一种高动态频率跟踪环路的数字实现与分析

在弹载无线制导系统中,由于导弹的高动态特性,导致接收机所接收信号具有显著的多普勒频移。围绕载波频率跟踪环路的研究多在低动态环境下开展。针对高动态、低信噪比环境下接收信号的载波捕获与跟踪问题,提出了一种结合频率修正环节的载波频率跟踪环路,并重点分析了环路中叉积自动频率跟踪算法和高阶环路滤波器的特点。实验结果表明了该环路能够完成高动态环境下的频率跟踪。     

一种高动态频率跟踪环路的数字实现与分析

在弹载无线制导系统中,由于导弹的高动态特性,导致接收机所接收信号具有显著的多普勒频移。通常围绕载波频率跟踪环路的研究多在低动态环境下开展。针对高动态、低信噪比环境下接收信号的载波捕获与跟踪问题,提出了一种结合频率修正环节的载波频率跟踪环路,并重点分析了环路中叉积自动频率跟踪算法和高阶环路滤波器的特点。实验结果表明该环路能够完成高动态环境下的频率跟踪。     

跳频对DS／FH接收机载波跟踪精度影响分析

面对日益复杂的电磁环境,将DS/FH混合扩频技术引入航天测控领域是一种尝试.针对DS/FH信号的特点,推导了航天测控背景下的DS/FH混合扩频系统接收机关键节点的数学模型,分析了航天测控应用中由于DS/FH混合扩频信号的相邻跳频频率不同导致附加在载波上的多普勒频率跳变和载波初始相位跳变对混合扩频接收机捕获跟踪的影响,重点分析了载波多普勒频率跳变和载波初始相位跳变对接收机载波跟踪精度的影响;提出了一种减小由于跳频载波初始相位不确定造成相关累积能量损失的方法,并利用跳频图案辅助降低了跳频对混合扩频接收机载波跟踪精度影响,仿真验证了该方法的有效性.     

阶跃型频率引导工作性能的影响分析

<正>一、引言跟踪锁相接收机频率分析器是空间飞行体精密跟踪系统的重要部件。对于使用高增益、窄波束的天线来截获和跟踪目标,提高对下线信号分析的有效性和缩短频率捕获的时间,便于载波锁褶接收机迅速达到锁定工作状态,有其重要的作用和意义。经验表明,环路捕获某种形式的信号较之跟踪这一信号要困难得多。因此,寻求一种能在短时间内完成从噪声中检出信号并以合理的方式给环路以频率引导电压,与环路组成匹配级联工作,以便顺利完成对目标捕获的引导设备,是研制跟踪接收机的主要课题之一。     

GPS信号捕获与跟踪策略确定及实现

为了检测GPS(Global Positioning System)信号,设计了码环及载波环捕获与跟踪数字系统.序贯搜索与窄间隔超前-滞后型数字延迟锁相环的采用,保证了码相位的可靠捕获与精确跟踪,四相鉴频器、叉积自动频率跟踪算法及科思塔环载波相位跟踪算法的结合,既保证了载波频率(多普勒频移)的捕获速度,又使环路能有效地跟踪频率/相位变化,获得较好的动态性能与噪声性能.控制算法及参数确定的软化实现使系统具有较好的灵活性.基于扩频相关器与数字信号处理器的数字系统验证了上述方案的正确性及有效性.      

时频域并行捕获算法

针对DS/FH(Direct Sequence/Frequency Hopping)混合扩频测控信号的快速捕获,经典的时域并行方法或频域并行方法已不能满足需求.为了进一步提高载波捕获精度,在PMF-FFT(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform)算法基础上,提出了一种反馈式结构的时频域并行捕获算法,通过PMF-FFT算法粗估载波频偏,利用一种Quinn频率插值算法提高频偏估计精度,并使用估计结果调整本地载波,再次进行捕获.理论分析和仿真结果表明,该算法与PMF-FFT算法相比,提高了载波捕获精度,在大频偏低信噪比条件下增加了频率分析带宽、减少了平均捕获时间.     

时频域并行捕获算法

针对DS/FH(Direct Sequence/Frequency Hopping)混合扩频测控信号的快速捕获,经典的时域并行方法或频域并行方法已不能满足需求.为了进一步提高载波捕获精度,在PMF-FFT(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform)算法基础上,提出了一种反馈式结构的时频域并行捕获算法,通过PMF-FFT算法粗估载波频偏,利用一种Quinn频率插值算法提高频偏估计精度,并使用估计结果调整本地载波,再次进行捕获.理论分析和仿真结果表明,该算法与PMF-FFT算法相比,提高了载波捕获精度,在大频偏低信噪比条件下增加了频率分析带宽、减少了平均捕获时间.     

一种低信噪比条件下的深空探测载波捕获算法

针对深空测控通信系统中,接收端收到的载波信号信噪比极低的特点,提出了一种时分复用的二维FFT载波捕获方法。该方法在降低资源消耗的情况下,能够有效实现低信噪比条件下的载波捕获。仿真实验表明,使用此种方法,能够在载噪比为17 dBHz的条件下,完成对载波频偏最大为100 kHz、载波频率变化率最大为100 Hz/s的载波信号的快速捕获,是一种兼顾性能和工程应用的捕获方法。     

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.      

