北斗导航接收机频率稳定度传递算法

为了提高北斗导航接收机的灵敏度,提升其弱信号跟踪能力,通常需要利用长时间的相干积分来提高环路信噪比。但是,当相干积分时间加长到一定程度时,环路性能反而有所下降,信噪比提升也不能达到理论值。针对由剩余频率误差和晶振误差引起的相干积分能量损失问题,主要研究了频率偏差对环路跟踪性能的影响,并提出了利用频率稳定度传递策略辅助弱信号跟踪的方法,解决了北斗导航接收机弱信号跟踪性能提升的问题,最大程度地改善了相干积分的效果,实现了对弱信号的跟踪。利用软件接收机平台对提出的频率稳定度传递算法进行验证,仿真结果表明该算法可使环路信噪比提升4dB ~5dB,充分说明了其可行性及有效性。     

基于FPGA的北斗B1频点接收机 基带信号处理器设计

针对北斗二代B1频点信号比特翻转频繁的问题,设计并实现了基于FPGA的北斗B1频点导航接收机基带处理器.该处理器在信号捕获过程中设计了频率精细搜索的精捕获算法,避免了假捕获并且提高了捕获频率的精度;在载波跟踪环路中设计2阶锁频环辅助3阶锁相环的方案,以提高环路跟踪的动态性能.其中,锁频环和锁相环均设计了对比特翻转敏感的鉴别器,保证环路跟踪的准确性.试验结果表明,该基带处理器设计具有较高精度的捕获频率和良好的高动态跟踪能力.     

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。     

加速度冲击对卫星接收机性能影响

基于加速度对晶体振荡器输出频率的影响,研究了加速度冲击对卫星接收机性能的影响。首先,利用ANSYS软件仿真分析了加速度冲击作用对石英晶体形变的影响过程,在此基础上建立加速度冲击环境下卫星接收机参考源晶振的频率偏差数学模型;接着,分析在加速度冲击下由参考晶振频率偏差对接收机射频前端输出中频信号的影响,并结合卫星接收机的工作原理阐述了加速度冲击对其跟踪性能的影响。仿真结果表明,加速度冲击会使接收机跟踪环路的性能恶化,时间较长会引起跟踪环路失锁。     

带通限幅器对锁相环噪声性能的影响

锁相环路中,在鉴相器前加上AGC（自动增益控制）,可以使环路性能在输入信噪比发生变化时保持稳定,带通限幅器也可以起到类似作用。尽管有一些文章对限幅器的性能作了研究,但是在PLL（锁相环）闭环条件下,鲜有文章分析其对环路噪声性能的影响。因此,文章以基本PLL环路的数学模型为基础,推导出PLL中分别加入相干AGC和带通限幅器后新的环路数学模型,以一阶PLL为例,计算和比较不同控制方式下环路相位误差均方值的变化,最后说明应当根据飞行任务的不同选择对环路更有利的控制方式。     

基于极大似然估计器的GNSS矢量跟踪算法

矢量跟踪是一种将全球导航卫星系统(GNSS)接收机的信号跟踪与导航解算融为一体的跟踪算法。传统的基于矢量延迟/频率锁定环(VDFLL)的跟踪算法普遍采用延迟锁定环(DLL)和锁频环(FLL)鉴别器计算伪距和伪距率偏差观测量,由于锁频环鉴别器存在近似误差和一步延迟效应,在高动态环境下容易造成环路失锁。从直接估计卫星信号特征参数的角度出发,基于中频信号模型构建码相位和载波多普勒的极大似然代价函数,采用非迭代估计算法得到各通道码相位和多普勒频移的估计偏差,转换为卡尔曼滤波器的观测矢量,提出一种基于极大似然估计器(MLE)的矢量跟踪算法。理论分析和仿真结果表明:新算法结合了极大似然估计和矢量跟踪的优点,克服了FLL的延迟效应,与基于VDFLL的矢量环路相比,高动态环境下的跟踪稳定性更好,可以对被遮挡的卫星保持持续的跟踪。     

基于AFSA 优化级联随机共振的轴承故障诊断方法

针对航空发动机转子系统中轴承故障诊断困难的问题,提出基于人工鱼群算法（AFSA）优化的级联随机共振轴承故障诊 断方法。建立1 个2 级级联随机共振系统对轴承微弱故障信号进行增强,以故障信号的输出信噪比为优化目标函数,采用AFSA 算 法同步优化双稳态随机共振系统的结构参数a 和b,采用优化后的级联随机共振系统分别处理仿真信号和试验信号,提取故障特 征频率验证算法的有效性。结果表明：所建立的故障诊断算法具有良好的滤波降噪特性,提取的滚动轴承故障特征频率与理论值的 误差小于0.1%。     

