卫星扩频信号抗窄带干扰性能限研究

卫星扩频信号的抗干扰性能关系到卫星链路系统的安全性。在高精度测距和有限星载处理能力约束下增加抗干扰环节会增加信号接收机复杂度并且引入测距误差,定量分析扩频测距中的天然抗窄带干扰能力可以为在什么条件下不需要采取抗干扰措施提供决策,对优化系统设计具有重要意义。本文对扩频测距的抗窄带干扰性能限进行了定量计算、分析,设计了实验测试方法和系统,达到了预期目的。     

卫星扩频信号抗窄带干扰性能限研究CSCD

卫星扩频信号的抗干扰性能关系到卫星链路系统的安全性。在高精度测距和有限星载处理能力约束下增加抗干扰环节会增加信号接收机复杂度并且引入测距误差,定量分析扩频测距中的天然抗窄带干扰能力可以为在什么条件下不需要采取抗干扰措施提供决策,对优化系统设计具有重要意义。本文对扩频测距的抗窄带干扰性能限进行了定量计算、分析,设计了实验测试方法和系统,达到了预期目的。     

导航BOC信号的抗干扰性能分析

二进制偏置载波(BOC)信号是一种新型的导航信号,其与传统扩频调制导航信号在性能上的差异是目前导航领域的关注重点之一。文章通过建立BOC信号接收系统的数学模型,针对窄带干扰、匹配谱干扰和带限白噪声干扰这几种典型的无线信道干扰,研究了BOC导航信号和传统扩频调制导航信号的抗干扰性能,并给出了几种典型导航信号的抗干扰性能参数。研究结果表明,BOC信号具有比传统扩频调制导航信号更强的抗干扰能力。     

基于FFT的DSSS系统变换域窄带干扰抑制技术的研究

为了消除直接扩频系统中的窄带干扰,采用变换域中的频域抗窄带干扰方法。根据直接序列扩频信号与窄带干扰信号在频域能量分布不同这一特性,利用快速傅里叶变换实现窄带干扰信号的实时检测和抑制。采用Verilog HDL硬件描述语言对算法进行基于FPGA实现的可综合的描述,最后在硬件测试平台上进行性能测试,测试结果表明带有窄带干扰的扩频序列通过窄带抑制模块后能够有效抑制窄带干扰。     

地基伪卫星系统多址测距误差的校正算法

相对于卫星导航,地基伪卫星与接收机距离较近,测距中不涉及电离层传播等误差,易实现高精度测距和定位。但由于地基伪卫星位置固定,在信号连续发射模式下伪卫星信号间的多址干扰(MAI)会引起相对恒定的测距误差,针对地基伪卫星系统这一特点,提出一种基于反馈串行干扰抵消(SIC)的测距算法。首先对全部伪卫星信号进行捕获跟踪和功率估计,然后通过串行干扰抵消算法降低强功率伪卫星信号对期望测距信号的干扰,通过反馈模式进一步提高干扰抵消算法的性能。仿真结果表明,该方法可有效改善地基伪卫星系统强远近效应区域内的测距性能,不考虑其他误差下在强远近效应区域内基于码环可将伪卫星测距性能从10 m以上降低到约0.3 m。     

遥感卫星多路数据传输系统同频共用方法

为节省频率资源，遥感卫星通常采用扩频体制实现多路数据的同频共用传输，针对通道间容易引起相互干扰的问题进行了研究，通过改进码分多址干扰估算模型，对采用平衡Gold码序列扩频系统抗干扰容限上界进行预测。在满足国际电信联盟（ITU）对卫星辐射功率通量密度约束条件下，提出了一种基于直接序列扩频体制的两路业务数据同频共用传输方法。仿真结果表明：当载波频率2GHz左右，两路辐射源的EIRP之差不大于8～15dBw时可以实现同频共用传输；如对信号扩频带宽进行差异化处理，则其相互兼容性还可进一步提高。     

北斗导航系统建设挑战重重

北斗导航系统非常复杂,它集导航定位双向简短数字报文通信和高精度授时于一身,还要具备一定的保密、抗干扰和抗摧毁的能力,技术上要求非常高,具有高精度测距指标难实现,高精度原子钟难研制,星座连续稳定运行难维持,产品一致性难保证,高密度发射风险大等难点。仅技术上导航卫星就涉及到偏航控制技术、高精度铷钟、二浮陀螺组件、铷钟精密热控技术、扩频应答机等12项关键技术;星座多种轨道环境复杂,卫星星座是由三种类型轨道组成的混合星座系统,每个轨道的特性都不同,特别是中圆轨道卫星的轨道辐射环境非常复杂,因此,整个系统建设充满着挑战。     

