GNSS接收机导航滤波器辅助捕获技术

为了充分利用GNSS接收机导航滤波器先验信息对基带信号处理过程的捕获进行辅助,以提高捕获速度及灵敏度,以北斗B1I信号为研究对象,开展GNSS接收机导航滤波器辅助估计伪码相位、载波多普勒、NH码相位研究.首先引入“虚拟路径”的概念计算伪码相位,并详细推导了由导航滤波器直接计算接收信号伪码相位的算法.然后对伪码相位及多普勒频率的误差源和传播特性进行详细分析.最后进行了捕获性能理论仿真分析.结果表明:导航滤波器辅助伪码相位与多普勒频率估计条件下,能够将捕获灵敏度提高1.1 dB,平均捕获时间为1 ms;进一步加入对NH码相位估计的辅助从而扩展相干积分时间为20 ms,则额外可以提供12.8 dB的灵敏度提升,平均捕获时间为20 ms.通过导航滤波器中的先验信息对信号捕获进行辅助,能够提高信号捕获性能,同时有助于降低无辅助条件下捕获装置频繁运行带来的功率损耗,所提出的算法可以直接应用到GNSS接收机及GNSS/INS深组合导航系统中.

多环路锁相频率合成的辅助捕获

本文简述了锁相环路的基本构架及鉴频鉴相器的工作原理，结合工程应用中出现的在多环路频率合成时锁相环路不能锁定的现象，对环路辅助捕获的方法进行了具体的分析和讨论。

基于分裂基FFT的L1辅助L2C双频GPS信号快速捕获

室外无人搬运车(automatic guided vehicle,AGV)运输和未来的无人驾驶智能汽车等对全球定位系统(global positioning system,GPS)高精度定位精度要求较高,GPS L1/L2C双频信号可以校正电离层误差从而提高GPS单机的定位精度。但L2C民用中码/民用长码(civil moderate/civil long code,CM/CL)的长度远大于L1粗捕获码(coarse/acquisition code,C/A),传统的捕获算法直接用于L2C信号会使捕获时间延长甚至导致捕获失效。对此,提出了利用捕获到的L1信号的多普勒频移和C/A码相位对L2CM码进行辅助捕获,然后利用CM码码相位对CL码进行辅助捕获的方法,减小了L2C信号捕获的二维搜索范围;同时在相关运算中利用分裂基快速傅里叶变换(split-radix fast Fourier transform,SFFT)代替传统的基2FFT进一步降低了计算量。仿真结果表明,所提算法在运算量明显降低的情况下可以实现对L1/L2C双频信号的精确捕获。

基于辅助捕获的锁相环性能分析与仿真

锁相环作为测控系统中的重要工具,主要研究其信号捕获问题。而环路带宽的选择是目前锁相环研究中的重大难题。针对环路带宽大小的选择与对环路输入噪声的抑制和频率的牵引之间的相互制约关系,本文分析了传统锁相环的基本理论和构成,建立了辅助捕获锁相环的数学模型。通过仿真,给出了不同条件下的相轨迹和时间响应图以及任意初始相差对应的捕获带。实验表明,此方法有效解决了环路带宽与噪声滤除和频率牵引之间的矛盾,在工程应用中具有一定的指导意义。

基于DSP辅助的伪随机码快速捕获实验分析

提出了利用DSP进行辅助捕获的PN码快捕实现新方法。利用DSP强大的数据处理能力,通过软件算法估计出接收信号和本地产生PN码信号的相对时延,指导串行搜索系统从接收信号最可能的相位位置附近开始搜索,从而达到快捕的目的。实验结果表明:通过DSP器件进行辅助捕获,不仅能在很短的时间内完成PN码的捕获;同时,通过对“超前码片数”置不同的值,可以很方便地控制串行捕获电路从开始捕获到完成捕获所需的捕获时间。

基于分段分裂基FFT的GPS L1辅助L2C信号快速捕获算法（英文）

为了缩短GPS L2C CM/CL长码的搜索捕获范围进而提高捕获速度,提出了一种基于分段分裂基FFT的L1辅助L2C信号快速捕获算法,可以有效降低计算量和节省存储空间,因而适合在嵌入式系统中实现。首先根据捕获到的L1信号的多普勒频率将L2C信号的多普勒搜索范围缩至一个固定的值,然后综合利用S-SFFT、补零和重叠舍弃算法快速准确地确定L2C CM/CL码的码相位。利用本文设计的L2C信号产生器产生L2C信号对该算法进行了仿真验证。实验结果表明,当L2C信号强度较强时,该算法可以以显著降低的计算量完成对码相位的准确快速捕获。

北斗系统信号捕获方法研究综述

目前针对北斗信号捕获技术研究较多,但缺少系统的分类、总结和性能比较的问题。按照单周期、多周期、辅助捕获三个标准进行研究;同时,分析了捕获算法的硬件实现现状,对国内外捕获研究领域的相关方法进行了系统的整理和综述;对捕获方法进行了性能对比,仿真验证了各自的优劣,指出了北斗系统捕获技术所面临的问题和未来的发展趋势,对捕获领域加强了理论支撑。

