一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法

利用卫星导航系统对高轨航天器进行自主导航与高精度定轨,对接收机的捕获灵敏度要求极高,双块补零(DBZP)算法是无辅助下卫星导航弱信号捕获的理想方案,然而受限于数据处理量大,DBZP实际应用难度大。在深入分析双块补零机理的基础上,结合矩阵重构的思想,提出了一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法。该方法对参与块内相关运算的基带信号和本地测距码分别进行重构,解决了块内点数与快速傅里叶变换输入点数之间的矛盾,提高了北斗导航接收机弱信号捕获性能。仿真实验结果分析表明,改进双块补零算法对信噪比没有损失,可以保证对低至15dB·Hz的弱信号进行有效捕获,能够满足高轨航天器定轨、室内外无缝导航等对接收机高灵敏度的需求。本方法是在块内运算层面对DBZP进行优化,具备良好的通用性和可移植性,与优化相干积分策略的各种改进DBZP算法可以无缝对接,进一步提高北斗导航接收机信号处理的效能。同时,重构的思想也适用于其他采用码分多址信号的卫星导航系统的弱信号检测和捕获,对提升多星座卫星导航系统的基带信号处理性能具有参考意义。     

北斗B1 QPSK调制信号的高灵敏度捕获算法

卫星信号在复杂环境中功率存在衰减,导致其低于接收机正常捕获范围,给信号捕获带来较大困难。在分析北斗B1频点信号体制及研究码并行捕获算法基础上,提出了针对北斗B1 QPSK调制信号的双通道并行搜索捕获算法,设计了优化的相干、非相干码并行捕获算法,解决了信噪比较低环境中北斗卫星信号捕获困难的问题。利用卫星信号模拟器产生的仿真信号对双通道并行捕获算法和相干、非相干累加捕获算法进行验证与分析,结果表明,前者性能明显优于单通道捕获,后者较普通捕获算法具有更理想的捕获灵敏度。     

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。     

高轨环境下BDS弱信号跟踪技术研究

针对高轨接收机需要接收来自地球对面的导航卫星信号而导致接收功率过低,且存在较大多普勒频移和多普勒频移变化率的问题,对适用于高轨导航接收机的BDS("北斗"系统)信号跟踪技术进行研究。通过STK(卫星开发工具包)建立仿真场景对HEO(大椭圆轨道)接收导航信号特性分析,根据仿真指标重新设计了弱信号跟踪环路结构以及对应的跟踪流程,并特别针对BDS B1I跟踪中存在的NH(Neumann-Hoffman)编码问题,提出滑动相关法去除NH码的方式,来延长预检积分时间。仿真表明,通过1ms稳定跟踪之后,采用滑动相关法去除NH码,将环路预检积分时间延长至20ms,跟踪环路能够成功跟踪高轨环境下C/N0=26dBHz的低信噪比BDS B1I信号,满足导航应用需求。     

基于LEO辅助的北斗B1C高灵敏快速捕获算法

随着低轨(LEO)卫星数量的不断增加,利用LEO星座辅助增强GNSS导航性能已经成为一种新的趋势.针对低信噪比环境下B1C信号难以捕获的问题,提出了一种基于LEO辅助的B1C信号高灵敏快速捕获算法.首先对提升接收机捕获灵敏度进行了分析,对比了相干积分与非相干积分对于信号处理增益的影响,得出在低轨导航增强信号的辅助下采用增加相干积分时间的捕获算法对低信噪比条件下B1C信号的捕获更有效.然后提出了一种基于LEO辅助的B1C高灵敏快速捕获算法,从理论分析和实验仿真两方面,对比验证了在LEO辅助下可以显著提高B1C信号的捕获灵敏度,缩短捕获时间,提高捕获效率.     

基于通用无线电外设的北斗信号仿真系统

研究了基于通用软件无线电外设(USRP)的北斗信号仿真系统。给出了北斗卫星电文的生成方式,使用Matlab读取星历信息并定义编码产生北斗卫星信号,并利用USRP实现北斗卫星电文的调制发射,利用接收机对该信号进行捕获接收,并对信号附加的多普勒频移进行仿真。最后通过接收机对仿真系统产生的信号进行接收验证。通过此仿真系统可更直观地研究北斗卫星信号,对研究北斗卫星导航系统具有一定的参考意义。     

基于Walsh变换的伪码快速捕获算法

本文针对空间探测的背景,利用单FPGA作为潜在处理平台,介绍了基于Walsh变换的位码快速捕获方法,并与滑动相关、FFT捕获算法进行了比较.仿真和分析结果表明基于Walsh变换的伪码快速捕获算法比FFT捕获算法捕获时间更短,占用资源更少,但是无法根本提高信号捕获的抗干扰能力,在非深空探测中具有良好的应用前景.     

