多路导航信号恒包络处理技术

现代化的导航系统需要在一个频段发射多路导航信号以提高频谱利用率。直接组合的复合信号不是恒包络,在通过饱和状态功率放大器时会产生AM/PM失真,从而影响整个导航系统的定位精度。为了解决这个问题,需要增加互调分量,把信号处理成恒包络复合信号。文章在分析GPS和GALILEO系统导航信号恒包络处理方法的基础上,给出了我国导航卫星系统恒包络处理方法的建议。     

一种适用于深空通信的恒包络改进型FQPSK

由于非线性和功率受限问题,深空通信中需要采用恒包络调制方式.FQPSK作为一种准恒包络调制技术受到广泛关注,但其信号包络仍有波动.文章在简要介绍FQPSK和增强型FQPSK基本原理的基础上,提出了一种恒包络改进型FQPSK,通过理论分析和计算机仿真证明了该调制方式具有完全恒定的包络,能够显著提高功率放大器的功率效率,频谱性能优于FQPSK;当采用OQPSK接收机接收时,其误码率性能比FQPSK提高1dB左右.     

导航信号生成互复用技术研究

随着GNSS(全球导航卫星系统)的发展,需要在一个频段上发射多路导航信号,以提高频谱利用率.多路信号的线性叠加其包络是非恒定的,在通过高功率放大器时会产生AM/PM失真,从而引入定位误差.为了使多路复用后的信号保持包络的恒定,伽利略和GPS系统分别提出了互复用和CASM恒包络处理方法,并已经应用在其试验卫星上.对互复用技术进行了分析研究,得出了信号功率效率与功率分配之间的关系,并给出了功率效率最大化的功率配置方式和功率效率的下限.研究对GNSS中多路信号复用的恒包络处理有重要的指导意义.     

基于瞬时自相关的脉冲时域参数高精度测量技术

在数字接收机中通过解析信号的包络和瞬时自相关信号的包络可以测得脉冲时域参数,利用瞬时自相关信号的包络在一定程度上可以改善低信噪比条件下的测量精度,仿真表明修正后的算法在信噪比为0dB时仍有很高的测量精度。     

高功率放大器和带宽对恒包络导航信号的影响分析

随着GPS导航系统的现代化、伽利略和北斗导航系统的发展,为了提高频谱利用率,往往需要在一个频点上发射多路导航信号。非恒包络信号通过非线性放大器后,放大器的AM/PM效应会使导航信号的功率谱扩展,伪码相关函数畸变,造成跟踪精度的恶化。因此,多路导航信号的复合要进行恒包络处理,然而有限的带宽会使导航信号的恒包络特性恶化。首先建立导航信号非线性失真的一般模型,分析放大器非线性效应造成的星座图发散、功率损失与伪码跟踪误差;然后以伽利略系统信号为例,通过仿真给出伪码跟踪误差、功率损失与滤波器带宽、放大器功率输出回退之间的定量关系。研究结果对实际工程中导航信号带宽、放大器工作点的选取有重要的参考价值,对我国导航系统下行信号体制的设计有一定的借鉴意义。     

GMSK多比特联合差分解调性能分析与仿真

高斯最小移频键控（GM SK ）调制是一种连续相位的恒包络调制,具有带外辐射小、频谱利用率高的特点,首先介绍了GM SK信号的基本原理,然后在传统的1‐bit差分解调、2‐bit差分解调的基础上提出一种多比特联合差分解调的算法,并给出了仿真结果。仿真结果表明,该算法具有更好的抗噪声能力,并且结构简单,易于工程实现。     

基于SCPSO算法的MCPC雷达波形优化设计

针对多载波互补相位编码MCPC信号在应用中存在包络起伏大等问题,结合混沌映射和自适应混沌粒子群SCPSO算法提出了一种优化设计。设计将编码信号的主瓣峰值与最大旁瓣值比PSLR作为单独的评判依据,结合混沌序列类随机的性质对混沌序列进行两级筛选,得到自相关函数旁瓣较低的混沌编码序列组。考虑到MCPC信号结构的特点,应用SCPSO算法调整子载波权重因子来优化信号的PMEPR。仿真分析表明,优化设计能在保证MCPC信号优良自相关特性的情况下,有效降低信号的包络起伏。     

