基于PSF相关的星点定位算法

为提高非高斯分布星点定位的精度,提出了一种新的PSFC (point spread function correlation)星点定位算法,具有很好的抗噪性能和精度水平,易于工程实现.该算法利用互相关中的定义,通过确定系统所测定的PSF与星像灰度值之间的最大相似度来定位星点位置,PSF的测定是在作互相关计算之前全视场范围内可按照整像素和亚像素两种方式完成的.仿真实验结果表明：在带有噪声的星像图条件下,本文PSF相关法的定位精度最高可达到0.034像素,比质心法的精度提高1个数量级,比曲面拟合法的精度提高约20%.     

消除数据调制影响的FFT捕获方法

在利用快速傅里叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)捕获扩频信号的过程中,为了提高捕获精度,会遇到基带数据调制影响捕获性能的问题.主要分析了基带数据符号跳变影响FFT捕获性能的原因:在频域内造成待检测信号的幅度衰减以及频点偏移.提出了一种解决此问题的方法:通过对I和Q两路信号的运算,构造一个不受数据调制影响的复信号,对此信号作FFT,完成捕获.给出了此方法的MATLAB仿真,以及基于现场可编程门阵列(FPGA, Field Programmable Gate Array)的实现方案.实验数据表明,此方法消除了基带数据调制对FFT捕获性能的影响,且在相等积分时间的条件下,比常用方法的捕获精度提高了一倍.      

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。     

可见光红外自旋扫描辐射计数据处理方法

原始云图数据缓冲处理方法是ＦＹ－２号静止气象卫星ＣＤＡＳ原始云图处理分系统研制的关键问题直接关系到产生的展宽云图的精度和质量。     

“嫦娥4号”中继星开环测速方案设计与试验验证

针对深空探测器轨道测量任务高精度测速需求,提出了一种开环测速方案。首先,采用窄带模式对深空探测器下行信号进行采集记录,利用傅里叶变换+线性调频Z变换+本地重构相关联合信号处理方法,对探测器主载波信号进行处理,自适应提取探测器主载波频率;然后,基于主载波频率获取反映探测器相对于测站速度运动关系的多普勒频率,并评估多普勒频率的随机噪声水平;最后,将基于本文的多普勒频率与深空站测速基带多普勒频率、累积载波相位测速多普勒频率进行比对,并将3种多普勒频率输入探测器联合定轨程序,进一步评估本方案获取的多普勒测速绝对精度。基于"嫦娥4号"中继星在轨实测试验数据分析表明:所获得的多普勒频率提取精度为10 m Hz,优于深空站基带测速多普勒频率与累积载波相位测速多普勒频率精度;联合定轨表明:多普勒测速绝对精度为0.2 mm/s,有效验证了深空开环测速技术,为后续深空探测器轨道联合测量系统研制奠定了技术基础。     

Low-cost precise measurement of oscillator frequency instability based on GNSS carrier observation

Global navigation satellite systems (GNSS) receivers can be used in time and frequency metrology by exploiting stable GNSS time scales. This paper proposes a low-cost method for precise measurement of oscillator frequency instability using a single-frequency software GNSS receiver. The only required hardware is a common radio frequency (RF) data collection device driven by the oscillator under test (OUT). The receiver solves the oscillator frequency error in high time resolution using the carrier Doppler observation and the broadcast ephemeris from one of the available satellites employing the onboard reference atomic frequency standard that is more stable than the OUT. Considering the non-stable and non-Gaussian properties of the frequency error measurement, an unbiased finite impulse response (FIR) filter is employed to obtain robust estimation and filter out measurement noise. The effects of different filter orders and convolution lengths are further discussed. The frequency error of an oven controlled oscillator (OCXO) is measured using live Beidou-2/Compass signals. The results are compared with the synchronous measurement using a specialized phase comparator with the standard coordinated universal time (UTC) signal from the master clock H226 in the national time service center (NTSC) of China as its reference. The Allan deviation (ADEV) estimates using the two methods have a 99.9% correlation coefficient and a 0.6% mean relative difference over 1–1000 s intervals. The experiment demonstrates the effectiveness and high precision of the software receiver method.     

