相干光接收机时钟恢复算法的FPGA实现

低轨小卫星在进行相干激光通信时，需要实时解决发射端与相干光接收机之间存在的时钟偏差问题。分析了时钟偏差对相干光接收机性能的影响，设计了一种基于Gardner算法的并行化时钟恢复反馈环路来对时钟的偏差进行纠正，对各组成部分的原理进行了说明，并在现场可编程逻辑门阵列FPGA上实现了该算法，将 5 GSa/s 的采样信号在 FPGA 中以 156.25 MHz 主频，分为并行 32 路完成时钟同步处理，且实时时钟同步算法仅占用 FPGA 的 590 个自适应逻辑块和 4 个乘法器单元。同时，采用自研的集成化相干光通信模块，演示了 10 Gb/s 偏振复用正交相移键控 PM-QPSK 相干光通 信系统实验。实验结果证明该方案能稳定地补偿本地采样时钟的频率和相位偏移带来的采样定时误差。以 7%开销硬判 决前向纠错码 HD-FEC（Hard Decision Forward Error Correction）为门限，系统的灵敏度优于–51 dBm。     

混频器和滤波器非线性效应对MWC系统的影响

近年来提出的调制宽带转换器欠奈奎斯特采样系统,可以在远低于奈奎斯特频率下无失真采样宽带稀疏多频带信号.但是实际系统中混频器和低通滤波器非线性效应的影响会导致重构的信号存在失真.利用Rapp模型在理论上分析了器件的非线性效应造成信号重构误差的原因,并通过仿真实验,分析了非线性效应对支撑集重构概率的影响以及通道数和输入信噪比在降低系统误差上的作用.仿真结果表明,器件的非线性效应会降低系统的重构性能;提高通道数和输入信噪比可以提高支撑集重构概率,改善系统的性能.     

高速并行接收机中的频域符号同步算法

文章针对高速卫星通信系统接收机中的频域并行解调结构,提出了一种频域符号同步算法。该算法与频域并行解调结构相结合,可使频域并行解调结构的输出中只包含最佳采样点的值,从而进一步减少其实现时的复杂度。对算法的推导、实现结构进行了说明,并对该算法的捕获性能和跟踪性能进行了仿真。结果表明,该算法不仅实现复杂度低,适用于高速卫星通信系统,而且在低信噪比条件下也具有很好的性能,可满足实际的应用需求。     

并行组合扩频组合伪码捕获算法研究

为提高并行组合扩频测控通信系统接收端的同步性能,研究并行组合伪码的同步头、滑动相关、数字匹配滤波捕获算法,提出了并行组合伪码的FFT捕获算法。经理论分析与仿真验证,得出了数字匹配滤波与FFT捕获算法适用于并行组合扩频测控通信系统的结论。     

基于全相位频谱插值的欠采样频率估计

提出利用两个独立欠采样通道输出信号的互谱函数实现对欠采样信号的无模糊频率估计,为了提高测频精度,需要对信号真实频率与最大频域输出幅值对应量化频率的偏差进行较高精度的估算,采用全相位FFT与传统FFT联合校正频率偏差的方法,提出了全相位Rife综合算法,根据全相位FFT输出的最大谱线和次大谱线的比值决定采用全相位Rife算法或修正的细化Rife算法,仿真结果验证了该方法的有效性及高精度特性。     

一种基于差拍等效采样的高速信号采集前端的分析与设计

分析差拍等效采样的基本理论,设计并仿真验证一套实用的差拍采样系统。详细介绍如何根据输入信号的频率、幅度以及采集系统中对精度的要求,通过Simulink和Multisim的辅助,设计出合适的差拍采样系统。特别针对采样保持电路输出端的平滑滤波器的指标要求做了必要的分析。给出基于差拍等效采样的高速信号采集前端系统的详细设计方法与实现流程,并对整套采集前端进行了仿真分析。仿真结果表明,设计的采集前端符合高速信号采集的要求,可以应用于便携式数字示波器中。     

