基于子带累积的DS/FH卫星测控信号捕获算法

DS/FH(直接序列扩频/跳频扩频)混合扩频信号的快速捕获问题亟待研究。电离层色散效应增加了BPSK(二相相移键控)调制的DS/FH信号捕获的复杂度,并导致不同频点信号载波相位难以保持连续。通过估计电波传播路径上TEC(电子浓度),可以消除电离层色散效应的影响,利于应答机精确测速。提出一种划分子带的信号捕获方法,放宽TEC搜索步进,缩短搜索TEC的时间,从而实现信号的快速捕获。分析了划分子带个数与捕获时间及捕获能量损失的关系,在实现过程中可通过调整子带的个数来控制捕获能量损失,使得捕获模块设计更加灵活。     

电离层色散对DS/FH-BPSK信号解调性能影响

相位连续的DS/FH(Direct Sequence/Frequency Hopping,直接序列/跳频)扩频信号的扩频带宽比直扩信号更宽,在电离层的非线性相位以及跳频频点变化这两者的共同作用下,该信号的BPSK(Binary Phase Shift Keying,二相相移键控)解调性能明显恶化。依据随机变量概率分布的数学规律,推导得到了在背景电离层色散条件和跳频频点均匀分布前提下,某种DS/FH卫星测控信号的引导信号和长周期信号BPSK误码率的变化规律,并在特定信号参数条件下进行了误码率仿真。     

一种DS/FH混合扩频信号的并行捕获方法

为了解决低信噪比条件下高跳速DS/FH（直接扩频/跳频扩频）混合扩频信号的快速捕获问题,提出了一种FFT-IFFT（快速傅里叶变换-快速傅里叶逆变换）与非相干累加相结合的并行捕获算法。通过多支路同时运算的方式构建非相干累加矩阵,使非相干累加运算可以并行实施。分析表明,采用并行非相干累加后,既提高了捕获判决的准确性,又保证了捕获搜索的快速性。     

基于概率统计的DS/FH系统干扰检测算法

基于时频分布的干扰检测算法是DS/FH（Direct Sequence/Frequency Hopping,直接序列扩频/跳频扩频）系统干扰检测的传统手段,针对其运算量大、实时性差,以及无法检测某些特殊干扰信号等问题,提出一种基于概率统计的干扰检测算法.通过统计DS/FH系统频谱图中各频率的幅值出现位置,以DS/FH信号与干扰信号频谱分布规律的差别为判决依据,完成DS/FH系统中干扰信号的检测.分析和仿真结果表明：该检测算法能够有效识别DS/FH系统中的典型干扰信号,与传统基于时频分布的检测算法相比,能够实现某些特殊干扰信号的有效检测;同时,由于该算法不需要进行复杂的时频联合分析,其运算复杂度大大降低,能够实现DS/FH系统干扰信号的快速检测.     

DS/FH测控系统综合性能评估方法研究

针对传统方法对DS/FH(直接序列扩频/跳频扩频)系统的综合性能测试不够全面有效的问题,提出通过最低性能指标约束法对系统抗干扰性能进行综合分析。以音调干扰、窄带噪声和脉冲干扰3种典型干扰为例,探讨了这3种干扰在不同参数条件下对最低性能指标的影响。并且进一步分析了动态条件下多普勒频偏对DS/FH系统捕获性能的影响。为便于对系统的综合性能进行定量分析,给出最低性能指标约束下的系统综合性能评价指标。最后通过实例分析说明了系统综合性能评估方法的正确性与有效性,该方法对DS/FH这一复杂系统的测试具有指导意义。     

矢量结构对载波相位的预测

高精度定位通常采用载波相位测距，而当全球导航卫星系统（GNSS）接收机信号受到遮挡、存在干扰等环境影响时，载波相位易出现跟踪不连续的问题，从而影响定位精度。针对这一问题提出了一种采用矢量结构对载波相位的预测方法，预测值辅助载波相位的跟踪，为了使预测值对载波相位跟踪效果更好，使用接收信号的质量确定预测值对载波相位的影响比例。最后，试验验证了通过矢量结构对载波相位进行预测，有效地改善了载波相位的跟踪能力，从而对载波相位连续跟踪，并有效地提高定位精度。     