低轨星座短报文通信中的扩频信号二维快捕优化与实现

极弱信号、大多普勒动态变化条件下的接收机抗干扰、快速捕获同步技术是低轨卫星短报文数据通信的研究难点.本文首先分析了多普勒特性对低轨卫星扩频信号快捕的影响,讨论了现有各种捕获策略的优缺点.在此基础上提出双倍采样、补零的部分匹配滤波与快速傅里叶变换相结合的二维并行快速捕获优化设计方案,并进行了性能仿真分析,最后结合面向判决的同步技术,给出接收机原理样机捕获时间的实现结果.在给定前导码条件下,优化后的二维并行捕获平均时间为10 ms,远低于常规扩频码并行捕获的秒量级捕获时间,可以较好地满足低轨卫星星座全球短报文数据突发通信及随遇接入需求.     

低轨星座短报文通信中的扩频信号二维快捕优化与实现

极弱信号、大多普勒动态变化条件下的接收机抗干扰、快速捕获同步技术是低轨卫星短报文数据通信的研究难点.本文首先分析了多普勒特性对低轨卫星扩频信号快捕的影响,讨论了现有各种捕获策略的优缺点.在此基础上提出双倍采样、补零的部分匹配滤波与快速傅里叶变换相结合的二维并行快速捕获优化设计方案,并进行了性能仿真分析,最后结合面向判决的同步技术,给出接收机原理样机捕获时间的实现结果.在给定前导码条件下,优化后的二维并行捕获平均时间为10 ms,远低于常规扩频码并行捕获的秒量级捕获时间,可以较好地满足低轨卫星星座全球短报文数据突发通信及随遇接入需求.     

伪距波动原因中的星体多径因素排除

针对卫星可视弧段内伪距测量异常波动现象,从信号质量监测角度研究了卫星可视弧段内导航信号测距偏差变化问题,确认伪距波动是否由星体多径引起.利用大口径天线跟踪北斗卫星,采用两套采集设备实现了卫星可视弧段内的B1频点信号多次高载噪比采集,根据基于参考波形的测距偏差估计方法分别处理多组采集数据,获得了不同仰角上的测距偏差.在一个仰角下的采集数据,当滤波器带宽远远大于信号带宽时,采样率与下变频器均不同的两套采集设备获得的测距偏差相同,且测距偏差均与相关间距及滤波器带宽有关,但当滤波器带宽超过15MHz后,测距偏差的差异可以忽略.比较不同仰角下的测距偏差,在卫星可视弧段内测距偏差变化很小,因此认为星体多径引起卫星可视弧段内信号质量的变化不是伪距测量异常波动的原因.      

数据链测试仿真评估中的信道与链路干扰仿真技术

信道和链路干扰仿真是数据链测试仿真评估系统的关键技术之一。在局域网下模拟数据链系统真实运行的无线环境的非理想特性,需要对典型应用环境的信道条件、干扰特征进行分析和建模,仿真验证数据链系统在不同环境条件下的性能。本文首先分析了几类常见的信道和链路干扰仿真工具相关模块的原理和机制,研究并提出了传输时延、信道与链路干扰、链路级仿真方法及方案,并对几个关键问题进行了分析并提出解决方案。该研究在数据链测试仿真评估系统中的验证效果良好,能够为数据链系统可靠性、稳定性提供无线信道和链路干扰模拟工具,从而为数据链系统的设计提供参考和依据。     

Influence of atmospheric turbulence on planetary transceiver laser ranging

In this paper we investigate the influence of atmospheric turbulence on the performance of the uplink of a planetary transceiver laser ranging system using a single photon detector. We numerically combine the influence of turbulence in the mean intensity profile variations, scintillation, beam-wander induced pointing errors and stochastic time-of-flight variations, using the Hufnagel–Valley turbulence profile to model the ground turbulence behavior. We map the intensity variations due to turbulence to variations in the probability distribution of the arrival time of the 1st photon in a laser pulse, which influences the range measurement error probability distribution. The turbulence models are applied to assess the influence on single-pass range accuracy and precision statistics, as well as the parameter estimation quality of a Phobos Laser Ranging (PLR) mission.     

