离出来单独进行都是不可能的。针对全相位OFDM系统,文章提出了一种基于最大似然的定时和频率偏移估计联合同步算法,该算法利用了全相位OFDM系统数据帧的完全自我复制的特点来实现。利用数据序列及其在时域复制间的自相关性的基础上,通过最大似然函数,系统完全可以实现精细的符号定时和频偏估计。最后,与其他的同步方案在性能上进行仿真对比,验证了联合同步估计的优越性。     

GPS信号的码相位与多普勒频率联合捕获

分析了PMF FFT码捕获算法在不同频偏下的性能,针对其频率估计精度较低引起的部分频偏下的检测性能下降,提出了一种改进的码相位与多普勒频偏联合捕获方法。首先基于部分匹配滤波(PMF)相关算法得到一组匹配滤波输出;然后在PMF FFT算法基础上提出了一种利用FFT幅度差求解的低复杂度高精度迭代频偏估计算法,并利用此高精度的频率估计值补偿PMF输出,进行相干检测,从而在提高频率估计精度的同时提高了信号的检测概率,实现了高精度的频率估计与码相位捕获的联合处理。仿真结果表明检测算法可以有效改善频偏估计精度,提升检测概率,并且具有极低的复杂度。     

一种基于天文测速的火星捕获段天地联合导航方法

为提高火星捕获段探测器的导航精度,提出一种基于天文测速的天地联合导航方法。该方法在地面无线电测距、测速的基础上,引入探测器与恒星的视向速度作为新增观测量,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)对探测器状态进行估计。理论分析与仿真结果均表明,与仅依靠地面无线电导航相比,采用基于天文测速的天地联合观测导航方法能有效提高探测器的位置与速度估计精度,且导航精度的提升效果与马尔柯夫最优估计理论的预测值有较好的吻合度。当天文测速精度与地面测速精度相当时,位置估计精度较地面无线电导航提高了近一倍。     

基于解调分选的时分多址信号时/频差参数联合估计方法

针对TDMA多时隙信号不连续,通信时隙外噪声以及其它用户信号影响时/频差参数估计的问题,首先证明了多时隙多普勒频差信号具有相参性,指出多时隙信号在相关处理中能量是可以积累的;在此基础上,根据通信时隙外噪声、其它用户信号与特定用户信号在时域上的可分离特性,提出基于解调分选的TDMA时/频差参数估计方法,并推导分析了该方法的处理性能。试验结果表明,提出的方法可以实现TDMA信号中多用户信号的时/频差参数联合估计,可以有效降低通信时隙外噪声与其它用户信号对参数估计精度的影响。     

卫星导航信号畸变导致的测距偏差的估计方法

为定量评估导航信号的测距性能,本文研究了在轨卫星导航信号畸变导致的测距偏差估计问题。基于Vernier采样原理利用大口径抛物面天线采集在轨卫星导航信号,经数据处理获得一个伪码周期的脉冲波形。在此基础上,对该波形起点位置进行精确估计,然后根据延迟锁定环工作原理产生超前本地波形和滞后本地波形,获得E-L鉴别器曲线,最后估计鉴别器曲线的零交叉点偏差,该偏差即为卫星导航信号畸变导致的测距偏差。利用北斗卫星采集信号,获得了B1频点I支路信号的测距偏差,验证了该估计方法的正确性。     

一种基于训练符号的OFDM系统同步新算法

提出一种基于训练符号正交频分复用系统的时间频率联合同步算法。算法构造了每个载波上传输PN序列的训练符号,利用训练符号良好相关特性实现了定时估计和粗频偏捕获,再使用ML估计算法进行细频偏估计。仿真结果表明,在多径信道和加性高斯白噪声信道下,新算法定时估计和频偏估计误差小、计算复杂度低。     

噪声调幅干扰信号波达方向估计研究

利用噪声调幅干扰信号频谱结构的特殊性,提出基于阵列接收信号载频处频域数据的波达方向估计算法,通过仿真分析表明该算法的角度估计性能明显高于目前广泛采用的比幅比相单脉冲测角法,并且计算量也大大低于传统的波达方向估计算法.     

