“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。     

基于轨道参数和SAR回波数据的多普勒调频率快速估计

多普勒调频率是SAR方位向压缩的关键参数之一. 调频率的失配会带来严重的方位向散焦, 从而影响成像质量. 基于减灾、防灾目的, 需要对SAR数据快速成像, 从而相应要求对多普勒调频率进行快速估计处理. 根据多普勒调频率快速估计需求, 提出了一种基于轨道参数法和Map Drift算法估计多普勒调频率的综合反演算法, 利用多普勒调频率与距离的关系, 简化整个估计流程, 从而提高估计速度. 同时给出了一种块数据筛选的方法, 用于选择综合反演法中所采用的块数据. 实验结果表明, 综合反演法能够在满足成像质量要求的基础上, 快速估计出多普勒调频率.      

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。     

高精度星载SAR多普勒参数估算方法

提出了一种基于空间坐标转换,利用卫星位置、速度参数精确估算星载SAR(Synthetic Aperture Radar)全观测带多普勒参数的方法.利用卫星速度、位置,通过星载SAR空间几何模型和坐标转换关系,建立SAR图像中斜距同卫星下视角之间的四次方程,解出下视角并进一步计算出该斜距处的多普勒参数值.仿真结果表明,该方法在无卫星位置、速度误差情况下估算精度达到0.02Hz(多普勒中心频率)和2×10-4Hz/s(多普勒调频率);存在卫星位置测量误差(300m)以及速度测量误差(0.3m/s)的情况下,估算精度达到0.8Hz(多普勒中心频率)和0.07Hz/s(多普勒调频率).该方法适用于单星SAR以及分布式SAR高精度多普勒参数的估算.      

GNSS弱信号两级快速傅里叶变换捕获方法

高动态弱信号条件下,为了提高捕获过程实现的灵活性,提出了两级快速傅里叶变换(FFT)多普勒频率捕获方法,第一级FFT使用较短的相干积分时间将多普勒频率搜索范围划分为多个粗分格,第二级FFT在每一个分格内对多普勒频率进行更精细的搜索.采用文章提出的捕获方法,可以降低FFT点数,简化实现复杂度;另一方面,计算第一级FFT时可通过流水线操作提高资源利用率.为了验证所提方法的正确性,仿真实现了两级FFT捕获方法.结果表明,两级FFT方法能在高动态弱信号条件下正确捕获多普勒频率.     

指路明灯--导航卫星

火车汽笛的音调,在驶近的时候会升高,而远离的时候会降低。像这种声源在相对运动中频率变化的现象称为多普勒效应。无线电波同样也有多普勒效应。美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验,结果发现,当卫星在近地点时信号频率就增加,远地点时信号频率就降低。因为卫星轨道是已知的,所以接收卫星信号的接收机不论处于何方,它的位置都能被测定。这样,卫星就起着全天候北极星     

调频引信粗糙面目标与干扰信号识别

为有效识别调频（FM）引信地面目标回波信号和数字射频存储（DRFM）转发式干扰信号,提出了一种对地调频引信粗糙面目标与干扰信号识别方法。建立了对地调频引信粗糙面差频信号模型,利用二维距离-速度提取方法提取其差频频率和多普勒频率,采用差频频率峰值带宽和多普勒频率峰值带宽2个特征量识别地面目标回波信号和DRFM转发式干扰信号,并使用蒙特卡罗仿真和非参数假设统计检验对其进行了验证。结果表明:差频频率峰值带宽和多普勒频率峰值带宽的展宽幅度与引信天线照射范围内粗糙面的大小呈正相关,多普勒频率峰值带宽的展宽与载频成正比,利用峰值带宽特性可有效区分粗糙面目标回波信号和DRFM转发式干扰信号。      