火星探测器使命轨道捕获策略研究

分析了火星探测器使命轨道捕获策略研究需求,给出了三种可用的典型捕获策略,建立了速度纵向平面内的飞行动力学方程,对三种典型策略进行了飞行动力学仿真,给出了各策略完成捕获所需速度增量、任务耗时及过。通过对仿真结果的分析比较,得出研究结论为:直接制动捕获任务耗时及过载较小,但速度增量需求较大;多次穿越后捕获任务耗时较长,但速度增量需求和过载较小;一次穿越后捕获速度增量需求较小且任务耗时较短,但过载较大。

旋转大气下火星探测器轨道捕获

针对大气辅助捕获下多次穿越的方式,分别建立探测器气动捕获段在静止大气和旋转大气模型下的轨道动力学方程并进行相应的动力学仿真,分析旋转大气对轨道捕获的影响.根据仿真结果,给出了在两种大气模型下完成目标捕获时,任务耗时以及探测器所受的热量、过载情况,通过给定不同目标轨道近火点高度,得出两种大气模型下卫星轨道的轨道参数变化形式.结论表明:当目标轨道近火点高度较低时,旋转大气对探测器轨道参数的变化形式影响较大,应该考虑旋转大气的影响.

一种光泵磁力仪自动捕获跟踪系统的设计

采用分立的改进型VCO设计了一种光泵磁力仪的跟踪锁定环路,并利用后继的中央控制器来完成辅助捕获功能。实验表明环路能获得1Hz的跟踪精度,失锁后的重新捕获时间小于5s。相比于在系统中应用手动电调或专门的辅助捕获电路,该跟踪系统充分利用了后继中央控制器的富余资源,减小了设备的复杂性和体积;加之运用廉价的分立元件构建VCO单元,进一步降低了成本,因此具有良好的应用前景。

基于小波处理的P码直捕及实现研究

相对于C/A码,GPS的P码信号不仅定位精度高,且具有很强的抗干扰和保密能力。由于P码信号具有多普勒频移大、码周期长以及码速率高等特点,给P码的直接捕获带来了很大的技术难度。提出了采用小波滤波进行辅助捕获的捕获策略。在辅助捕获阶段,通过小波处理,减低需处理数据的数据率,从而提高了搜索速度,经二维搜索估计出接收P码信号的相对时延和多普勒频率等先验信息。利用该先验信息指导同步跟踪电路对接收信号进行捕获、跟踪与同步,从而达到提高捕获速度、降低硬件资源消耗的目的。仿真结果证明了该辅助捕获策略的正确性。

基于锁相环技术的超声测速系统研究

声速测量在食品检测领域中具有广泛的需求和应用,在讨论锁相环测速原理的基础上,设计了一种声速测量系统。结合辅助电路,改进后的锁相环路减小了捕获时间,增加了稳态相差的稳定性,提高了测量精度。实验结果表明:加入辅助电路的锁相环测速系统,测量速度快,最大误差小于0.15%,能够满足在线测量的要求。

基于嵌入式技术的光泵磁力仪控制系统设计

本文设计了光泵磁力仪的后端测频与中央控制系统,利用高速CPLD来测定拉莫尔频率;使用ARM嵌入式中央处理器来实现测量数据的转换、显示与存储,处理器的富余端口同时完成前端拉莫尔频率跟踪锁定环路的辅助捕获功能.实验表明系统各项功能正常,失锁后的重新捕获时间小于5s.相比于原型样机GB-4A,设备的复杂性和体积大大减小,因此在无人机航空磁测等领域具有良好的应用前景.

一种小型数字化光泵测磁系统的设计

针对无人机航空磁测等空间受限场合设计了一种小型数字化的光泵测磁系统。该系统前端使用改进型VCO进行拉莫尔频率跟踪,后端利用高速CPLD和ARM嵌入式处理器来实现测频、反演、显示与存储,处理器的富余端口同时完成频率跟踪环路的辅助捕获功能。由于采用紧凑型CPLD与ARM嵌入式处理器,减少了系统的复杂性,使得设备体积与功耗大大减小;同时利用廉价的分立元件构建VCO,进一步降低了成本。实验表明测磁精度约为0.01nT,开机与失锁后的捕获时间小于5 s,综合性能优于同类产品。

快速跳频雷达频率合成器的实现

本文结合实际工程，基于频率数字变换（F／D）锁相环路辅助捕获方法，提出了一种实用的由单片机控制的缩短频率转换时间的有效技木途径，以实现具有快速跳频能力的雷达频率合成器。

近地高速目标接入北斗星间链路系统的快速建链方法

针对近地高速目标接入北斗星间链路系统,存在卫星超出当前天线波束扫描范围后如何继续保持星地链路和星地双向链路快速捕获的问题,提出先规划空域再双向辅助捕获的方法。首先,采用根据近地高速目标波束扫描范围进行空域划分的方法,近地高速目标根据飞行姿态和航迹变化计算与建链卫星的角度并选择对应的天线;然后,近地高速目标提前计算天线波束指向、通信时延和多普勒频率等辅助捕获参数,在接收和发射时隙分别辅助自身和卫星完成星地双向链路快速捕获。基于近地高速目标和卫星飞行相关数据开展联合仿真,结果表明:天线波束指向方位角和俯仰角最大误差均小于0.002°,通信时延误差小于2μs,多普勒频率误差小于60 Hz,从而验证了快速建链方法的可行性,可为近地高速目标接入北斗星间链路系统提供一定参考,具有一定工程应用价值。