基于图像拼接的微小零件视觉检测方法

针对毫米级微小尺寸零件的高准确度检测问题,提出了一种基于图像拼接技术的视觉检测方法,即利用亚像素微小位移结合相位相关的自动拼接方法。以两幅图像的拼接为例,这种方法首先对第一幅图像利用三次样条插值,进行亚像素微小位移;然后用处理后的第一幅图像与第二幅图像进行相位相关处理,计算两者的相关功率谱函数分布图;再根据分布图中功率谱最大值求出两幅图像的亚像素配准关系;最后根据配准关系把两幅图像拼接起来。实验表明,使用这种拼接方法,准确度可达到亚象素级,并具有抗噪声、易实现自动化等特点。     

An improved real-time cycle slip correction algorithm based on Doppler-aided signals for BDS triple-frequency measurements

Doppler, which is an instantaneous GNSS observable signal, has been proven effective in determining velocity and acceleration due to its high availability and accuracy. We propose a real-time triple-frequency cycle slip correction (CSC) method based on Doppler-aided signals because Doppler shift is time-independent and immune to cycle slips. When the sampling interval is less than 1 s, cycle slips on triple-frequency can be detected and repaired using pure Doppler data with high reliability; however, this method cannot be used when the sampling interval exceeds 1 s because the integral cumulative error of Doppler increases significantly. For such cases, a modified triple-frequency CSC approach has been developed based on the raw phase and smoothed code data that was refined using the Doppler signal. To suppress the effect of the integral Doppler error, a balance factor is introduced to adjust the contributions of the raw code and Doppler observables. After the refinement of the GNSS data, three independent combinations need be selected to detect and repair cycle slips with triple-frequency observations. Four constrained criteria have been proposed to select optimal combinations that can reduce the residual ionospheric delay (RID) and measurement noise to a low level. Finally, experiments were carried out to test the performance of the new method using real triple-frequency BDS observations (GPST: 3:15:00–5:55:00, March 23, 2018). The results show that pure Doppler can detect and repair cycle slips effectively with small intervals, and modified Hatch-Melbourne-Wübbena (HMW) method based on Doppler-aided signals can achieve 99.7% success rate in cycle slip correction with large intervals (up to 30 s).     

PIV技术的粒子图像处理方法

以图像相关理论为基础,研究粒子图像测速技术(PIV)的图像处理方法,编制出高精度的处理软件,重建计算模拟的粒子图像位移场,给出了自相关法与互相关法的积相关与减相关的计算结果,及互相关法的误差分析,分析了自相关与互相关区别.得出了互相关法是提高粒子图像测速技术精度的有效方法的结论,因此跨帧技术是PIV技术的发展方向.     

基于瞬时相关频域检测的复合调制引信定距方法

为了实现混沌调相与线性调频复合调制无线电引信对不同散射特性的地面目标的精确定距功能,提出一种基于瞬时相关频域检测的复合调制引信定距方法。在时域瞬时相关处理之前,对本地预设混沌码与目标回波信号以码元宽度为采样周期进行同步采样;为减小目标回波幅值对定距方法的影响,以二维快速傅里叶变换（2D-FFT）提取目标的距离、速度信息,以相关窗位置、谐波包络主瓣位置、稳定的多普勒频率3个特征量作为定距依据,从频域角度进行精确定距。仿真结果表明:所提方法的判定结果只与目标信号信噪比有关,而与信号幅值具体大小无关;所提方法可在-28 dB的极低信噪比条件下实现复合调制引信对不同散射特性地面目标的精确定距功能。      

极小化相位误差加权间断有限元辛方法

对于线性Hamilton系统,辛差分方法可以保持系统的辛结构,有限元方法可以保证系统的辛性质并具有能量守恒特性。但辛差分方法和有限元方法时域上仍然存在相位误差,使得计算的精度不是很理想。提出极小化相位误差加权间断有限元辛方法（WDG-PF）,该方法是辛方法,同时,对Hamilton系统的求解具有极小的相位误差。数值显示该方法可以保证Hamilton系统的能量守恒性。WDG-PF方法解决了时间有限元方法（TFE）存在的相位漂移现象,同时指出间断有限元方法可以通过加权处理达到保辛要求。WDG-PF方法相较于针对相位误差设计的计算格式分数步对称辛算法（FSJS）、辛Runge-Kutta-Nystrom（RKN）格式以及辛分块Runge-Kutta（SPRK）等方法,WDG-PF显著地减少相位误差,和显著提高Hamilton系统能量精度的优点。相位误差和能量误差几乎达到计算机精度。同时单元内部具有超收敛现象。特别针对高低混频Hamilton系统,传统方法很难在固定的步长下同时实现对高频和低频信号的精确仿真,WDG-PF方法则可以在大步长下同时实现对低频信号和高频信号的高精度仿真。数值显示,WDG-PF方法切实有效。      

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.      

