中低轨卫星信号的多普勒频移估计与补偿

针对中低轨卫星信号的多普勒频移具有大范围快速时变的问题,基于航天动力学理论,计算出卫星和接收平台间的相对位置和速度,从而可预先估计卫星信号的多普勒频移。对频移估计的误差进行了分析,给出了一种多普勒频移的快速估计和实时补偿算法,同时也对卫星的可视时间段分情况进行讨论。计算机仿真和工程实践表明,该算法简单、实用,有利于对快变大频偏的卫星信号进行快速跟踪和解调。

高速机动目标信号多普勒频移补偿方法

针对高速机动目标多普勒频率展宽引起的相参积累散焦损失等问题,提出了易于工程实现的目标回波信号预处理方法。该方法构建了多普勒频移变化与加速度、角速度的关系模型。理论分析和仿真表明:在动目标检测(MTD)中相参积累散焦损失由多普勒频移变化率等多个因素所决定,其大小在-20lg N dB至0dB之间(N为相参积累的脉冲数)。通过提出的多普勒频移补偿方法,可有效消除多普勒频率展宽对MTD相参积累的影响,提高雷达在复杂杂波背景中对高速机动目标的检测能力。

自适应多普勒补偿与变异选择的蝙蝠算法

为克服蝙蝠算法在高维优化问题上求解精度低和早熟收敛的缺点,提出一种改进的蝙蝠算法。首先根据蝙蝠相对猎物距离的远近程度,对频率引入自适应多普勒补偿策略,并结合速度偏移机制修正飞行方向,产生靠近最优个体的新位置;其次对最优个体构造自适应变异选择策略,先利用柯西变异产生的较大步长摆脱局部极值的束缚,后利用高斯变异产生的较小步长精细搜寻最优区域;最后通过调整响度和脉冲发射率,平衡算法的全局探索和局部开发能力。从理论上分析了算法的收敛性和运算复杂性,对12个标准函数在不同维度下进行仿真实验,并与近年来其他蝙蝠算法进行比较,结果表明改进的算法在求解高维优化问题上具有较优的收敛速度和精度。

一种稳健的机载前视阵雷达杂波谱补偿方法

针对空间角频移前视阵杂波谱补偿方法将参考距离单元的杂波谱旁瓣抬高，导致旁瓣区动目标检测性能下降的缺点，提出了一种改进的空间角频移方法．先对各个距离单元回波进行多普勒频率补偿，然后再进行空间角频移．仿真实验结果表明，本方法在旁瓣区比空间角频移方法有3～5aB的性能改善，并且在雷达回波存在误差的情况下仍然能够保持好的性能．

空间相干光通信中基于DSP的多普勒频移补偿技术

目前通常采用光锁相环(optical phase-locked loop,OPLL)完成空间相干光通信中的相位同步。针对光锁相环性能受空间通信终端间多普勒频移影响的不足,采用基于数字信号处理(digital singnal procesor,DSP)的开环方法补偿多普勒频移,并将开环补偿方法应用于一种递推解调系统中,根据前一时刻的数据信息进行后一时刻的数据解调。仿真结果表明:采用基于DSP的开环补偿方法可以补偿多普勒频移,使空间相干光通信系统不使用光锁相环,且性能接近多普勒频移被完全补偿的理想状态。

水声通信中多普勒频移补偿的仿真研究

在水声通信中,收发双方存在相对运动时产生的多普勒频移将严重恶化载波恢复和符号同步。因此多普勒频移补偿是水声通信的关键技术之一,并日益受到人们的重视。本文提出了一种全新的、适用于收发双方存在较大相对速度时的多普勒频移检测和补偿技术。同时对与之相关的模糊度函数法、数据帧插入信号的选取、信号采样率转换、插值因子的确定与插值等问题进行了研究,通过仿真试验对多普勒频移方法进行了验证,并对其性能进行了分析。

一种减少频率槽的同步码捕获方法

针对大动态下同步码实时捕获中频率槽过多、硬件资源消耗大的问题,提出了一种减少频率槽数量的同步码捕获方法。新方法将频率槽数量减小一半后,利用频率槽中的同步码相关值进行多普勒的估计和多普勒补偿,将补偿后的数据进行同步码捕获。理论分析和仿真验证表明,新算法在完成相同的同步码捕获性能下,基本将硬件资源降低到了原有系统的一半。

遥测信号检测中多普勒影响及其补偿研究

采用帧头相关法可实现航天测控中低信噪比遥测信号检测,但目标的高动态特性将降低相关积累增益。为了解决遥测信号相关检测中多普勒频移补偿的难题,介绍了帧头相关检测的实现方法,分析了多普勒频移对检测峰值的影响,在对比多种补偿方法的条件下,提出了多路补偿的方案。仿真结果表明:所提方法能实现在低信噪比、高动态条件下调频遥测信号的多普勒频移补偿。

