GPS弱信号的自适应载噪比估计算法

载噪比是GPS接收机中的一个重要测量值和控制参数。针对高灵敏度GPS接收机中的载噪比测量,提出了一种自适应载噪比估计算法。该算法根据信号功率的大小自适应调整载噪比估计时间来获得准确且稳定的载噪比估计值。该算法已经在GPS接收机中实用,测试结果表明,载噪比大于40dB-Hz时,估计时间小于1s,估计值的标准差小于0.2dB,随着载噪比的降低,估计时间呈指数关系增加,载噪比为14dB-Hz时,更新时间为12.48s,估计值的标准差小于0.8dB。

基于Duffing振子的低压电力线载波信号检测系统

针对低压电力线载波通信中各种噪声干扰和信号衰减较强的问题,引入了混沌检测微弱信号理论,利用混沌振子对强噪声背景下特定频率的微弱信号十分敏感的特性,将微弱载波信号作为混沌振子的系统参数,系统参数在临界值附近微小的变化将会引起系统状态的改变,根据状态改变所需条件估计出微弱载波信号的参数。依据此原理,通过对Duffing振子(一种混沌振子系统)的系统参数进行定量分析,建立基于Duffing振子的低压电力线QPSK(正交相移键控)载波信号检测系统,并通过在低压电力线传输模型上对该检测系统进行测试,实验表明,在低压电力线噪声环境下该检测系统能够准确检测15m V以上的QPSK载波信号的相位分量,而且能有效地抵抗背景噪声干扰,并对典型的持续时间在120μs以下的脉冲噪声也有很好的抑制作用,大大降低了数据传输中因脉冲噪声引起的比特(位)错误和突发错误。

辅助型GPS接收机中载波频偏及其不确定度估计算法研究

快速捕获卫星信号是研制辅助型GPS(A-GPS)接收机所必须解决的一项关键技术。针对A-GPS接收机能从辅助数据中获取有效星历的特点,本文提出了一种载波频偏及其不确定度估计算法。该算法在建立的载波频偏方程泰勒展开的基础上,利用辅助信息建立了载波频偏及其不确定度估计方程。分析和仿真表明,A-GPS接收机捕获四颗功率均为-180dBW卫星信号时,利用该算法充分压缩载波频偏搜索空间后,其平均捕获时间与未压缩搜索空间时相比缩短了近14倍。

一种应用于深空通信的微弱信号捕获算法

针对低信噪比、高动态条件下深空测控通信信号捕获概率低以及复杂度较高的问题,首先分析了深空测控通信信号捕获的难点以及信号循环平稳特性,然后在此基础上提出了一种基于循环相关的新算法。计算机仿真结果证明新算法捕获门限达24 dBHz,适应频率动态达800 Hz/s;新算法较传统的捕获算法,在相同门限条件下的频率动态适应范围提升了约两个数量级。该方法已被应用于我国第一个深空测控站的建设,工作性能稳定可靠,有效地解决了低信噪比下深空站抑制载波信号的捕获问题。

单载波调制型加速度计差分电容检测电路

单载波调制型差分电容检测电路是为满足微机械加速度计高线性度、高分辨率的需要而设计的,本文给出了检测电路的原理图,分析了寄生电阻、电容模型,从理论上证明该电路可有效消除寄生电阻和电容的影响,并推导了各关键功能模块的传递函数;此外,从电路的各个局部环节研究了会对电路性能造成影响的因素,包括放大电路的噪声源、载波信号稳定性、两路电荷放大器一致性、调制信号与参考信号相位同步等。经理论推导,通过改进和避免不利因素的影响即可保证电路的稳定性,适用于微机械加速度计检测领域。

用于数字闭环加速度计的差动电容检测电路

数字闭环加速度计是加速度计领域最新的研究课题,它具有直接输出数字信号、累积误差小,采样时间短等优点,因此对差动电容检测电路的要求也很高。本文为满足数字闭环加速度计的需要设计的单载波调制解调型差动电容检测电路,分析了方案优缺点,给出了系统和检测电路的原理框图,以及各个功能模块的电路图和传递函数,最后通过实验验证,得到该电路满足灵敏度高,分辨性能好的要求,并且该电路在其他微弱信号检测领域也具有一定的实用意义。

