基于自动增益控制的信号量化损耗分析

在卫星信号接收的过程中,量化是模数转换的重要环节,信号量化会带来能量损失,对于信号后续的处理产生影响,根据信号特性选取合适的量化位数和系统基准功率可以有效改善这种损失.本文采用量化前后信号信噪比(signal to noise ratio,SNR)对比的形式来直观表示量化损耗,并给出了一般性分析公式.说明了自动增益控制(automatic gain control,AGC)模块在信号量化中的作用,结合量化损耗公式,通过确定最佳增益系数给出了一种基准功率的选取方式,使得不同SNR的信号量化损耗明显降低.仿真结果表明:在低位量化时,该方式对卫星导航信号的量化损耗能改善约1.5 dB.该分析对于接收机的设计以及工程实现具有一定的参考意义.

GNSS多波束抗干扰接收机的反欺骗性能分析

为分析存在欺骗干扰的场景下GNSS多波束抗干扰接收机的反欺骗性能,提出欺骗抑制比这一性能指标。推导了在快拍数有限的情况下,多波束抗干扰接收机采用最小方差无失真响应(minimum variance distortionless response,MVDR)算法处理后输出真实信号和欺骗信号功率的理论公式。详细分析了欺骗信号到达天线阵口面的功率对真实信号和欺骗信号输出功率的影响。分析得出:即使欺骗信号功率在噪声水平之下,使用MVDR算法的多波束抗干扰接收机依然能对欺骗干扰进行抑制,且在欺骗信噪比高时,抑制效果更加显著。通过仿真和硬件平台实测验证了结论的正确性。

基于AD9361的北斗接收机终端性能评估方法研究

为满足北斗定位导航系统中接收机基带信号处理算法研究的需要,设计了一种运行于软件无线电平台、输出数据全面多样的北斗接收机平台,并对其进行了详细的指标评估和定位验证。该接收机运行于由ARM、FPGA和AD9361组成的软件无线电平台上,利用AD9361射频前端得到北斗B1信号的中频采样数据,通过FPGA和ARM实现北斗卫星的快速捕获、跟踪及位置解算等信号处理流程。利用已知参数的模拟导航信号对接收机进行了性能指标评估,并进行了实际场景的定位实验。实验测试表明,该接收机捕获、跟踪等过程性能表现良好,导航定位精度及动态定位精度较高,可输出标准原始观测量数据,满足一般的北斗接收机基带信号处理及定位算法研究的需要。

谐振梁加速度计测频噪声分析与实验

随着谐振梁加速度计的精度不断提升,对谐振频率的测量噪声提出了更高要求。针对高采样率下的测频噪声性能,分析了等精度测频法和连续时间标记法两种测频方法,分别以信号发生器和加速度计输出的频率信号作为输入,利用研制的FPGA测频电路开展了测频噪声实验研究。结果表明高采样率下通过串接低通滤波器能够有效抑制测频噪声,低通滤波后两种测频方法的噪声水平相近,且随着采样率的提升,测频噪声趋于常值。实验结果表明,在500 Hz更新率、串入200 Hz带宽4阶Butterworth低通滤波器的条件下,使用等精度测频法和连续时间标记法测量加速度计样机输出,室温下测得样机的零偏稳定性分别为1.03μg和1.24μg。

一种北斗GEO卫星弱信号捕获方法

北斗地球静止轨道(GEO,geostationary earth orbit)卫星播发的D2导航数据每2 ms就可能跳变一次,在弱信号环境下,通常的捕获算法无法有效捕获到信号,针对该问题提出一种基于导航数据估计的弱信号捕获方法。该方法可根据信号质量调整捕获策略,通过对导航数据快速准确地估计,减小了导航数据跳变对捕获灵敏度的影响。仿真结果表明,对长度为60 ms、信噪比为-34 dB的北斗GEO卫星信号,该方法捕获成功率为80%,且捕获时间与全比特法相当。

标准雷电波形的频谱分析及其应用

标准雷电波频谱分析可以获悉其电压、电流在不同频段的振幅、能量等分布,为防雷器件和电子设备的标准波形冲击试验以及基层雷电防护工作提供技术参考。选取常用的8/20(μs)、10/350(μs)波形、后续雷击0.25/100(μs)波形和国家标准推荐雷电试验波形(10/200、4/300、1.2/50、10/700(μs)),通过连续傅立叶变换计算了不同波形的振幅、能量的频谱变化,并与自然闪电辐射场的频谱进行了比较。结果表明雷电电流波形的振幅和能量主要集中在低频部分,振幅频谱主要集中在1MHz以下,能量主要集中在几kHz到几百kHz;半峰值时间t2是雷电波振幅和能量频谱分布的主要因素,t2的大小决定了低频部分的谐波丰富程度。这些结论在雷电防护设计和应用中起到一定的参考作用。

