基于TDRSS的高速数传信号载波捕获及跟踪算法研究

以TDRSS数传系统为研究背景,针对TDRSS数传信号的特点,以实现高速8PSK调制信号的载波同步与跟踪为研究前提。提出了一种采用二叉树(BinarySearchTree)频率搜索方法实现捕获及采用平均"滑动窗"递推最小二乘(RLS)一步预测方法实现频率跟踪的算法,并针对此方法进行了理论推导和蒙特卡洛(MonteCarlo)仿真。结果表明:该方法适用于全数字高速数传8PSK调制信号接收系统,同时也可移植、推广至全数字雷达接收机中。     

CCPAZP-FFT捕获方法中频率估计算法研究

针对航天测控系统中因飞行器高速运动造成的直扩信号多普勒频率捕获精度下降问题,对CCPAZPFFT捕获方法中的频率估计算法进行了研究。结合M-Rife频率估计方法,通过频谱搬移将原始信号真实频率移动至量化频率中心,对获得的频谱的最大值与次大值进行插值,同时对捕获峰值的相邻相位维进行多普勒修正,提高多普勒频率的捕获精度。给出了算法的步骤,以及基于K7芯片的现场可编程逻辑阵列(FPGA)的实现流程。理论分析和仿真结果验证了算法的有效性,在接收信号载噪比38dB、多普勒动态-70~70kHz的环境中,多普勒捕获偏差由250Hz降至约10Hz,实测结果验证了算法的可行性。     

星载角跟踪接收机角误差包络检测

针对星载角跟踪接收机中角误差合成信号的特点，提出一种基于复Morlet组合小波的角误差信息提取方法。该方法首先对星载角跟踪接收机中角误差合成信号的频域特性进行分析，角误差包含在角误差合成信号的包络中，频率上则表现在调制基波的谐波分量处。然后采用Morlet小波作为母小波，根据角误差合成信号的频域特性选取合适的小波尺度参数和位置参数可以有效的提取合成信号包络信息，从而解算角误差信息。在调制基波频率确定的情况下，合适的小波尺度参数和位置参数能准确对调制基波谐波分量进行提取，从而实现角误差的包络检测。该方法对±10kHz范围内的多普勒频偏不敏感，解决载波多普勒估计不准情况下的角误差提取。最后通过计算机中的Matlab对Morlet组合小波角误差合成信号包络提取进行仿真，证明该方法的可行性和有效性。     

DS/FH扩频测控信号同步方案的捕获性能

针对航天测控信号的高动态以及由载频跳变引起的多普勒频率周期跳变的特点,提出了一种基于快速频率识别和辅助机制的直扩/跳频(DS/FH)混合扩频测控信号的一种同步方案。建立了跳频图案,伪码相位及多普勒频率的三维同步捕获状态转移过程的数学模型,推导出三维捕获的平均捕获时间表达式,及在伪码相位误差、多普勒频移和高斯白噪声条件下的检测概率和虚警概率表达式。仿真分析了在采用时域匹配滤波、频域多通道的直扩捕获方式下,信号和捕获系统参数对三维捕获性能的影响。理论推导与数值仿真结果表明了同步方案的有效性,并为信号设计及捕获系统参数选择提供了理论依据和实际参考。     

关于采样定理的说明

1.引言长期来,人们一直认为只要采样频率f_e不小于信号最高频率的两倍即2fc,就可通过采样的离散信号序列{X(n△)},△=1/f_e无失真地再现原来的信号。其实当f_e=2fc时,采样的离散信号未必能无失真地再现原来的信号。这一点在文[1]中曾提出了这一问题,但没有作进～步的分析。在文[2]中,重新提出了这个问题,并作了分析。我们认为文[2]的分析是有不妥之处的。文[3]认为,文[2]中列举的例子不能否定“当f_e=2fc时,采样     

频率偏置对Ka频段圆极化频率复用数传链路的影响

采用国际电信联盟(ITU)的星地链路计算模型,仿真分析Ka频段双圆极化频率复用(简称"圆极化复用")链路可用情况随2个正交射频通道载波中心频率偏置量变化的关系,得出特定链路可用率下频率偏置量与临界接收仰角的定量关系。在此基础上,为了综合衡量频谱利用情况,提出有效频带利用率指标,并依据此指标对地面站的利用方案进行尝试性设计,以达到优化利用频谱资源的效果。研究结果表明:中心频率偏置量与有效频带利用率是对立统一体。增大中心频率偏置量,在特定链路可用率下可增长数传弧段,进而改善链路可用情况,但无法获取最大有效频带利用率。当载波中心频率偏置量为零时,通过选择合适的链路可用率可实现最大有效频带利用率。文章采用的分析方法和提出的有效频带利用率指标,可推广到其他频段的星地数传链路分析中,为Ka频段星地数传系统设计提供参考。     

高速组网无线数传链路设计及FPGA实现

为了解决雷达及电子对抗系统组网协同工作的问题,设计一种基于QPSK调制解调的高速无线数传链路,并对其进行仿真及FPGA硬件实现.利用QPSK调制信号功率集中、带外泄漏少、载波抑制的优点,将其设计成为组网系统的底层通信链路.该无线数传链路中频频率150MHz,传输信息速率为10Mbps,为了适应各子平台(站)相对运动的通信环境,在外加10kHz载波频偏的条件下进行蒙特卡洛仿真,在5dB信噪比条件下误码率达到10e-5的量级,接近理论值.     