USB测距电离层延迟误差分析

在微波统一测控系统中，地面对航天器的跟踪主要是通过无线电波传播来完成。电波在穿过电离层时，其传播速度和角度都要发生变化，从而影响外测精度。载波相位在电离层中以相速度传播，而调制信号以群速度传播。根据群速度和相速度的关系，对统一S波段测控系统（USB）测距测速数据进行分析处理，从而提出了测距的电离层延迟误差的分析方法。     

用单片微型计算机控制高速跳频图样

扩频系统具有抗干扰能力强、保密性能好、信号功率谱密度低、能多址兼容等优点,因而很受人们重视。跳频扩频是扩频系统的一种模式,它是通过信号载波频率在一定范围内的跳跃来实现的。跳跃的规律一般由伪随机码来控制,这个码称为跳频码。在跳频码控制下,载波的周期性变化序列称为跳频图样。而高速跳频系统是指每秒频率跳变在     

高动态扩频信号的捕获跟踪与解调

本文给出了一种高动态扩频信号的跟踪解调方法，采用数字平方环载波捕获跟踪，并实施数字下变频对无载波频率变化的扩频信号进行简单相干积累解扩解调，变二维捕获过程为两个一维捕获过程，简化了高动态情形设计方案。     

基于小波变换的GPS载波相位周跳检测与修复

载波相位周跳检测与修复是实现GPS高精度定位的难点之一。小波变换具有空间局部性好的特点,本文利用小波变换把载波相位观测量分解为高频和低频分量,提出了利用小波系数局部极值点检测相位周跳的方法。基于载波相位和多普勒频率共同约束的埃尔米特多项式,外推周跳时刻载波相位,与观测值比较确定周跳的大小,从而修复周跳。利用飞机实际观测数据和仿真的高动态数据进行了计算,给出了计算结果,表明该方法可以对高动态情况下载波相位周跳进行准确探测和修复。     

一种宽带高速跳频载波频综结构的设计

将DDS（直接数字合成）与PLL（锁相环）频率合成技术相结合,采用多环并列流水线结构,设计出混合扩/跳频系统的载波频率综合单元。利用DDS技术可实现频率分辨率高、转换时间快等要求,利用PLL技术可实现杂散抑制性能高、扩展宽带等要求,并采用多环并列硬件结构保证了系统的跳变速度和宽频带指标。经闭环测试平台的测试,系统达到350～1800MHz带宽可变,频率跳变速度10 000跳/s可变,杂散抑制优于-80dBc。文章首先给出详细的硬件设计方案及其实现,同时理论分析了个各项指标的优化,最后给出闭环测试平台的搭建以及最终测试结果。     

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.     

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。     

无人机高速DS/FH混合扩频通信系统关键模块设计

针对UAV(Unmanned Aerial Vehicle,无人机)测控链路高抗干扰需求,给出了实现跳频速率20 000次/s的扩跳混合无人机测控数据链系统实现方案.系统采用跳频频率并行捕获模式.跳频源设计采用直接频率合成、DDS(Direct Digital Synthesis,直接数字频率合成)和PLL (Phase-Locked Loop,锁相环)相结合的混合频率合成技术.利用相位响应滤波器,通过正交调制技术完成MSK(Minimum Shift Keying,最小频移键控)、GMSK (GaussianMinimum Shift Keying,高斯最小频移键控)调制.通过推导得出2 bit差分解调输出与载波频率选择有关,且为四分之数据率的整数倍关系.然后通过实例分析给出了跳频频率间隔选取方法,即跳频间隔应当将临近跳频的主瓣分开,同时跳频载波频率应当设在其他跳频频谱的零点处.最后总结了高速扩跳频系统参数设计一般步骤.     