随机共振现象与微弱信号接收

本文从随机共振(Stochast ic Resonance)可增强信号信噪比的现象出发,介绍了随机共振非线性双稳势阱模型和参数调节随机共振理论。在此基础上,分析了随机共振现象在微弱信号接收中两种可能的应用途径,通过仿真验证了应用的可行性。最后,分析提出了将随机共振理论应用于弱信号接收需要突破的三大关键技术,即:大参数信号变尺度与还原技术、参数自适应调节技术和调制信号随机共振技术,还提出了初步解决的思路。为拓宽随机共振现象的应用领域和探究解决低信噪比条件下的信号接收提供新的方法和途径。

北斗弱信号快收敛载波跟踪算法

针对传统载波跟踪环路对弱信号跟踪误差较大的问题,提出了线性卡尔曼滤波器载波跟踪算法,算法以载波相位差作为状态量,以鉴相器的输出作为观测量,将原增益矩阵与跟踪项相加作为线性卡尔曼滤波的增益矩阵。仿真实验结果表明,在信噪比为-30 d B时,快速收敛算法仍能保持对信号的跟踪,而传统算法已经失锁,相对于传统载波跟踪算法,快速收敛的卡尔曼载波跟踪算法能够有效提高跟踪的精度,并且收敛速度较快。

多径干扰下GPS弱信号跟踪算法研究

在带有多径干扰的、并且低载噪比的GPS信号下,分析了多径带来的码环误差以及因此引起的伪距误差的原理.在此基础上,考虑在码环跟踪的Strobe鉴相算法中,引入一个修正因子σ,使得码环跟踪时,对一定范围内的短多径起到抑制的作用.由于改进后的跟踪算法没有用到Q路输出,并且原信号为弱信号,因此需要跟踪环路提供好的载波跟踪性能.为此,考虑使用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法来替代原有的载波跟踪环路,提高跟踪环路的噪声抑制性能.在此基础上,将EKF载波环跟踪与修正后的码环跟踪结合起来使用,共同进行多径干扰下GPS弱信号的跟踪.

基于最大似然估计的锁频环改进算法

在森林、室内、高空轨道等弱信号环境中,卫星导航接收机已不能使用传统锁频环正常跟踪接收信号多普勒频率,针对这一问题,基于最大似然估计提出了一种改进的锁频环算法,在传统锁频环混频器之前加入最大似然估计模块,给出了该算法的推导过程,结合传统锁频环的实现结构,提出一种整合了该算法的实现方案。仿真结果表明,该算法比传统锁频环在频率跟踪性能上有很大的改进。

基于LFM模型的高动态弱GPS信号载波捕获

根据极大似然估计理论,通过载波频率和频率变化率分段对消、快速傅里叶变换(FFT)结果选大估计载波频率和频率变化率,实现载波信号捕获,建立了高动态全球定位系统(GPS)载波的线性调频(LFM)信号模型,并给出了算法的具体实现。详细分析了该算法中检测统计量的分布特性,推导了恒虚警准则下的检测门限,并讨论了其中关键参数的设计。仿真结果表明,该算法可以实现对18 d BHz的GPS高动态信号的载波捕获。

基于最大似然法的GPS弱信号载噪比估计算法

为了在弱信号环境下准确估计卫星信号载噪比,提出一种可自适应调整估计时间,基于最大似然准则的载噪比估计算法。在分析GPS信号相关器模型输出的基础上,对该算法的原理和性能进行了理论分析,研究了相干累加次数对该算法的影响,并在仿真平台上进行验证。仿真结果与理论推导吻合,在信号很弱时可通过提高累加次数对载噪比进行准确估计。相对传统载噪比估计算法,该算法估计时间较短,估值准确。根据理论推导求出满足精度要求的最小累加次数,用于自适应调整估计更新时间,可提高算法的灵活性。

InP衬底上的双载流子倍增雪崩光电二极管结构设计

雪崩光电二极管因其具有高的倍增被广泛应用于光通信、激光雷达等各种领域,为了适应极微弱信号探测应用场合,需要器件获得更高的增益值.当前雪崩光电二极管一般采用单载流子倍增方式工作,其倍增效果有限.本文设计了一种电子和空穴同时参与倍增的InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/In_(0.52)Al_(0.48)As雪崩光电二极管结构,其中吸收层采用In_(0.53)Ga_(0.47)As材料,空穴倍增层采用InP材料,电子倍增层采用In_(0.52)Al_(0.48)As材料,两个倍增层分布在吸收层的上下两侧.采用Silvaco TCAD软件对此结构以及传统单倍增层结构进行了模拟仿真,对比单InP倍增层结构和单In_(0.52)Al_(0.48)As倍增层结构,双倍增层结构在95%击穿电压下的增益值分别约为前两者的2.3倍和2倍左右,由于两种载流子在两个倍增层同时参与了倍增,所以器件具有更大的增益值,且暗电流并没有增加,有望提高系统探测的灵敏度.