一种Strobe相关器及其多径抑制性能研究

多径效应是GPS系统的重要误差源之一,严重影响DGPS的性能。分析了多径信号相关器模型,从鉴相器的鉴相函数入手,详细推导了Strobe相关器技术的码相跟踪误差与多径信号参数的函数关系,理论分析与仿真表明,Strobe相关器可以显著抑制多径效应引起的误差,优于一般的窄相关技术。结果也表明改进GPS接收机的相关器和鉴相器结构是抑制多径误差的一个有效方法。

基于采样率变换与FFT的GPS系统C/A码捕获改进算法

针对全球定位系统民用粗码信号快速捕获算法速度慢、不易于硬件实现的不足,提出了基于采样率变换和FFT的GPS信号C/A码捕获算法。利用采样平均的方法把采样率为5Msps的输入信号降低为1.024Msps,然后利用FFT进行粗捕,得到粗略的伪码相位,最后对粗略的伪码相位周围的原始数据进行循环相关处理得到精确的伪码相位估计值,降低了对后续跟踪环的动态要求。仿真结果表明该算法运算量小可以快速实现C/A码的粗捕,得到高精度的捕获结果,同时该算法可以利用现有1024点的FFT处理核(IP),便于在硬件上实现。

基于KinPOS软件的BDS/GPS动对动相对定位性能分析

基于载波相位观测值的动对动相对定位可以得到双移动测站之间精确的相对位置关系,极大地扩展了动态相对定位的应用领域。GNSS精密动态定位、测速和定姿软件KinPOS针对动对动相对定位的质量控制方法进行优化,并基于三组不同场景下的实测GPS/BDS数据开展了动对动定位性能分析,结果表明:KinPOS软件解算结果稳定可靠,中短基线定位精度优于5 cm;BDS与GPS的动对动定位性能基本相当。

大动态范围抗干扰导航接收机AGC电路性能分析与优化设计

导航接收机的特点是信号比较微弱,通常淹没于噪声以下,其入口电平的波动几乎都由干扰引起。针对这一特点,存在干扰情况下,要求接收机的噪声系数不能显著恶化。射频通道的噪声系数是制约接收机噪声系数的因素之一,本文在给定射频通道噪声系数恶化容限的条件下,以射频通道能实现最大动态范围为优化目标,分析了动态范围及各级电路增益的求解方法;进一步,针对特殊的纯电阻网络AGC电路,得到了更为简洁的求解方法;最后,本文给出了该类AGC电路动态范围的设计实例并进行了测试,设计预期与测试结果得到较好的吻合。本文虽然针对导航接收机设计,但可推广应用于指导各类接收机的设计。

振荡器相位噪声对GNSS接收机载波跟踪数字锁相环性能的影响

关于振荡器相位噪声引起的GNSS接收机载波跟踪数字锁相环相位抖动,目前的解析结论仍是基于模拟锁相环的,不能说明相位抖动大小与中频积累时间的关系,因此不能有效指导高灵敏度、高精度载波跟踪锁相环参数设计。本文首先推导中频积累输出的频率白噪声、频率游走噪声序列的功率谱,然后基于数字二阶锁相环离散线性模型导出了环路相位抖动公式并进行了仿真验证,最后对公式进行了解析和数值分析。分析结果表明:频率白噪声、频率游走噪声引起的二阶载波跟踪锁相环相位抖动,均随中频积累时间单调递增,随环路带宽先递减后递增。本文推得的相位抖动公式及其随参数变化特征的分析结论,可用于具体指导GNSS载波跟踪锁相环参数设计。

遗传算法在微弱GPS信号捕获方法中的应用

研究了微弱GPS信号的捕获问题,以捕获时较低的虚警概率和较高的检测概率为目标,以累加时的粗捕获(C/A)码周期数和导航数据数,以及捕获门限等参数为决策变量,应用遗传算法(GA)来解决这一多目标优化问题。仿真结果表明,该方法能够有效地解决所提出的问题,所得解能够优化捕获时欲选取的参数,从而提高捕获性能。

卫星导航接收端抗干扰性能测试平台构建方法

针对空间电磁环境的日益复杂化,卫星导航接收端抗干扰性能成为北斗用户密切关注的问题,为了测试动态导航接收端的抗干扰性能,提出一种室内无线抗干扰性能测试系统构建方法。采用基于灰色关联分析的场景映射方法、基于脚本的仪表驱动技术,结合信源模拟设备、微波开关、微波暗室等构建半实物仿真平台。不断调节干扰信号发射端输出功率,改变接收端有效载噪(C/N0),据此获得导航接收端失锁时的输入信干比(J/S)。仿真结果表明:通过干信比与有效载噪比的关系曲线,实现对接收端的抗干扰性能测试,为卫星导航接收端抗干扰性能测试提供测试平台。