轨道预测辅助GPS载波跟踪技术用于低轨道卫星定位研究

针对低轨道卫星及其特定的运动环境,研究了星载GPS接收机载波跟踪问题。基于卫星轨道可模化、可预测的特性,提出了利用预测卫星轨道计算多普勒频移,并用于辅助载波环路跟踪的新方法。该方法有效地降低了低轨道卫星GPS信号跟踪中的动态,从而在跟踪过程中可以采取降低环路阶数、减小环路带宽、增加预检测积分时间这几种措施来提高环路跟踪弱信号的能力,有助于提高低轨道卫星的定位性能。     

Phase-Shift-Keyed Signal Detection with Noisy Reference Signals

This paper derives and graphically illustrates the performance characteristics of Phase-Shift-Keyed communication systems where the receiver's phase reference is noisy and derived from the observed waveform by means of a narrow-band tracking filter (a phase-locked loop). In particular, two phase measurement methods are considered. One method requires the transmission of an auxiliary carrier (in practice, this signal is usually referred to as the sync subcarrier). This carrier is tracked at the receiver by means of a phase-locked loop, and the output of this loop is used as a reference signal for performing a coherent detection. The second method is self-synchronizing in that the reference signal is derived from the modulated data signal by means of a squaring-loop. The statistics (and their properties) of the differenced-correlator outputs are derived and graphically illustrated as a function of the signal-to-noise ratio existing in the tracking filter's loop bandwidth and the signal-to-noise ratio in the data channel. Conclusions of these results as well as design trends are presented.     

基于滑动DFT和插值DFT算法的GPS信号载波跟踪方法

 在分析GPS接收机跟踪环路信号特征的基础上,将滑动离散傅里叶变换（DFT）算法和插值DFT频率估计算法相结合,提出一种在频域进行的载波跟踪方法。该方法首先根据捕获时得到的粗略载波频率估计值确定计算DFT值点的范围,然后利用滑动DFT算法计算这部分点的DFT值,最后利用插值DFT频率估计算法估计载波频率,进行跟踪环路中载波频率的更新。该方法计算复杂度低,便于实际应用。仿真结果显示,该方法能够对载波频率正确跟踪,验证了算法的可行性。     

高动态下惯性加速度辅助三阶锁相环性能分析

针对高阶跟踪环路稳定性比低阶环路差,大带宽带来测量误差大的问题。研究在高动态环境下,惯导加速度信息辅助卫星接收机三阶载波锁相环跟踪算法,以及不同环路参数下跟踪环路的性能。对载体高动态场景、加速度信息延迟进行建模,并对算法进行了数学仿真。仿真分析结果表明,在加速度信息辅助下,即使压缩载波跟踪环路等效噪声带宽到3Hz,在高达1200g/s的加速度动态下,环路跟踪同样稳定可靠。     

多径效应对GPS载波相位观测量的影响

推导了ＧＰＳ接收机中多径效应引入的最大载波相位跟踪误差的闭合形式。得到以下结论：当直达信号跟踪误差不超过１码片时,最大载波测相多径误差为１／４周,该值出现在测码伪距多径误差最小的情况下;当直达信号跟踪误差超过或等于１码片时,接收机跟踪多径信号,信号误检发生。     

基于鉴相器的矢量跟踪环设计

基于鉴相器的矢量跟踪环是锁定导航卫星码和载波的一种跟踪算法,这种算法适合于在弱信号环境下进行跟踪。矢量环不仅充分利用信号跟踪和导航状态解算之间的内在耦合关系,而且每一通道中采用鉴相器和锁频环结合的方式,系统一步内完成信号跟踪和导航解算任务。反馈控制量NCO是由导航滤波器和环路内部滤波器共同产生。实验表明,矢量跟踪环具有快速重捕获特性,能够在弱信号的环境下运行,比起传统环路有更小的跟踪误差。