基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法

合成孔径激光雷达是一种主动式有源激光成像雷达,它具有远高于微波合成孔径雷达的成像分辨率,能够实现对远距离目标的精细成像。由于激光信号的带宽极大,普通的硬件设备难以满足奈奎斯特采样定理的要求。提出一种基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法,该方法利用光外差方法探测回波信号,在此基础上通过对外差信号进行随机采样提取信号中的有效信息,使用正交匹配追踪算法实现对目标高分辨距离像图像的重构,最后结合频率变标算法得到目标的高分辨二维图像。仿真结果表明运用新算法对合成孔径激光雷达的回波信号进行采样,能使用远低于奈奎斯特定理所规定的采样率完成信号采样,并有效压低信号旁瓣,实现对目标的超高分辨成像。
     

利用字典优化方法实现sub Nyquist采样数据的频率估计

在稀疏重构理论中,重构信号需要预先设定稀疏表示字典,针对预设字典与真实字典之间的失配对信号稀疏表示造成的不利影响,提出一种基于字典优化和稀疏贝叶斯学习(Sparse Bayesian Learning, SBL)的频率估计算法。该算法首先构造基于sub Nyquist采样数据的信号稀疏表达式,然后利用SBL算法估计信号频率,同时根据估计结果优化字典,最后反复迭代上述步骤直至计算出的频率值和对应的幅度值趋于稳定。仿真结果校验了方法的有效性。     

基于脉冲同步的混沌雷达信号延迟方法

提出一种基于脉冲同步技术的混沌雷达信号延迟方法。该方法首先对混沌信号进行滤波；然后对滤波输出进行采样量化，采用数字技术延迟实现量化的信号；最后通过脉冲同步系统来恢复原信号，实现混沌信号的延迟。文章给出了方法的系统实现结构，并发展了一个新的脉冲同步方法。通过计算最大条件Lyapunov指数，研究了滤波器带宽和最小采样频率之间的关系并讨论了采样和量化对系统性能的影响。仿真结果表明本文方法的有效性。     

基于压缩感知的单通道多频带信号感知技术

压缩感知理论突破了传统Nyquist采样定理的限制,成为近年来研究的热点。传统的压缩采样系统均采用多通道结构,在频率支集未知的情况下能够显著降低采样频率,但是此系统硬件复杂,对通道间的幅相一致性要求较高,系统的稳健性差。提出了一种基于周期非均匀采样的多频带信号感知技术,它是一种基于单通道结构的压缩采样系统,重点解决了传统方法实现时硬件复杂度高、设备要求高的问题。     

基于FPGA的高动态扩频信号快捕系统的设计与实现

针对高动态扩频信号捕获时间较长的问题,提出利用非均匀采样产生2组相差半个伪码码元的正交信号,直接在基带信号上估计多普勒频偏的方法。方法减少了本地伪码捕获过程中的调整周期。通过软硬件程序仿真,证明了该方法的可行性,与传统捕获方法相比,大大减少了扩频信号的捕获时间。     

分布式守时架构下的高精度时间比对技术研究

为了实现分布式联合守时系统建立需求,设计了远程时间比对系统,包含卫星共视、卫星双向和光纤双向三种时间比对手段,系统内使用的国产化设备比对精度与进口设备相当,实现了实验室间多手段、高精度钟差测量。使用移动校准站完成了时间比对设备相对零值校准,在相距50 km的实验室间开展长达20天的时间比对,试验结果表明,三种比对手段测量得到两地钟差均值相差小于1 ns,变化趋势相同,变化幅度相近,均可以准确测量得到两地钟差。     

提高航天传输型CCD相机地面像元分辨率方法研究

文章首先对空间传输型遥感相机提高像元分辨率的几种常规和非常规方法做了简介,在分析这些方法的优缺点以及以采样定理为依据分析我国现有CCD相机光学截止频率和CCD采样频率存在的矛盾的基础上探讨了高模式采样技术和超模式采样技术,经过比较这两种采样模式,认为超模式采样技术更具有工程可行性和优越性。然后对超模式采样计算机图像仿真结果进行了分析。     