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。     

极弱信号环境下GPS位同步和载波跟踪技术

为解决环路未锁定、无法找出正确的导航数据位跳变点时极弱全球定位系统(GPS)信号跟踪问题,通过分析信号跟踪模型和相关器1 ms采样数据特性,将最优路径动态规划算法应用于GPS位同步,并提出基于平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)和位同步结合的载波联合跟踪算法。建立了适合位同步的SRUKF载波环参数估计模型,针对位同步的实现条件和无相位频率先验信息的情况,将位同步模块提前,研究设计了环路未锁定时串行和并行两种弱信号跟踪方案。位同步跟踪完成后环路采用单独的SRUKF工作方式。实验结果证实该文提出的算法具有较高的数据位边缘检测概率(EDR)和参数估计性能,而无须关心环路是否处于锁定状态,能够对载噪比低至22 dB/Hz的弱信号实现跟踪。     

基于分数阶Fourier变换的微弱LFM信号检测

为了提高侦察系统对微弱LFM信号的检测能力,文章提出了一种基于分数阶Fourier变换的微弱LFM的检测方法。首先,分析LFM信号在离散分数阶Fourier变换计算条件下的输出信噪比,得出当观测信号的采样点数增大时,分数阶Fourier变换可有效改善输出信噪比。利用该结论,提出了通过提高信号的采样频率或者对已采样信号作插值的方法,改善分数阶Fourier变换对微弱LFM信号的检测。最后,仿真验证该方法是有效的。     

基于UKF准开环结构的高动态载波跟踪环路

 对高动态环境下的全球卫星导航系统（GNSS）载波信号跟踪方法进行了研究。在分析高动态载波信号模型的基础上,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波（UKF）的准开环载波跟踪方法。此方法能够消除导航数据二进制相移键控(BPSK)调制的影响,并采用四维UKF相位估计模型提高跟踪精度,同时对估计值进行补偿以减少滤波器的滞后性。通过模拟接收机的高动态运动轨迹,从跟踪误差、跟踪结果和补偿效果3个方面,与基于卡尔曼滤波（KF）的锁频环(FLL)辅助锁相环(PLL)结构的传统跟踪方法进行比较,结果表明基于UKF的准开环跟踪方法能够有效地完成高动态环境下的载波跟踪。     

Carrier loop architectures for tracking weak GPS signals

The performance of various carrier recovery loop architectures (phase lock loop (PLL), Doppler-aided PLL, frequency lock loop (FLL), and Doppler-aided FLL) in tracking weak GPS signals are analyzed and experimentally validated. The effects of phase or frequency detector design, oscillator quality, coherent averaging time, and external Doppler aiding information on delaying loss of lock are quantified. It is shown that for PLLs the metric of total phase jitter is a reliable metric for assessing low C/N performance of the tracking loop provided the loop bandwidth is not too small (~> 5 Hz). For loop bandwidths that are not too small, total phase jitter accurately predicts carrier-to-noise ratio (C/N) at which loss of lock occurs. This predicted C/N is very close to the C/N predicted by bit error rate (BER). However, unlike BER, total phase jitter can be computed in real-time and an estimator for it is developed and experimentally validated. Total phase jitter is not a replacement for BER, since at low bandwidths it is less accurate than BER in that the receiver loses lock at a higher C/N than predicted by the estimator. Similarly, for FLLs operating at small loop bandwidths, it is found that normalized total frequency jitter is not a reliable metric for assessing loss of lock in weak signal or low C/N conditions. At small loop bandwidths, while total frequency jitter may indicate that a loop is still tracking, the Doppler estimates provided by the FLL will be biased.     

A Study on Particle Filters for Single-Tone Frequency Tracking

In this paper, we present an online approach for frequency tracking of a noisy sinusoid using sequential Monte Carlo (SMC) methods, also known as particle filters (PFs). In addition, apart from employing the classical Cartesian formulation model, we also develop two alternative dynamical models, namely, nearly constant frequency (NCF) and Singer, which are adapted from the maneuvering target tracking discipline, to describe the evolution of time-varying frequencies, and investigate their fitness to the frequency tracking application. When compared with conventional techniques whose performance is restricted to linear Gaussian models and/or to slowly varying frequencies, PFs are more flexible to handle situations where these conditions are violated. Extensive evaluations on the proposed new models and PF tracking algorithms are conducted with different sets of frequency inputs and levels of signal-to-noise ratio (SNR). According to the computer simulation results, it is found that PFs under all investigated models consistently outperform and are less sensitive to SNR levels than the extended Kalman filter (EKF). Furthermore, the results suggest that while none of the models perfectly fits all types of frequency inputs, NCF model is more suitable for moderately varying frequencies, whereas the Singer is more suitable for rapidly changing frequencies.     