舰载雷达的舰速补偿

舰艇在运动的时候,会对雷达目标回波附加一个多普勒速度。如果不把这个多普勒速度补偿掉,那么信号经过动目标检测(MTD)处理后的结果将会是不准确的,这种信号是无法使用的。详细阐述了舰速补偿的原理,并介绍了舰速补偿的具体实现方法。

低空目标长时间积累检测技术研究

低空目标信号通常淹没在强杂波和噪声环境中,严重制约了对目标的有效检测。针对低空目标检测难点,对基于频域包络移位补偿算法的长时间积累检测技术的工作原理和积累效能进行了理论分析。研究结果表明:当目标跨越距离单元较少时,脉压加权可有效降低跨距离单元损耗;当目标跨越多个距离单元时,采用基于频域包络移位补偿算法可显著提高目标的可检测性。研究结果对长时间积累工程化设计有借鉴意义。

联合载频和符号同步多普勒补偿方法

多普勒不仅造成宽带水声通信信号的载波频率偏移,而且引起码元符号的展宽或压缩。针对这一问题,提出一种适用于M元宽带扩频移动水声通信的多普勒补偿方法──联合载频和符号同步方法。该方法首先利用估计的载频对接收信号进行解调、低通滤波;其次,进行相关检测、估计与译码;最后根据相关峰位置对后续码元进行同步修正。仿真表明:该方法能够有效抑制由码元展宽或压缩而引起的同步误差累积效应,可用于水下航行器30 kn以内高速运动时的移动水声通信。

大蹄蝠多普勒正负补偿效应的声波特征与比较

利用单摆装置模拟大蹄蝠的飞行状态并实时记录其回声定位信号,以研究其多普勒频移补偿行为。与其静息状态下的超声波特征比较,发现大蹄蝠在接近目标的过程中有多普勒正补偿效应:叫声频率随相对速度改变而成正相关变化;当相对速度最大时,其叫声频率相对静息状态频率降低最多,而相对速度为零时,叫声频率回复到静息时频率。而当大蹄蝠远离目标时,有多普勒负补偿效应:叫声频率随相对速度改变成正相关变化,叫声频率在相对速度最大时,升高最多,但相同速度下升高之值较正补偿值低得多。另外,负补偿效应出现的频率较正补偿值低,这可能是由蝙蝠生理结构的限制以及自然状态下罕见的多普勒负补偿条件所决定。

基于运动平台的搜索雷达技术研究

本文对基于运动平台的跟踪技术进行了探讨与研究,分析了运动平台对波束稳定、多普勒频率和TWS的影响,提出了相应的补偿方法。

普氏蹄蝠下丘谐波内外神经元处理多普勒频移补偿信息的差异

为了探讨普氏蹄蝠下丘神经元在处理多普勒频移补偿后回声定位信号中的作用,实验采用双声刺激模式模拟蝙蝠不同飞行状态下产生多普勒频移补偿后的脉冲-回声对,即发声频率改变,回声频率维持恒定的情况下,研究下丘神经元对不同补偿值下的回声反应恢复率.结果发现:根据神经元在某一补偿值下对回声信号反应的恢复率是否超过70%,可将其分为具有选择性(S)和无选择性(NS)的两类神经元.且谐波内S神经元所占比例(68%)远超过非谐波内S神经元(39%).分析神经元的发放模式发现谐波内S神经元中相位型发放模式比例(44.3%)明显高于其他三种类型神经元.另外,虽然S和NS神经元的强度-潜伏期函数类型均以饱和型为主,但谐波内S神经元强度-潜伏期函数的最佳强度(best amplitude,BA)(95.3±14.0)dB SPL低于NS神经元的BA(104.1±10.2)d B SPL(P<0.01),同时也低于非谐波内S神经元的BA(109.7±7.9)dB SPL(P<0.01).以上实验结果表明,在下丘水平,神经元就已对多普勒频移补偿后回声定位信号的处理有了分工,集中在谐波内的S神经元通过提高对某一补偿值下回声信号反应的恢复率实现,对回声信息的精确编码,避免其他杂波干扰信息.同时,谐波内S神经元的发放模式和强度-潜伏期函数特点也满足其在复杂环境中精确声学成像的需求.