测控链路计算

针对月球和深空等远距离探测任务,对测控数传链路进行了计算。对射频相干AGC控制模式,基于统一X波段(UXB)测控数传分系统的信号及其调制度的分析,给出了测控数传链路计算的数学公式。实际计算结果表明:调制度优化设计在满足测控设计余量要求的前提下,降低了对航天器G/T值和有效全向辐射功率(EIRP)值的要求。     

高动态环境下惯组辅助GNSS接收机卫星导航信号的捕获

针对高动态环境下多普勒频移超出了接收机的搜索范围接收机无法捕获卫星导航信号这一问题,提出了利用INS辅助GNSS接收机卫星导航信号捕获的方法.该方法利用INS提供的载体位置、速度信息,并结合通过卫星星历(或历书)得到的卫星位置、速度估算载波多普勒频移,利用估算的载波多普勒频移重新设定GNSS接收机载波搜索中心频率,使G...     

FY-2C星数传与云图广播转发器分系统

介绍了风云二号(FY-2)气象卫星数传与云图广播转发器分系统的功能、组成,以及频率配置、传输信号特性和增益与功率等主要技术指标.给出了C星分系统转发器的技术改进.阐明了采用的收发多工器、射电天文保护滤波器、固体功率放大器(SSPA)和功能转换开关等关键技术.测试结果和在轨运行状况表明,C星数传与云图广播转发器的性能符合设计任务书要求,在轨运行正常稳定.     

基于单脉冲跟踪体制的V频段宽带角跟踪 接收机设计与验证

随着高通量通信卫星系统对星间数据传输速率需求的不断提高,星间链路的工作频段将由Ka频段逐渐向频率资源更加丰富的毫米波频段发展。为了满足星间链路对毫米波频段自动角跟踪系统的发展应用需求,给出了一种基于单通道单脉冲角跟踪技术的V频段宽带角跟踪接收机的设计方案。采用LTCC和MCM技术实现了V频段接收组件的集成一体化设计;采用基于IQ正交混频的跟踪调制器结合数字相位补偿的单通道单脉冲角误差信号处理技术完成了宽带输入信号的角误差信号解调。在产品研制基础上,搭建了V频段角跟踪接收机测试系统,测试结果表明该V频段宽带角跟踪接收机可以完成对-95dBm~-55dBm输入信号电平范围内多种宽带数据传输信号的角误差信号解调,角误差信号抖动优于±250mV;表征输入信号电平强弱的AGC遥测电压随输入信号电平的增大而单调递增,各项指标满足V频段星间链路建链需求,为我国后续将要发展的毫米波星间链路系统奠定了扎实的技术基础。     

利用VxWorks Socket实现宽带数传信号接收与识别的试验平台

介绍基于VxWorks实时操作系统的宽带数传信号接收与识别试验平台的结构,在研究通用解调器CORTEXTCP/IP以太网接口通信机制以及VxWorks系统Socket通信协议实现方法的基础上,开发出数传信号接收识别部分与COR-TEX的通信模块,成功地将宽带数传信号识别、调制参数估计与信号解调三者融为一体。     

一种基于全相位预处理的PMF-FFT改进算法

高动态条件下扩频信号的捕获常采用基于FFT的部分匹配滤波(PMF-FFT)捕获算法,但此算法存在频谱泄漏和多普勒频偏估计误差大的问题。通过全相位预处理的方法对PMF-FFT算法做出改进,提出了PMF-apFFT/FFT捕获算法。一方面,所提算法能够利用全相位FFT(apFFT)算法抑制PMF-FFT算法存在的频谱泄漏;另一方面,算法利用FFT运算结果辅助PMF-apFFT支路对多普勒频偏估计值进行校正,提高了频率估计精度。理论分析和仿真结果表明,PMF-apFFT/FFT捕获算法能够有效抑制PMF-FFT算法中由FFT运算带来的频谱泄漏,且多普勒频偏估计精度有显著提高。     

基于复解析带通滤波器的ZOOM-FFT算法的分析和实现

文章介绍了基于复解析带通滤波器的ZOOM-FFT算法原理;讨论了该算法的核心部分:等波纹复解析带通滤波器的设计方法,从而能有效地控制滤波器的通带和阻带特性。通过判断是否需要调整细化中心频率(如果需要,调整中心频率)-构造复解析带通滤波器-选抽滤波-若中心频率未经调整,移频—FFT的流程,在TMS320DM6437 DSP上实现了ZOOM-FFT算法,从而对信号频谱进行了细化。     