基于多站数据融合的参数精估计方法

针对侦察设备处于星载SAR副瓣照射范围,从而导致截获信号湮没于强噪声背景这个问题,本文提出一种基于多站接收机之间的数据融合方法。在信号形式未知的情况下,通过此方法可以检测出淹没在噪声中的微弱信号,进行信号的分类和时频域参数的精估计。首先,将参考接收机与其他接收机之间进行互相关处理,得到峰值信息,根据峰值信息的位置得到信号与参考信号之间的延迟位置,进行延迟校准;其次,各个接收机分别进行粗步长的分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform,FrFT）,记录峰值信息为精估计做准备,根据峰值角度和分数阶傅里叶反变换恢复出原始信号;最后,判定是否存在信号,若信号存在实现多站原始信号功率比的加性融合,根据多站峰值信息限定旋转角度范围,采用精步长的分数阶傅里叶变换估计出调频率和中心频率;利用联合互相关谱实现信号能量的累积,采用自适应门线和边界波谷连续取小方法,找到信号存续状态中的左右边界,估计出带宽和中心频率,计算脉宽,实现时频域信号的精估计。仿真实验表明：该方法可以在低信噪比的高斯白噪声和有色噪声背景下,对线性调频信号（Chirp）的时频参数进行有效的精估计。     

一种GPS系统P码直接捕获策略分析

GPS的 P码信号具有很强的抗干扰和保密能力 ,实现 P码的直接捕获对 GPS系统的军事用户及我国未来发展自己的卫星定位系统具有重要意义。针对 GPS系统 P码信号多普勒频移大、码周期长和速率高的特点 ,提出了时域 -频域联合、串行 -并行混合的捕获策略 ,介绍时域 -频域联合捕获和串行 -并行混合捕获方法的基本原理和工作方式 ,在此基础上对两方案的捕获性能进行了分析。     

基于测距误差的雷达间电磁干扰判决方法

针对传统干扰裕量法判决雷达间电磁干扰对雷达性能影响程度的不足,提出了一种基于测距误差的判决方法。建立了矩形、高斯和线性调频三种典型脉冲信号雷达测距误差计算模型,推导了测距误差与信干比的定量关系。仿真实验结果表明:随着信干比的不断增大,信号的测距误差逐渐降低,增大信号频宽也会提高测距精度。     

一种宽带阵列通道均衡器设计

从基本FIR均衡器的原理出发,讨论了校正源的设置方法和均衡器系数的计算方法.为了适应宽带阵列中高速信号处理的要求,探讨了一种经典的FIR均衡器时域高速实现方法.该时域实现虽然结构简单,但在滤波器阶数较高时需要大量的乘法资源.为了降低均衡器对乘法资源的需求,借鉴快速卷积的实现方法,提出了一种基于快速傅里叶变换的高速率均衡器实现方法.与时域方法相比,该方法在滤波器阶数大于32时能明显降低对乘法资源的损耗.对实测数据的分析,验证了该方法的正确性.     

长椭圆球波函数在卫星导航中的应用研究

卫星导航信号的码片波形是影响系统跟踪精度和抗多径干扰性能的重要因素。首次提出将时域上集中分布同时在频域上能量聚集性最佳的长椭球波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWF)作为导航信号码片波形,并对比分析了相同码速率和带宽限制下的PSWF码片波形和二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)调制码片波形的跟踪和抗多径性能。结果表明:在合适的带宽范围内,PSWF码片波形具有和带限BOC调制码片波形结构相似的相关函数和功率谱密度;PSWF码片波形在跟踪精度和抗多径干扰方面整体上优于带限BOC调制码片波形。综合分析,PSWF码片波形具备较好的导航性能,可作为我国卫星导航信号波形设计的一种新选择。     

一种应用三角内插技术的频率估计算法

Rife和Quinn等基于FFT的频率估计算法性能不够稳定,在部分频率点能获得满意的估计效果,但在其它频点估计性能恶化严重。本文将三角内插技术应用于频率估计,提出了一种新的基于FFT的频率估计算法,能够克服他们的缺点,非常适合于低信噪比条件下卫星通信信号的接收。该算法首先用FFT实现频率的粗估,再应用三角内插技术提高估计精度,最后对估计偏差进行修正,保证了估计的无偏性。仿真结果表明该算法能实现非常精确的频率估计,且估计性能不受信号频率的影响,在各频点上估计方差都非常接近克拉美劳界（CRB）,具有很低的工作门限。与时域估计算法相比,相同估计方差条件下该算法运算量低、易于实现。