不同参数对地形等值线匹配算法精度影响的评估分析

影响地形辅助导航匹配算法性能的因素很多,而目前基于信噪比的分析方法不能全面准确地评估匹配精度受各种参数的影响情况。本文以等值线(ICCP)算法为研究对象:首先,通过理论分析指出目前基于信噪比的分析方法的局限性和算法灵敏度受航向的影响情况;然后,通过仿真分别研究高度测量精度、惯导(INS)航迹精度、初始位置误差、航向误差、采样设置等因素对匹配精度的影响,并进一步从地图独特性、高度测量误差和INS航迹误差3个方面综合分析了各类误差和具体的误差参数对匹配性能的综合影响;最后,从算法的匹配精度和实时性等角度总结了各种参数的影响情况,为ICCP算法的工程应用提供理论基础。     

激光多普勒流速仪系统参数优化实验研究

为获取激光多普勒流速仪光电倍增管电压、脉冲信号阈值和信噪比等级等系统参数对测量结果的影响,在自循环环形水槽中,采用对比实验,测量了相关系统参数对采样数据率、时均流速和脉动流速的影响程度。实验结果表明：光电倍增管电压在570-630V时脉动流速测量结果相对稳定;较低的脉冲信号阈值能提高采样数据率,实验时应根据采样数据率进行调节;信噪比等级对时均流速和脉动流速无影响,等级为Very Low时能满足水流实验需要。优化激光多普勒流速仪系统参数设置,将提高采样数据率和测量精度。     

Peformance of dynamic programming techniques forTrack-Before-Detect

“Track-Before-Detect” (TBD) is a target tracking technique where no threshold is applied at each measurement frame. Instead, data are processed over a number of frames before decisions on target existence are made. The track is returned simultaneously with the detection. A simple algorithm is presented and demonstrated via simulations. A detailed analysis enables detection and tracking performance to be predicted for particular algorithm parameters. Good performance is observed at low signal-to-noise ratio (SNR), with rapid degradation as SNR is reduced further. For some cases the detection performance does not improve regardless of how many frames of data are processed. Tracking performance may also be poor even though detection performance is good     

MIMO雷达射频隐身性能优化的目标跟踪算法

随着现代战场中电子对抗的日益激烈,雷达的生存环境受到了严重的威胁。射频（RF）隐身技术是一种提高雷达及其运载平台战场生存能力的重要途径。为提高雷达射频隐身性能,针对具有MIMO探测模式的新体制雷达提出了隐身性能优化的目标跟踪算法。该算法基于射频隐身性能优化模型,通过自适应控制系统的子阵划分个数、平均发射功率、波束驻留时间以及采样周期,在满足系统跟踪性能要求的前提下优化系统射频隐身性能,其中的射频隐身性能综合考虑了截获因子及采样周期。仿真结果表明,与传统相控阵雷达相比,本文所提出的目标跟踪算法使MIMO雷达具有更好的射频隐身性能。     

旋转变频频率捷变雷达本振跟踪误差的分析

 本文从旋转变频磁控管式频率捷变雷达的本振频率跟踪原理出发,分析了产生本振频率跟踪误差的主要因素。文中着重讨论了本振频率冷跟踪误差问题。同时也提出了热跟踪后本振频率跟踪误差项。分析前者,可以决定热跟踪电路应予修正的频率范围,而后者则是跟踪本振最终的误差。以上分析对如何采取措施提高系统的跟踪精度是有参考作用的。     

改进的基于隐马尔可夫模型的自适应IMM算法

针对机动目标跟踪中交互式多模型算法(IMM)的马尔可夫转移概率矩阵固定不变造成跟踪精度降低的问题,在已有的基于隐马尔科夫模型(HMM)的自适应IMM算法的基础上,对隐马尔可夫链的长度和Baum-Welch算法迭代次数的2个参数对该算法跟踪性能的影响,进行了深入研究分析,进一步明确了这2个参数选择的依据;并针对该算法在目标机动转换时峰值误差增大的问题,给出了2种修正方法,从而提出了改进的基于HMM的自适应IMM算法。最后,通过仿真分析了算法的参数和修正方法对跟踪性能的影响,并与传统IMM算法进行对比,证明了文章提出算法的有效性。