基于循环谱理论的弱信号检测及载频估计

弱信号检测及载频等参数估计对于军用电子对抗以及民用频谱监管都具有重要的意义.由于无线通信环境的复杂性和不可预知,在低信噪比条件下,传统载频估计方法都难以实现预期效果.基于循环谱理论,根据常见通信信号与平稳噪声具有不同的谱相关特性,建立循环平稳模型,利用循环谱分析的方法估计了低信噪比条件下BPSK的载波频率.在有限数据条件下,分析了窗函数对时域平滑周期图法估计性能的影响,从而选取合适的数据分段长度,选用更加适合的窗函数,分析经过时域平滑后的BPSK信号载频估计精度.最后仿真实验实现了时域平滑FFT累加算法在低信噪比条件下对BPSK信号的载波频率准确估计,验证了算法的有效性.

一种改进的复合型弱信号载波跟踪方法研究

论述了使用FFT跟踪载波的方法。在标准锁相环(PLL)的基础上引入平方检测器,形成了一种更先进的跟踪结构——非相干模块处理跟踪环路(NCBP)。并对此环路进行改进,提出了使用FFT和非相干模块处理跟踪环相结合的复合软环跟踪GPS微弱信号的方法。通过模拟微弱GPS接收信号,从跟踪精度、环路锁定速度和环路的动态应力性能等方面比较了几种载波跟踪环的性能。仿真结果表明:该复合软环可以提高环路跟踪精度和锁定速度,它的等效噪声带宽可以设得更小,减小引入到环路的噪声,提高环路稳定性。

极弱卫星导航信号精确跟踪方法研究

针对全球卫星导航系统卫星普遍存在当卫星轨道高度较高时卫星信号较低的现象,传统载波跟踪环路检测概率低的问题,提出了一种采用基于Duffing混沌振子的多普勒检测与补偿的载波精确跟踪方法。同时针对跟踪环路检测时间较小,失锁概率较大问题,提出了一种考虑电文反转的极弱信号码精确跟踪方法,文中分别阐述方法的原理及跟踪极弱信号的过程,最后使用北斗卫星导航系统数据进行动态数据验证,结果表明新方法能够解决极弱卫星导航信号的正确跟踪的问题。

极弱信号环境下GPS位同步和载波跟踪技术

为解决环路未锁定、无法找出正确的导航数据位跳变点时极弱全球定位系统(GPS)信号跟踪问题,通过分析信号跟踪模型和相关器1 ms采样数据特性,将最优路径动态规划算法应用于GPS位同步,并提出基于平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)和位同步结合的载波联合跟踪算法。建立了适合位同步的SRUKF载波环参数估计模型,针对位同步的实现条件和无相位频率先验信息的情况,将位同步模块提前,研究设计了环路未锁定时串行和并行两种弱信号跟踪方案。位同步跟踪完成后环路采用单独的SRUKF工作方式。实验结果证实该文提出的算法具有较高的数据位边缘检测概率(EDR)和参数估计性能,而无须关心环路是否处于锁定状态,能够对载噪比低至22 dB/Hz的弱信号实现跟踪。

GPS微弱信号捕获跟踪算法

在GPS微弱信号捕获算法设计中,为提高捕获灵敏度,采用相干积分与非相干积分结合的方式消除数据码长度对相干积分增益的影响,采用差分相干积分减小非相干积分中的平方衰耗。为了提高信号捕获速度和精度,利用FFT工具进行伪码与载波频率捕获,采用延迟锁定环(DLL)与锁相环(PLL)实现GPS微弱信号的跟踪。最后对GPS微弱信号的捕获跟踪算法进行仿真实现。应用结果表明:通过仿真技术能有效地复现出捕获和跟踪载噪比为25dB.Hz-1的GPS微弱信号,差分相干积分捕获灵敏度比相干-非相干积分高0.8dB,频率捕获误差小于1.25Hz,码捕获误差小于0.1码元。