旋转飞行器分集式测速信号处理方法

飞行器旋转飞行时,采用分集多天线方式,可以实现信号的全向接收和向地转发。由于飞行器的转动,测量会引入微多普勒效应作用,受工作天线变换影响,接收测速信号（多普勒频率）会阶跃变化,在锁相环的作用下又引入响应误差。为实现高精度测量必须从测量信号中处理出所需的飞行器中心运动信息。针对这一问题,研究并推导了四天线分集式双程应答多普勒测速方程,分析了该模式下理想及测速回路（锁相环）响应信号的特点,提出了分集式测速信号处理方法。仿真实验结果表明,该方法可以有效滤除锁相环响应误差、分离微多普勒频率,得出高精度中心速度测元。     

基于参数化解调的旋转目标微多普勒频率提取方法

旋转运动是航天领域中最为常见的微运动,如卫星天线转动、弹道导弹自旋运动等。旋转目标的微多普勒特征对雷达目标识别具有重大影响。针对旋转目标不同散射点的微多普勒频率相互重叠、难以提取的问题,提出了基于参数化解调的旋转目标微多普勒频率提取方法。由点散射模型得到旋转目标的微多普勒信号解析形式。考虑到旋转目标微多普勒信号具有正弦频率调制特征,构造了基于正弦模型的参数化解调算子,优化微多普勒频率参数,使解调信号在载波频率处的频谱值达到最大。为了估计多个散射点的微多普勒频率参数,提出了参数迭代估计方法,在每次迭代中只估计当前最强散射点的微多普勒参数,将相应信号分量从原始信号中剔除,消除对后续分量估计结果的影响。仿真和实验结果表明:基于参数化解调的旋转目标微多普勒频率提取方法与传统时频峰值检测方法相比,能更精确地提取相互交叉的旋转目标微多普勒频率,为最终实现雷达空间目标识别提供了理论基础,能应用于卫星天线、弹道导弹等目标的监测、识别。     

一种宽范围非合作目标中频角跟踪接收机的设计与实现

为实现对非合作星间目标信号的捕获跟踪,提出了一种基于单通道单脉冲跟踪技术的非合作目标中频角跟踪接收机软硬件设计方案。硬件平台设计方案结合了FPGA与DSP在算法处理上的优势,涵盖高速ADC设计、系统时钟设计等。针对非合作星间目标信号的特征,提出了不同调制体制、不同码速率的非合作宽带数据传输信号的检测识别、角误差信号提取与分离方案,涵盖数字预处理、数字信道化、信道判决、信号检测估计、角误差信号提取等处理环节。系统捕获跟踪试验结果表明该非合作目标角跟踪接收机可以完成对多种调制体制(BPSK、QPSK、SQPSK等载波相位调制)、不同码速率(1kbps～300Mbps)的非合作宽带数据传输信号的角误差信号提取与分离,载频估计精度优于100kHz,码速率估计精度优于100kbps。本系统可实现对非合作目标信号的有效跟踪,为开展非合作目标角跟踪接收机的工程化研究奠定了扎实基础。     

基于1/4环状T型结构的源——负载耦合带通滤波器

为了得到小尺寸、低损耗和低成本的射频带通滤波器,文章提出了一种利用1/4环状T型结构和源——负载耦合结构的带通滤波器(BPF)。1/4环状T型结构可以减少滤波器尺寸和方便中心频率的选择以及带宽的设计。同时根据信号多路径传输产生零点原理,在滤波器的输入和输出端之间加入可控耦合元件,因此采用源——负载耦合结构,从而增加传输零点,提高滤波器的阻带抑制性。文中最后设计和制作了一个插入损耗为0.16d B、回波损耗为-18d B、相对带宽为14%、中心频率为2.4GHz的小型滤波器,并对其进行了测试,测试结果与仿真结果吻合良好,说明这种设计方法是有效的。     

逆合成孔径雷达（ISAR）

根据对接收信号(时间和多普勒频率的函数)所作的分析，逆合成孔径雷达(ISAR)将产生目标相对于雷达转动的两维图像。时间分析将给出亮点沿雷达视线轴(距离轴)的位置，多普勒频率分析将给出亮点在横向距离轴上的位置。     

高分辨率星载斜视SAR的姿态导引

高分辨星载斜视合成孔径雷达回波信号中,多普勒中心频率随距离向的变化通常是十分显著的.这种变化导致系统需要更高的脉冲重复频率来实现方位向无混叠采样.然而,过高的脉冲重复频率将引起严重的距离模糊、极大的数据率,并将限制成像区域大小.本文推导了一种新的全零多普勒导引方法,并在此基础上提出了一种最小化多普勒中心频率随距离变化的姿态导引方法,从而能够最大限度地降低系统脉冲重复频率.根据星地空间几何关系和姿态导引原理,文中推导了实现全零多普勒导引的偏航角和俯仰角的解析表达式,并进一步给出了最小化多普勒中心频率随距离变化的姿态导引规律.最后通过计算机仿真,验证了该方法的有效性.