基于平均相关和差分相干累积的微弱GPSC/A码信号精密捕获算法

针对弱信号条件下GPS C/A码捕获问题,提出一种基于平均相关和差分相干累积的码捕获算法。首先,引入相干能量最大值与第二大值的比值作为判决变量,仿真了各种捕获算法的虚警概率得到最佳的判决门限;然后,通过设置的判决门限获得不同多普勒频率偏差及信噪比条件下的检测概率;最后,比较了所提差分相干累积算法、相干非相干累积算法以及非相干累积算法的捕获灵敏度。仿真实验表明,在相同接收数据长度的情况下,采用差分相干累积算法比其他2种算法提高捕获灵敏度约2 d B。

利用GNSS反射信号载波测量湖面高度变化

给出一种利用导航卫星反射信号的载波相位测量光滑湖面高度变化的方法.首先建立载波相位观测方程,通过在直射与反射信号的观测量之间求单差,再在历元间求双差的方法,消除了大量误差并得到了直射与反射信号的几何路径差;然后根据各颗卫星的观测值和高度角等信息计算出湖面高度变化,并把各卫星得到的湖面高度度变化值进行加权平均以提高测量系统的精度和可靠性.仿真验证了方法在-15 dB信噪比下达到了毫米级的测量精度.

硅微谐振加速度计的模态分析与实验

针对硅微谐振加速度计在进行结构设计时,如何根据模态特性选取工作模态这一问题,比较分析了加速度计工作在两种不同振动模态下的性能参数。首先采用刚度法分析了谐振器的振动特性,得出能够反映谐振器振动状态的两种模态即同相振动模态和反相振动模态,结合理论推导和仿真结果得出两种振动模态下谐振频率差值与标度因数差值呈线性关系;其次通过分析两种振动模态下的能量分布情况,得出两种振动模态下谐振器的品质因数与振梁振动幅值之间的关系,同相模态振动一个周期所消耗能量约为反相模态所消耗能量的2倍;最后通过评估硅微谐振加速度计的噪声,阐明了两种振动模态下部分噪声分量不同的原因并进行了实验验证。实验结果表明,在相同驱动电压下,同相模态相比反相模态总体噪声增大25.7%。该研究为设计硅微谐振式加速度计时,确定谐振器的振动模态及驱动方案提供了参考依据。

采样频率偏移对卫星导航接收机的影响

为避免采样频率偏差给卫星导航接收机带来的符号位滑动、伪随机噪声码相位移动和载波相位偏差等问题,提出了一种改进的频率偏差估计方法.接收机的码跟踪环路以码速作为时间基准,对采样频率实际值与标称值之间的偏差进行跟踪,环路稳定后得到该偏差的估计值,其采样频率的准确度可提高到10-7量级.将该估计值补偿到载波锁相环中,可减小由采样频率偏差带来的相位误差和多普勒频移偏差,从而使得导航接收机能正确解调信号,进一步提高了输出载波相位的准确度,为实现更高精度的定时和定位提供了可能性.

GPS卫星导航接收机RF电路的设计

GPS卫星导航接收机主要由天线、RF电路、相关器和控制电路构成,其中,RF电路是 GPS卫星导航接收机的关键组成部分。针对GPS卫星导航接收机的要求,介绍了其RF部分的电 路设计和版图设计。采用TSMC 0.35μm 3P3M SiGe BiCMOS工艺进行了流片。测试结果表明,电 路工作频率1 575.42 MHz,接收灵敏度达到-130 dBm,满足GPS／GLONASS卫星导航兼容接收机 的要求。

抑制远近干扰伪卫星接收机的研究

伪卫星(pseudolie)是导航,定位中的一种重要技术,但是对于伪卫星技术一个必须克服的问题就是远近干扰问题,本文研究了利用连续干扰抑制技术抑制远近干扰的伪卫星接收机,提出了抑制远近干扰伪卫星接收机的结构,给出了伪卫星信号重构的关键技术和远近干扰发生的判断原则,并进行了仿真,说明该接收机适合于在伪卫星辅助下的定位应用.

基于DSP的高动态GPS接收机关键技术讨论

在高动态条件下,结合GEC公司的十二通道相关器GP2021,讨论了GPS接收机的结构设计和研制高动态GPS接收机所涉及到的关键技术,以及DSP在接收机中的功能。