基于FPGA的BOC(1,1)信号捕获技术

BOC调制是新一代卫星导航系统中广泛采用的调制方式,在时域上具有多峰值特性,副峰的存在增加了捕获的难度。采用自相关副峰消除技术(ASPeCT)在原有的BOC码相关支路的基础上增加一条伪码相关支路,可以有效削弱码相位检测函数的副峰,避免误捕获,是一种性能良好的BOC信号捕获技术。提出一种采用二维并行快速搜索的在FPGA芯片中实现ASPeCT捕获技术的方案,可以显著缩短捕获时间。在理论分析和仿真验证的基础上,采用Verilog硬件描述语言在接收机FPGA+DSP平台上编程实现,在露天测试中,成功捕获到Galileo E1B卫星导航信号,并对ChipScope采集的数字中频信号的多普勒频率和码相位静态捕获结果进行验证,与同一段信号的Matlab仿真结果一致,证明所提出的技术方案正确合理可行。     

基于相关与小波变换相结合的弱信号检测

针对强噪声背景中的弱信号检测问题,在传统的相关检测方法的基础上,利用小波良好的去噪性能,提出了相关检测与小波变换相结合的弱信号检测方法。仿真结果表明,该方法优于传统的相关检测方法,无须知道有用信号的先验知识和同步信号便可以有效的检测周期性弱信号,并获得更高的输出信噪比。     

用峰态算法提取发射过程振动信号弱冲击特征

针对卫星导弹发射过程振动信号中存在的弱冲击信号,用峰态算法对其进行分析,用以发现弱冲击信号的存在和出现的时间。并利用实测数据进行计算,验证了该算法的有效性并指出使用该算法应注意的问题。     

遗传算法在微弱GPS信号捕获方法中的应用

 研究了微弱GPS信号的捕获问题,以捕获时较低的虚警概率和较高的检测概率为目标,以累加时的粗捕获(C/A)码周期数和导航数据数,以及捕获门限等参数为决策变量,应用遗传算法(GA)来解决这一多目标优化问题。仿真结果表明,该方法能够有效地解决所提出的问题,所得解能够优化捕获时欲选取的参数,从而提高捕获性能。     

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。     

惯性辅助的北斗导航故障自适应方法研究

北斗导航系统完好性是指北斗导航系统不能用于导航服务或导航精度超出给定范围时,具备及时发现故障并通知用户的能力.针对北斗导航完好性检测问题,为改善北斗导航定位系统的精度、连续性、完好性和可用性,研究了基于惯性辅助的北斗导航故障检测方法,设计了北斗导航系统的量测修正与故障检测实现方案,构建了基于新息正交性的自适应滤波北斗/SINS紧组合导航架构,根据滑动窗口内新息动态变化特性修正系统量测噪声方差,在北斗导航信号受到较大干扰、发生异常的情况下,对品质较差的卫星测量信号进行识别,并对检测超出一定阈值的突变卫星信号实现故障隔离,从而提高系统适应能力,增强北斗/SINS紧组合导航系统容错性.构建了北斗/SINS组合导航系统仿真验证模型,结果表明,基于惯性辅助的北斗导航方法能够有效检测出卫星信号故障,提高了系统的适应性和定位精度.     

基于特定混沌系统的微弱信号检测仿真研究

在分析了Duffing混沌系统动力特性的基础上,提出了不含系统策动力的混沌检测模型,结合信号的自相关检测技术,利用该检测系统可以实现频率已知但相位未知的正弦信号幅值的检测,仿真实验表明了该方法的有效性。     

基于改进圆域分割方法的混沌微弱信号检测

针对Melnikov方法和Lyapunov指数法在确定Duffing振子混沌阈值时计算繁琐、耗时较长的问题,提出基于改进圆域分割的相图识别方法。以圆域内相点比例为指标,利用其在系统相变时急剧变化这一特性进行微弱信号的检测。改进圆域分割方法的圆域半径取值更加灵活,使混沌阈值的确定更加方便。仿真实验表明,信噪比为-60 d B时检测正确率达89%,验证了该方法的有效性。     

基于联邦滤波的惯导/北斗/里程计紧 组合导航算法研究

针对地面载体长时间复杂应用环境对导航系统精确性和可靠性的要求,提 出一种基于联邦滤波器的惯导/北斗/里程计紧组合导航算法。在分析惯导、北斗、里程 计导航系统特点的基础上,建立了组合导航系统的误差状态模型和量测模型,采用联邦 滤波器实现了三者的紧组合容错系统设计,分别对子系统无故障、北斗及里程计出现故 障情况下进行仿真验证。结果表明,将联邦滤波理论应用于惯导/北斗/里程计紧组合导 航系统可以提高导航性能和系统的容错能力。     

基于北斗的ADS-B技术在我国通用航空中的应用

通用航空在我国发展迅速,但低空空域监视技术一直是其发展的瓶颈,提出了采用基于北斗的ADS—B技术作为解决问题的方法。介绍了ADS-B技术,分析了实现东北地区低空覆盖所需的地面站数量;设计了基于北斗的ADS—B通航监视系统,提出了发展该技术的建议措施。