多普勒频率补偿算法在GPS信号捕获中的应用

在GPS卫星高速运动和地面GPS接收机的移动中,由于卫星和接收机之间的径向速度引起了载波多普勒频移、C/A码的多普勒频移和数据码的多普勒频移,多普勒频移会对GPS接收机的信号捕获产生影响,使其准确度下降。针对上述情况,在常用的相干积分结合非相干积分的GPS信号捕获方案中引入一种多普勒频率补偿算法,并对此算法进行相应的仿真。结果表明该设计方案是可行的,引入的补偿算法能够有效消除多普勒频移对GPS信号捕获的影响,能够实现对GPS卫星信号的多普勒和码相的准确捕获。

多普勒效应在GPS诱骗识别领域的应用研究

多普勒频移作为GPS接收机的基础量测量之一,其解算的正确性和精度将直接影响GPS解算结果的精度和正直性。在GPS诱骗中,多普勒频移的同步情况也直接影响诱骗的成功率以及被识别的难易程度。通过公式推导可知,多普勒频移取决于接收终端与收发装置的相对几何分布。同时,诱骗装置的补偿周期也对诱骗的识别难度有一定影响。由仿真分析可知:GPS诱骗装置的相对几何分布及其对频移偏差的补偿周期决定了该装置产生的GPS诱骗信号被识别的难易程度,同时,也从多普勒频移的角度为GPS诱骗识别提供了一种新的方法。

基于GPS多普勒频移的SAR运动补偿研究

受平台载荷限制,无人机载SAR无法装载大型高精度定位设备,从而导致运动补偿精度较低,成像质量较差。结合SAR单帧图像积累时间较短的特点,基于GPS多普勒频移实现了高精度相对定位和运动补偿,获取了无人机载SAR高分辨图像。对基于GPS多普勒频移相对定位算法进行了推导,对算法性能进行试验验证与分析。试验结果表明,在较短持续时间内,算法的定位精度优于传统的基于伪距解算的定位算法。在此基础上,把算法应用于SAR运动补偿,获得了高分辨SAR图像,取得了较好的补偿效果。

高速无线通信高阶多普勒谱估计方法

移动终端的运动导致接收信号产生多普勒频移,增大了系统误码率,影响整个系统通信质量.接收端信号产生多普勒频移是由收发端之间相对径向运动产生的,通过多普勒频率估计和补偿可以解决由此导致的误码问题.研究了收发端相对高速运动时多普勒频移补偿尚存在的精确度不高和实时性不好的问题,期望有更好的补偿方法.研究结果表明高速运动中的横向运动分量会使多普勒展宽,形成线性调频信号效应,导致通信系统产生误码,且无法用常规频移方法补偿.进一步研究了高阶多普勒谱估计及其补偿方法.研究表明高阶谱主要是由横向运动和径向加速运动形成的,高阶谱补偿可以解决包括相对横向运动和径向加速运动的大部分运动对通信系统的影响.仿真结果表明结合常规多普勒谱估计和本文提出的高阶多普勒估计并对接收信号进行补偿能有效恢复信号并降低误码率.

FMCW CSAR成像多普勒频移的校正方法

调频连续波圆周合成孔径雷达(FMCW CSAR)不满足"一步一停"模式,载机运动引起的多普勒频移对大场景高速运动情况下的成像影响明显。FMCW CSAR与直线SAR不同,运动速度方向的不断改变使得原有的直线SAR补偿函数不再适用。针对此问题,建立了精确接收信号模型,推导了CSAR的多普勒频移,分析了运动半径和速度对多普勒频移的影响并提出了一种新的补偿函数对其进行多普勒频移补偿。仿真证明该函数有效校正了多普勒频移,实现了大场景高速运动下的良好聚焦成像。

普氏蹄蝠下丘单反应和双反应神经元加工多普勒频移补偿信号的特点及生理机制

恒频-调频(constant frequency-frequency modulation,CF-FM)蝙蝠独特的多普勒频移补偿(Doppler-shift compensation,DSC)行为可保证其对回声信息的精确提取.那么听中枢加工DSC信号的适应性机制是什么?本实验模拟CF-FM蝙蝠DSC后的回声定位信号,研究下丘(inferior colliculus,IC)神经元加工DSC信号的特点及生理机制.实验共获得117个IC神经元,在CF-FM声刺激下,神经元表现为single-on(SO,n=83)和double-on(DO,n=34)两种反应模式.无论是在蝙蝠的正向还是负向补偿过程中,SO和DO神经元对回声反应恢复到50%时的双声刺激间隔(inter-pulse interval,IPI)值,均会随补偿条件的改变而发生变化.当双声刺激由无补偿转变为最佳补偿条件时,两类神经元的50%IPI显著缩短(P<0.001),但SO神经元50%IPI缩短率超过70%的神经元数目较DO神经元多,且偏好正向补偿的IC神经元中,SO神经元的平均DSC范围也要显著宽于DO神经元(P<0.05).该研究结果提示,IC中SO神经元可能较DO神经元更能充分利用蝙蝠DSC行为,来提高对回声反应的恢复能力,以最大程度地获取猎物信息并准确判断与猎物的相对速度.