快响SAR卫星零多普勒波束中心姿态机动策略研究

传统偏航牵引方法采用惯性系下卫星轨道6要素推导得出姿态机动参数,在此方法中仅控制卫星主轴方向多普勒频率为0Hz,无法补偿SAR天线安装偏差和波束在天线内的方位距离向离轴角引起的斜距偏差和多普勒频率偏移,不能满足SAR系统时序设计需求和快响SAR卫星在轨实时处理器性能要求。因此,提出了地心固定坐标系中SAR天线波束指向零多普勒面内目标方向的姿态机动策略,使快响SAR卫星在轨实际波束中心多普勒频率为0Hz。该策略首先计算了基于场景目标的SAR总体设计的精确时序参数和观测参数,然后在地心固定坐标系中建立了波束中心多普勒频率为0Hz的SAR天线波束三轴指向模型,推导得出卫星三轴指向和姿态机动参数,并通过Matlab对该策略进行了仿真验证。结果表明,该策略可将多普勒频率由地球自转引起的29kHz、天线与卫星安装偏差引起的360Hz和波束方位向离轴角引起的3950Hz补偿至0Hz,同时将由天线与卫星安装偏差和波束距离向离轴角综合引起的波束中心偏离目标的斜距偏差6.28km补偿至米的量级。     

多普勒测速与短期频率稳定度

引言频率稳定度是一个重要问题,特别是近十几年来,雷达、空间技术等尖端技术科学的发展,广泛利用多普勒原理来对空间飞行器(卫星、飞船、导弹等)进行精密测速。多普勒测速的关键问题之一是要有一个频率短期稳定度很高,频谱很纯的振荡信号源。本文从多普勒测速对频率短期稳定度的要求出发,分析多普勒测速对参考频率源短期稳定度的要求,探讨用什么定义和术语来描述频标源的频率短期稳定度比较合理。因为在这方面存在着混乱现象。如有的工程用户提出用“相关方差”来描述,有的用“平均频率短期稳定度”来描述,也有的仍然用“标准方差”来描述等等。合理统一工程用户和计量测试部门的术语,对这一问题做进一步的分析是有必     

星载聚束式SAR 精确成像处理

分析了星载聚束式合成孔径雷达(SAR)的信号特性,主要研究了多普勒中心频率、多普勒带宽以及脉冲重复频率(PRF)与斜视角的关系.基于改进的Chirp Scaling算法,处理时采用了子孔径方法.通过子孔径方法,可以有效降低数据率及雷达发射峰值功率,并可解决多普勒中心频率的时变问题.此外,分析了偏航控制对于实现精确成像的必要性,给出偏航控制规律,证明偏航控制可以有效减小距离徙动量,降低成像处理难度.最后,通过计算机仿真,验证了处理方法的有效性.     

基于圆周相关扩频信号的快速捕获改进方法

针对大多普勒频偏、低信噪比条件下长周期伪码的扩频信号捕获问题,提出了一种基于圆周相关扩频信号的快速捕获改进方法。该算法对圆周相关后的结果利用快速傅里叶变换(FFT)进行频率估计,扩大了传统圆周相关法的扫频步进,使扫频步进不再受跟踪环路带宽的限制。理论分析及仿真结果表明,在信噪比为-34 dB、多普勒频率为500 kHz条件下算法可以正确地估计出伪码相位和多普勒频偏。在达到相同的灵敏度条件下,所提算法的平均捕获时间与传统的圆周相关法相比缩短了约47%,与基于FFT的并行频率搜索法相比缩短了约88%。另外,用于频率估计的FFT点数仅占圆周相关点数的1%,故额外增加的硬件资源很少。算法逻辑控制简单,尤其适用于大多普勒频偏、低信噪比及长周期伪码的卫星通信系统。     