深空通信中的一种级联编码调制及其迭代接收

在深空通信中,由于通信距离大幅增加,通信信号的自由空间传播损耗很大,提高系统的功率利用效率是深空通信系统设计需要考虑的重要问题之一。提出了基于LDPC码和FQPSK调制的级联编码调制体制,首先提出该编码调制体制的系统模型,通过修改相应的算法给出适合FQPSK的迭代解调解码算法,通过计算机仿真分析了该体制的误码率性能。研究结果表明：该体制利用FQPSK的恒包络特性克服信道非线性问题并使功放工作在饱和区,利用LDPC码实现低信噪比通信,同时在接收端通过迭代解调解码获得增益,从而能够缓解深空通信中由于传输距离过远而带来的极低信噪比通信问题。     

分布式MIMO雷达欺骗干扰抑制算法研究

从信号级协同对抗欺骗干扰出发,直接利用各节点雷达回波信号的复包络信息,建立相关检测融合算法实现协同抗干扰。首先展开对分布式MIMO雷达信号相参性的研究,并给出了回波信号间的独立性条件。依据目标空间散射特性的差异,提出了一种信号级协同对抗欺骗式假目标的算法。该算法根据真假目标回波相关性的差异,利用多脉冲回波数据得到相关系数估计值并进行相关性检验,实现对目标的有效鉴别。通过仿真验证了算法的有效性,并对算法性能进行仿真分析。     

基于PSO-VMD算法的生命探测方法研究

生命探测雷达在航空航天领域有着重要的应用,通过探测飞行员的呼吸、心跳、肢体动作等微弱信号,实现对飞行员的生命监测。针对实际场景中生命体微弱信号检测困难的问题,提出一种将包络熵作为粒子群算法适应度函数的变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）参数优化算法。首先,利用粒子群算法对适应度函数进行选择,确定VMD算法中固有模态分量的分解层数以及惩罚因子个数的组合;其次,通过频谱分析选择特定层数的固有模态分量并重构雷达回波信号;最终达到去除噪声,提取生命体弱信号的目的。对比实验表明,所提出的方法相比经验模态分解算法能够更加准确地提取生命体信息,仿真结果验证了算法的有效性。     

基于低轨卫星增强的非差高精度导航定位技术与在轨试验验证

随着自动驾驶、精密农业等领域的发展,各领域对高精度导航定位的需求不断增加。在地基增强技术、高轨星基增强技术和传统非差精密单点定位技术的基础上,提出了一种基于低轨卫星增强的非差高精度导航定位技术,研制了基于低轨导航增强技术的低轨导航增强载荷,开发了基于低轨卫星增强的地面自适应卡尔曼滤波非差高精度定位软件,并进行了全球首次基于低轨卫星的信号信息一体化导航增强在轨试验。试验表明:经低轨卫星增强后,地面终端用户定位精度优于30 cm。最后,给出了该技术的后续研究方向,为未来低轨导航增强系统与其他增强系统协同工作,实现广泛应用奠定了基础。     

The Use of Television Signals of Stationary Television Centers for Navigation Determination of Low-Orbit Satellites

For systems of autonomous satellite navigation, it is proposed to use television signals of stationary television centers positioned along the flight path in the band of satellite radio coverage as sources of primary navigation information. Television signal processing allows one to determine the time instants of transit through traverses of the television centers. An algorithm of calculating the parameters of satellite motion by times of transit through traverses is developed.     

基于高轨导航接收机的自动化地面测试系统

高轨卫星导航接收机是实现高轨航天器自主定轨的核心设备。为在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分高效的验证，亟需设计基于高轨卫星导航接收机的地面测试系统。设计了一种基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统，主要创新点如下：第一，本系统可对高轨卫星导航接收机实际在轨状态下接收到的导航星座信号进行仿真；第二，具有模拟包含北斗三号等多导航卫星星座信号的功能；第三，本系统充分考虑自动化、通用化与一体化设计。提出的基于高轨卫星导航接收机的自动化地面测试系统能够在地面测试阶段对高轨卫星导航接收机进行充分验证，并充分考虑测试实施，从自动化、通用化、一体化方面提升测试效率，减少人为操作失误导致的质量问题，解决人工判读带来的误判漏判问题。     