基于混沌振子阵列的扩频信号捕获方法

在低信噪比下提出了结合混沌振子阵列及相干相关实现对扩频信号的捕获方法．针对混沌振子的数学模型,用混沌系统的相轨迹特性来分析对扩频信号的捕获过程,以Lyapunov指数（LE）作为实现捕获及提取载波多普勒频率的判断依据,再由跟踪环路完成对扩频码相位的跟踪．对DSSS／BPSK仿真结果表明,本方法可以实现扩频信号快速捕获,同时提高了捕获概率及检测灵敏度。     

MIMU/GPS嵌入式组合导航中GPS信号非相干搜索算法分析

对于GPS信号的搜索捕获采用长积分时间相干搜索算法,会导致频率的搜索范围增加,而采用非相干积分搜索算法将增加平方损失．针对非相干搜索算法中由于多普勒频移估计偏差和码移估计偏差的影响而导致的平方损失,提出了基于微惯性测量单元MIMU／GPS嵌入式组合导航辅助的时域非相干搜索算法来提高对卫星信号的捕获能力,并对其捕获性进行仿真分析研究．结果表明,采用MIMU辅助的时域非相干搜索算法可以提高对GPS信号的捕获能力．     

一种高动态环境下卫星扩频信号的快速捕获方法研究

现代卫星导航及测控应用对接收机在高动态环境下实现测量通信提出了迫切需求。为了解决大多普勒频偏扩频信号的快速捕获问题,提出了一种在频域并行搜索码相位及多普勒频偏的双频域快速捕获方法。采用双块补零算法将长的相关积分操作分割为多个短的相关积分操作,然后采用快速傅里叶变换进行圆周相关,大大节约了处理时间,利用频域圆周移位与时域载波剥离等价的原理,大幅提高了频率搜索效率。与时域相关算法和单频域计算方法相比,在捕获灵敏度不变的条件下,该方法将计算量减少90%,显著提高了运算速度,适合高动态环境下扩频信号的快速捕获。该方案应用于星载接收机平台FPGA实现,测试结果表明该方案可以在0.1s内完成±500kHz频偏下扩频信号捕获。     

一种惯性信息辅助下的GPS快捕方法

全球定位系统(GPS,Global Positioning System)信号的捕获时间直接影响高动态环境下GPS接收机的使用性能.在分析传统的外部信息辅助GPS捕获方法的基础上,提出了一种在惯性信息辅助下进行快速捕获的方法,该方法由粗捕获和精捕获构成.详细分析了该方法的实现方法和性能,进行了MATLAB/Simulink系统级仿真及蒙特卡罗仿真试验.仿真结果表明:在保证码相位捕获精度和提高频率分辨率的前提下,运用该方法可以显著缩短GPS接收机搜索捕获的时间,提高接收机的动态性能,相对无外部信息辅助的情况总捕获时间缩短至2%~3%.     

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.      

基于自适应谱估计的跳频捕获技术

提出了一种基于谱估计的跳频(FH, Frequency Hopping)信号的捕获方法,建立了自回归自适应谱估计模型和算法,通过计算信号频谱估计了跳频信号的瞬时频率.当频率估计存在偏差时,为了避免错误判决,实现稳健捕获,给出了一种新的捕获逻辑.在高斯白噪声( AWGN, Additive-White Gaussian Noise)环境和瑞利(Rayleigh)衰落环境下,对不同天线阵元数目情况下的捕获性能包括平均捕获时间和误码率进行了数值仿真.仿真结果表明:谱估计算法能快速准确地估计出信号频率,实现跳频信号的快速捕获.      

频谱混叠对光纤陀螺振动特性测试的影响

振动过程中的频谱混叠会使光纤陀螺中采样后信号相对于原信号产生失真现象,从而影响测试结果.为了验证频谱混叠带来的影响,并进一步抑制频谱混叠现象的发生,设计实现了一套用于获取光纤陀螺原始输出的闭环数据采集系统（速率可达1 MHz×16 bit）,分析了振动测试过程中光纤陀螺闭环数据的特征,发现目前光纤陀螺中常用滤波器无法有效滤除闭环数据中振动成分,因此可能会由于采样频率设置不当引起频谱混叠;通过matlab仿真和陀螺振动实验对频谱混叠造成的影响进行了验证;针对频谱混叠现象提出了抑制措施.实验结果表明对于采用类似数据采集过程的光纤陀螺,改进后的设计可以有效避免频谱混叠现象的发生.      

深空伪码测距中复合码性能的分析与研究

深空伪码测距系统中复合码的选择影响到系统的无模糊距离、测距精度、捕获时间和硬件实现方法. 针对深空伪码测距系统中常用的测距码进行仿真、分析、比较与研究, 包括复合码的频谱特性、周期、直流分量、码钟衰减、捕获时间和测距抖动误差等. 利用同相相关系数和非同相相关系数的信号空间图分析复合码的捕获时间性能; 采用同相中相积分环作为码跟踪环, 利用其线性环路模型分析测距系统的抖动误差性能; 进而分析半正弦成型和方波成型对系统的捕获时间和测距抖动误差的影响. 通过研究和分析认为, 在深空测控测距中, 一种比较适用的测距方式是选择T4B作为伪码测距系统的测距码, 基于DDS原理产生任意码片移位的伪码序列, 采用半正弦成型调制方式和半正弦匹 配滤波接收技术, 利用同相中相积分环进行伪码的跟踪.