Proposal of application of same beam VLBI measurements in precision orbit determination of lunar orbiter and return capsule and lunar gravity field simulation in Chang’E-3 mission

High accuracy differenced phase delay can be obtained by observing multiple point frequencies of two spacecraft using the same beam Very Long Baseline Interferometry (VLBI) technology. Its contribution in lunar spacecraft precision orbit determination has been performed during the Japanese lunar exploration mission SELENE. In consideration that there will be an orbiter and a return capsule flying around the moon during the Chinese lunar exploration future mission Chang’E-3, the contributions of the same beam VLBI in spacecraft precision orbit determination and lunar gravity field solution have been investigated. Our results show that the accuracy of precision orbit determination can be improved more than one order of magnitude after including the same beam VLBI measurements. There are significant improvements in accuracy of low and medium degree coefficients of lunar gravity field model obtained from combination of two way range and Doppler and the same beam VLBI measurements than the one that only uses two way range and Doppler data, and the accuracy of precision orbit determination can reach meter level.     

脉冲多普勒主动引导头自动化单元测试系统

叙述了脉冲多普勒主动导引头自动化单元测试系统的研制及其工作原理.实践表明,该测试系统能够自动设置导引头和测试设备的各种状态,自动完成各种复杂的测试过程,实时显示关键参数曲线,并自动生成记录文件;而且还能自动记录产品各部分的加电时间和过程,使导引头的调试和测试过程大大简化.该系统具有以下特点①模拟信号的延迟、多普勒频率、功率和噪声,且全部实现程序控制.采用晶振、分频等数字电路形成的多普勒频率、脉冲延迟,其准确度高、稳定性好,易和计算机联系.性能指标先进,使用非常方便.②模拟信号具有宽带特点,对不同点频的导引头,频率范围都可覆盖.③目标信号模拟器嵌入微处理器和接口电路,地面测试计算机通过RS-422接口和模拟器交换信息,并控制测试设备的工作状态,完成自动化测试.④控制台按特定程序加电,设有多项自动保护功能.     

高抗干扰性的多普勒频率测量系统

提供一种在噪声背景下可靠测量多普勒频谱信号中心频率值的方法，将锁相理论应用于干扰情况下的多普勒频率测量系统，利用跟踪搜索转换电路，实现了在窄频带内跟踪，宽频带内搜索，使系统具有抗干扰能力强，灵敏度高等优点。实验表明，当系统跟踪多普勒频率信号后，对较强的邻频干扰信号，不产生错误跟踪。     

基于幅频响应特性的半球谐振子频率裂解与固有刚度轴方位角测定方法

半球谐振子频率裂解与固有刚度轴方位角是影响陀螺性能指标的核心因素。提出了一种基于幅频响应特性的半球谐振子频率裂解与固有刚度轴方位角测定方法,采用压电激振台扫频激振,多普勒激光测振仪检测谐振子的幅频响应特性,通过幅频响应特性曲线分析实现频率裂解与固有刚度轴方位角的测定。对该方法进行了理论分析,搭建了实验装置,并对半球谐振子进行了测试,结果表明：该方法频率裂解测量精度优于0.01Hz,固有频率主轴方位角确定精度优于±1.17°,具有良好的可行性,在半球谐振陀螺研制方面具有良好的参考意义。     

电离层多普勒接收机的设计与实验

利用软件无线电技术设计了一种电离层多普勒接收机. 该接收机采用DSP, FPGA等数字芯片与PXI总线进行架构, 使用GPS作为接收机的时间和频率同 步模块, 能够灵活设置系统参数. 实验接收来自中国蒲城陕西天文台的高 频时间信号, 实时获取由于电离层扰动所产生的多普勒频率偏移信息. 使用通过MATLAB语言实现的信号处理软件平台, 对接收到的高频信号进行处理. 观测结果表明, 接收机能够分析电离层回波信号的多普勒频移随时间的变化, 是获取不同空间尺度电离层扰动信息的一种有效手段.      

用杂波子空间近似法实现机载相控阵雷达的自适应杂波抑制

在机载情况下，多普勒展宽的时变杂波可以由相控阵雷达中的空间－时间处理器得到最佳的抑制。然而对于大型阵列的实时应用却很困难，这是由于这种空间－时间最优处理要求很高的计算量（大约为每次迭代Ｏ｛（ＮＭ）＾２｝，其中Ｎ为阵元数，Ｍ为时间采样数）。在本文中，首先通过杂波子空间分析证明了杂波自由度小于Ｎ＋Ｍ，且单个多勒滤波器输出的杂波自由度很小，从而可以用一个仅有Ｎ＋Ｍ个自由度的低阶处理器来实现最佳的杂波抑制     

一种基于被动探测的双机雷达协同定位方法

针对有源探测易被发现及干扰的问题,设计基于被动探测的双机协同射频隐身定位方法。通过测向交叉定位处理获得目标的距离信息,利用属性数据关联消除“鬼影”,从而完成对目标稳定有效的探测。所设计的双机雷达协同定位方法具有目标定位精度高和隐蔽性良好等优点,并通过仿真验证了算法的有效性和实用性。