全球导航卫星系统互干扰评估分析及启示

介绍全球导航卫星系统(GNSS)信号互干扰问题的现状,总结卫星导航系统互干扰评估测试的两种方法,即多径误差评估方法和载噪比评估方法的基本理论和研究现状,结合卫星导航系统的发展需求,对比提出了方法之间的局限性。针对我国卫星导航系统的发展情况,提出基于频谱隔离系数的等效载噪比方法作为卫星导航系统信号互干扰评估方法,以及相关的发展建议。     

一种航天器星光折射连续导航方法

针对星光折射航天器自主导航应用中观测缺失导航折射星造成误差上升甚至导航发散的情况，提出一种适用于航天器星光折射导航空白段的新方法。阐述了星光折射导航机理，给出了导航星观测窗口，进而设计基于神经网络的导航算法，该方法充分利用已有信息，有效预测并修正航天器状态信息，使星光空白段前后导航误差变化平稳，发挥星光折射间接敏感地平精度高的特点，保证了航天器高精度定位，且不需要添加硬件设备，算法简洁、实用。最后，通过计算机仿真校验了该导航方法的有效性。     

用于多模卫星导航信号接收的半球形阿基米德螺旋天线

平面阿基米德螺旋天线具有双向辐射特性,在实现单向辐射时会降低效率 。将平面阿基米德螺旋天线共形到局部半球上可以得到一种新型结构的半球形阿基米德 螺旋天线,分析了这种天线的结构特点,进行了仿真与实验,研究结果表明,在覆盖多模卫 星导航信号工作频率的1.1-1.7 GHz频段内,反射损耗小于-10 dB,增益大于3.9 dB,前后 比大于3.6 dB,相位中心稳定度小于2 mm,可满足宽频带圆极化多模卫星导航共用接收天线 的设计要求。
     

Multipath fading analysis of telemetry signals power fluctuations from Universitetsky microsatellite

The article deals with the results of the fading fluctuations analysis for telemetry signals in the 2 m and 70 cm bands from the first Moscow State University microsatellite better known as “Universitetsky”. Radio telemetry signals were received from the microsatellite for around 2 years, collecting and recording the power signal data of almost 7500 satellite overpasses. The received signals from about 2300 satellite overpasses had a very low signal to noise ratio (SNR) that caused high transmission losses. The rest of the signals had a SNR high enough to complete the transmission without losses. The main objective of this paper was to find the fading fluctuations caused both by diffusion and by the presence of Gaussian and non Gaussian noise in telemetry signal power data. The purpose was both to characterize the communication channel as well as to elaborate solutions both to improve the communication quality as well as to identify no homogeneous zones in the ionosphere environment. The signal power analysis was based in the observation of statistical characteristics from different power signal components, in particular the components influenced by diffusion and non Gaussian noise. The employed methodology follows the next steps: removing the power signal envelope; taking away the Gaussian noise; obtaining the statistical characteristics from non Gaussian noise, Gaussian noise and envelope; finally identifying the LOS and NLOS signal fading components. For this purpose, the wavelet technique was used to perform the signal decomposition. In particular, the discrete wavelet transform DWT was utilized to carry out the signal de-noising. Then, the results were statistically treated in order to obtain a diffusion index for Rician fading, which are associated with fading in atmosphere and ionosphere layers. In this way the communications channel among satellite and ground station was characterized and a BER parameter was obtained for every satellite overpass, which means an outstanding result when considering that just few papers describe such results for satellite systems. The obtained results are valid not only for satellite communications systems but also for wireless communications systems. These results are the basis for future communications system design, which in our case pursues to reduce the BER parameter in the satellite link. The referred system will employ adaptive error coding schemes as well as channel analyzer algorithms based in the theory exposed in this paper.     

利用雷达高度计及星敏感器的多处理器卫星导航

鉴于当前单一处理器导航计算机结构给导航算法带来的约束及并行多处理器技术的日益成熟，提议卫星导航采用两个处理器并行的计算机结构，将卫星自主导航工作中轨道状态估计和状态预报分外在不同的处理器上处理。依据这一分工思路，提出近地海洋卫星利用雷达高度计及星敏感器实现自主导航的方法，并给出一个简单的导航模型及导航算法。通过计算机仿真检验了利用雷达高度计及星敏感器为近地海洋卫星提供导航的可行性，也验证了导航结构的适用性。