航天GPS接收机信号搜索捕获策略

航天GPS接收机的无辅助冷启动时间是一项重要指标,研究近地轨道应用的12通道C/A码导航型接收机减小冷启动时间的方法.分析GPS信号的多普勒频率和伪码相位搜索方法、捕获检测器及其参数选择、多普勒频率搜索步长和伪码搜索速率, 得到多普勒频率搜索步长为500?Hz,伪码搜索速率为475码元/s.研究轨道倾角、轨道高度、GPS天线仰角和轨道偏心率等因素对多普勒频率搜索范围的影响.阐述根据GPS卫星间夹角的统计信息选择合理的卫星分配方法.分析和仿真结果表明,根据GPS卫星间夹角的统计信息选择合理的卫星分配方法,可将冷启动时间减少25%~30%,影响多普勒频率搜索范围的因素按程度依次为:轨道倾角、轨道高度、GPS天线仰角和轨道偏心率,再考虑这些因素时可将冷启动时间减少25%~40%.     

星载合成孔径雷达的一种新波形及其处理技术

分析研究了步进频率脉冲串信号在星载合成孔径雷达 (SAR)中应用时的多普勒效应 ,并提出了一种纵向距离合成高分辨成像时多普勒二次相位的补偿方法 ,从而消除了纵向距离分辨率的恶化和信噪比损失 ,同时还可以消除纵向距离向与方位向之间的多普勒耦合     

高频返回散射回波频谱测量

本文采用脉冲多普勒雷达技术, 测量了电离层高频返回散射回波的时延-功率-多普勒频率的三维频谱图.对典型的频谱图作了分析, 并由谱图推算了电离层等效反射面的垂直运动速度, 它与垂直探测资料推算的结果相符.      

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。     

高频返回信道的频率散布测量

本文介绍了用高频后向散射探测系统测量高频返回信道的频率散布的实验, 对高频返回信道的多普勒频移和多普勒频谱宽度的日变化进行讨论.文中比较了地物回波谱和应答回波谱证实了陆地对高频后向散射信道的多普勒频移贡献甚小, 而对谱宽度和谱的形状有影响.      

旋翼微多普勒特性实验分析

为分析旋翼及其主要部件的微多普勒效应特点,提出了一种通过微波暗室进行旋翼微多普勒效应测试的实验方法,并通过实例验证了实验方法的可靠性;两种桨叶不同桨叶片数的系列实验结果表明,旋翼的微多普勒特性通过频率把各个散射部件的回波能量分开,旋翼的片数和转速不影响微多普勒特性的分析估算,旋翼的微多普勒特性仅与其运动特性相关;结合直升机目标识别特征,采用短时傅里叶变换方法对实验数据进行微多普勒效应提取,分析了微多普勒效应与入射波和旋翼几何属性之间的关系,得到了旋翼微多普勒效应的频率特性、极化特性和宽频带特性.     

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.      

星载SAR天线指向稳定度对成像质量的影响

从星载合成孔径雷达(SAR)天线指向不稳定对成像质量影响的角度研究天线指向稳定度.对均匀加权天线,详细推导了天线指向不稳定引起的成对回波的位置和幅度,分析了成对回波对点目标冲激响应的峰值旁瓣比、积分旁瓣比的影响.研究了天线指向不稳定造成的多普勒中心频率误差,根据多普勒中心频率误差与图像位置偏移的关系,给出了图像质量对天线指向稳定度的要求.最后进行了计算机仿真,验证了分析结果.     

导航卫星缘何神通广大?

全球导航卫星系统一般是由多颗卫星组成导航卫星网,只要用户测出与4颗导航卫星之间的距离变化率,并根据导航卫星发出电波的时间、轨道参数,就可以确定自己瞬时所在经纬度位置和速度方向。卫星导航的方法有两种,一种是多普勒测速导航,另一种是时间距离导航,简称时距导航。多普勒测速导航。我们知道,导航卫星上发出的无线电波的频率是不变的,但由于导航卫星在高速运动,相对地面的观测者来说,频率会发生变化(频移)。由远而近时,频率会增高,由近而远时,频率会降低,这与我们站在铁路旁听火车的汽笛声一样,由远而近时,声音越来越尖锐,由近远去时,声音越来越低沉,其实火车汽笛声的频率是不变的,这种现象被科学家称为多普勒效应。