DS/FH混合系统多址干扰抑制

根据DS-CDMA(Direct Sequence Code Division Multi-Access)系统中多用户检测的思想,分析了并行干扰抵消PIC(Parallel Interference Cancellation)对系统性能的影响,在此基础上,提出了采用部分并行干扰抵消PPIC(Partial Parallel Interference Cancellation)技术来抑制DS/FH SSMA(Direct Sequence/Frequency Hopping Spread Spectrum Multi-Access)混合系统中的多址干扰MAI ( Multi-Access Interferences).推导了闭环形式的误码率公式,得到系统性能评估的上限表达式.仿真结果表明,采用PPIC技术可有效的提高DS/FH SSMA系统的抗多址干扰的能力,因而可以提高系统的容量.仿真是建立在AWGN信道下的,对于衰落信道和低信噪比环境下,系统的性能会有一定程度的降低.      

新一代卫星导航信号测量性能分析

导航信号的测量性能最终影响系统定位、测速、授时等服务精度, 是系统顶层设计的重要论证内容之一. 结合COMPASS系统新一代卫星导航信号体制框架设计, 分析了各种应用条件下的伪距、载波相位和多普勒测量精度, 并以典型设计参数为例进行了数值计算. 结果表明, 在接收机典型设计参数和工作条件下, 各信号分量均能够实现0.1m的伪距测量精度、0.006周的载波相位测量精度以及0.005m·s-1的多普勒测量精度. 首次给出的针对新信号体制各项测量性能的研究结果可为卫星导航系统信号体制设计、 导航接收机关键参数设计以及卫星导航系统用户测距误差预算等顶层设计提供参考.      

基于微分器的轨迹线性化控制方法及其应用

针对当前轨迹线性化控制(TLC)方法对系统中的不确定性存在鲁棒性不足的问题,受非线性跟踪微分器设计思路的启发,提出了一种基于微分器设计原则的轨迹线性化控制方法.首先,引入二阶线性微分器(SOLD)的概念,通过理论分析指出了当前轨迹线性化控制方法中采用一阶惯性+伪微分器求取标称指令的微分信号时,会存在与二阶线性微分器类似的峰值现象,随后利用韩式跟踪微分器(TD)求取标称指令及其微分信号,避免了该现象的同时又赋予了系统在控制量的约束范围内调节响应快慢的能力;其次,通过构造期望的闭环系统,跟踪误差动态,直接获取线性时变(LTV)系统的控制量, 使得参数整定不再依赖于并行微分(PD)谱理论,在此基础上,将混合微分器(HD)的非摄动形式等价为期望的闭环系统跟踪误差动态,以提升轨迹线性化控制方法的鲁棒性,同时借助Lyapunov稳定性理论证明了受扰系统的跟踪误差最终一致有界;最后,利用所提出的轨迹线性化控制方法设计了高超声速飞行器的姿控系统并进行了相应的仿真.结果表明:存在大范围气动参数摄动的情况下,本方法仍具有较好的控制性能及抗干扰能力,能够满足高超声速飞行器快时变、高精度以及强鲁棒的控制需求.      

北斗和GPS双模接收机干扰抑制算法的设计与实现

目前北斗/GPS双模接收系统的抗干扰研究还比较少,主要是针对GPS的抗干扰研究。北斗和GPS接收机易被干扰,为了改善强干扰环境下接收机的性能,研究不同阵列、不同算法对接收机抗干扰性能的影响,在GPS的抗干扰研究的基础上设计并实现了一套北斗和GPS双模接收系统的抗干扰平台。实验结果表明,该系统能使北斗和GPS双模接收机在-30dBm强干扰的环境下搜到6颗北斗导航卫星和5颗GPS导航卫星,并正常定位,说明该系统能达到干扰抑制的目的。该系统也可推广至多种卫星导航接收机的抗干扰平台。     

High performance motion control for optical satellite tracking systems

This paper investigates the motion control system of an optical telescope system used for precision satellite tracking and ranging applications. The system uses direct-drive permanent magnet synchronous motors (PMSMs) for high precision positioning. To overcome the performance limitations due to system dynamics and position dependent plant variations, a disturbance observer based control system is utilized. This paper contributes the detailed analysis, design and implementation of such an advanced control concept for the performance improvement of precision satellite tracking systems. Satellite tracking experiments are conducted to verify the performance of the proposed system. Utilizing the proposed control concept, the RMS servo error is reduced by a factor of 3.8 to well below the arcsecond range, achieving seeing limited tracking.