基于椭圆轨道的空间交会停靠全系数自适应控制方法研究

本文针对线性时变对象，用差分的方法对其离散化，证明了离散化后的对象的系数之和等于1，并利用离散化对象的系数和微分方程的系数之间的关系，计算出离散化后对象的系数收敛值，这也是在时变对象和非线性领域内应用全系数自适应控制理论必须要解决的问题。并基于随圆轨道的空间交会停靠的动力学方程为实际背景，用此方法和PID方法进行了仿真比较，从仿真结果可以看出全系数控制方法的优越性。     

分布式光纤测温系统及高速数据采集与处理

分布式光纤测温系统是一种用于实时测量空间温度场分布的光纤传感系统 ,在系统中 ,光纤本身既是传输媒体也是传感媒体。讨论了系统的工作原理、设计思想、系统构成、高速数据采集以及瞬态采样平均技术 ,该系统已应用于石油测井。     

月球采样机械臂系统设计及试验验证

在对月球采样返回任务需求及探测器系统任务剖面进行分析的基础上，设计并研制了一种轻量化、大负载、高精度、宽采样范围月球采样机械臂系统。该系统主要由4自由度机械臂及两种不同采样形式的末端采样器组成，可对不同指定区域浅层月壤进行铲、挖、浅钻等多形式采集。在综合考虑机械臂系统器上布局的基础上，基于运动学模型对采样机械臂的可达采样区域进行仿真分析，提出采样机械臂月面采样策略。基于等尺寸着陆器模拟平台，开展了针对3种不同密实度模拟月壤的采样试验，采样试验结果表明在可达采样空间内，采样机械臂对不同密实度月壤均具有较好的适应性，最大采样深度可达30 mm，最大单次采样量可达270 g，单次采样时间小于2 min。     

基于轨迹特征的预警系统目标识别

文章针对弹道导弹预警系统目标识别任务的特点,通过分析弹道导弹和卫星目标间的运动特性差异,给出了预警雷达基于最小矢径这一特征区分弹道导弹和卫星的流程,并分析了弹道导弹射程、雷达测量精度、观测时间、采样间隔等因素对此流程的影响。仿真结果表明:利用最小矢径实现弹道导弹和卫星的区分是可行的,而且此法对雷达测量精度要求不是特别高。     

传输型光学遥感器斜模式采样新方法研究

文章介绍了实现超模式采样焦平面3种解决方案面临的技术难点，为避开器件问题提出了一种新的斜模式采样方法。以任意两维周期采样理论为基础分析了斜模式采样技术的物理原理，并通过实验手段验证了斜模式采样技术的可行性。试验结果表明：改变探测器推扫方向的采样间距符模式采样技术可以提高传输型光学遥感器图像的空间分辨率，该技术相对于超模式采样技术，工程实现上要简单。     

传输型光学遥感器斜模式采样新方法研究

文章介绍了实现超模式采样焦平面3种解决方案面临的技术难点,为避开器件问题提出了一 种新的斜模式采样方法。以任意两雏周期采样理论为基础分析了斜模式采样技术的物理原理,并通过实验 手段验证了斜模式采样技术的可行性。试验结果表明:改变探测器推扫方向的采样间距,斜模式采样技术 可以提高传输型光学遥感器图像的空间分辨率,该技术相对于超模式采样技术,工程实现上要简单。     

利用旋转基线方法进行双星快速定向

我国双星定位系统载波相位可观测信息少，且对地静止，难以直接利用传统的多星系统(GPS、GLONASS等)解模糊方法进行双星定向。针对此种情况，提出了一种旋转基线确定单差模糊度参数初值的方法，总定向时间不超过50秒，从而可实现双星快速定向。并且通过多位置观测，具备一定的周跳检测能力。进行了仿真实验，结果表明：当基线长度为2米，原始载波相位测量精度为1％周时，定向精度优于偏航角0．045度、俯仰角0．048度。该项技术应用于惯导系统的初始对准，可实现快速寻北，大幅减少其对准时间。此外，与双星无源定位系统结合，可组建一套我国完全自主的无源快速定位定向系统，大大提高了隐蔽性，对于我军的炮兵阵地联测意义重大。进一步，将双星与INS进行组合导航，应用前景广阔，因此该项技术具有较深的研究开发潜力。