一种基于多重同步压缩的高动态信号捕获技术

为了解决高速飞行器通信时的高动态信号捕获问题,根据多普勒变化特点,将信号建模为非线性调频信号,采用时频分析的方式提取瞬时频率,设计了一种基于多重同步压缩(Multisynchro Squeezing Transform,MSST)的时频分析方法,有效提高了时频能量聚集能力和鲁棒性。为了避免时频图起始点选择错误引起的频率估计误差过大的问题,提出了一种分段能量泛函最小化法,将时频面分成多个部分,向前向后分别提取脊线,提高了低信噪比下频率估计的准确性。仿真结果表明,对6 Ma、40g、100 g/s的高动态信号,相比传统时频分析方法频率估计精度提高50%以上,所提方法捕获概率可达到95%以上,对低信噪比高动态信号有较强的适应能力。

INS辅助的卫星接收机高动态信号捕获仿真研究

由于多普勒频移严重影响信号捕获,因此使用INS辅助的GNSS信号捕获方法,提升接收机性能。通过分析不同精度INS辅助卫星接收机捕获的性能,解决了特定条件下捕获性能问题和惯性器件的选择问题。比较传统捕获算法和INS辅助的捕获方法的基本原理,分析INS速度误差、位置误差对接收机多普勒误差的影响。模拟高动态载体的行驶轨迹,并采用不同精度的INS辅助接收机捕获,获得捕获性能的指标结果,选出最适合需求的INS的精度等级。结果表明,通过选择的INS辅助,提高了接收机对卫星信号的捕获灵敏性,具有极高的性价比;对于高动态应用条件,该结果对组合导航传感器和型号的选择具有指导意义。

极低信噪比高动态信号的多普勒频偏估计算法

为了提高极低信噪比下高动态信号的多普勒频偏估计性能,提出了一种基于一阶多普勒变化率补偿的频偏估计算法。分析了一阶变化率对相干累加与非相干累加的影响,在此基础上,一阶变化率被补偿,对于相干累加,补偿消除了频谱"平台效应",提高了检测性能,对于非相干累加,补偿消除了频谱的"漂移"现象,保证了非相干累加的有效性,并推导了一阶变化率扫描间隔的计算。通过对载噪比25分贝条件下的铱星信号的频偏估计,验证了新算法在极低信噪比条件下,对高动态信号的多普勒频偏估计的性能。

多频段高动态信号载波频偏捕获方法研究

研究了多频段高动态信号载波频偏问题,分析了多频段给频偏捕获带来的困难,针对低数据率、大载波频偏的情况,讨论了抽取倍数对捕获范围和精度的影响,并提出对于不同频段,通过改变相应的抽取倍数来满足不同的频偏和精度,再进行最大功率搜索法估计频偏的捕获方案。仿真结果表明,与传统方法进行比较,该方案在低信噪比下条件下估计性能更好,能够适应UHF和S频段,在数据率9.6 kb/s的条件下,估计精度在UHF频段下为300Hz,在S频段下为600Hz。

一种高动态弱GNSS信号跟踪解调算法研究与实现

在某些高动态弱信号场景中,载波相位难以锁定。为实现对高动态弱全球导航卫星系统(GNSS)信号的跟踪,考虑锁频环较锁相环更为鲁棒,提出了一种基于锁频环(FLL)+差分解调的算法,实现对GNSS信号的跟踪和解调。该算法采用二阶FLL实现对卫星信号的频率进行跟踪,差分解调算法实现对比特数据的解调。工程应用上,算法采用现场可编程门阵列和数字信号处理器(FPGA+DSP)的架构实现,在FPGA中实现信号的跟踪信号的前处理,在DSP中实现跟踪环路算法、位同步和差分解调。本文在Matlab平台中实现算法的仿真,通过模拟器平台和对天接收真实的GNSS信号对算法进行验证。仿真结果与实验结果表明,该算法在高动态弱信号条件下能实现对卫星信号的稳定跟踪和数据的解调,克服了锁相环难以锁定导致数据无法解调的难题,最终实现GNSS信号在该条件下的位置、速度和时间(PVT)解算。

高动态GPS模拟器信号产生模型研究

高动态GPS卫星信号模拟器可以根据载体的动态环境,精确产生载体收到的GPS卫星信号.在对GPS接收机接收信号进行深入分析后发现GPS信号模拟器以接收时刻为标准以一定的时间间隔计算模拟器信号码和载波速率及信号的传播延时,由于接收机与GPS星之间存在的径向加速度,使得对应的信号发出时刻的间隔不等于计算机进行样点计算的间隔.本文给出了在高动态条件下GPS卫星信号模拟器的信号模型,在对模型误差进行分析计算的基础上讨论了通过增加采样率来减小由于模拟高加速度信号而带来的误差的方法.

高动态GPS信号模拟器信号强度问题研究

高动态GPS卫星信号模拟器可以根据载体的动态环境,精确产生载体收到的GPS卫星信号。GPS卫星信号模拟器有多种技术要求,其中,模拟器输出信号的强度是研制模拟器所必须解决的一项关键技术。该文通过对GPS信号解调解扩后信噪比分析,导出了模拟器模拟的GPS卫星信号的强度如何客观地反映真实情况。实验结果证明了所提方法的有效性。

基于FPGA+DSP实现高动态GPS信号模拟器

为了测试全球定位系统(GPS)接收机在多种运动模式且高保真的环境中的性能,利用已有的星历和用户设定的参数,计算模拟载波和码多普勒频率和卫星信号延迟,进而在FPGA+DSP架构的硬件平台上,模拟GPS接收机接收到的GPS卫星信号。通过GPS接收机测试模拟器信号的定位结果与模拟器预先设定的轨迹相比较,其结果表明:高动态GPS信号模拟器能准确模拟多种运动模式下GPS卫星信号。

四相鉴频器辅助的高动态BOC信号载波跟踪

叉积鉴频器的输出频率范围比较窄,捕获信号以后的多普勒频偏可能不在其跟踪范围内。针对此问题,提出了使用四相鉴频器(FQFD)算法辅助已经成型的二阶锁频环加三阶锁相环模型。首先,利用四相鉴频器的非线性特性将接收信号频偏大步长牵引到较低范围,然后使用锁频环消除其大部分动态性,最后利用锁相环跟踪精度高的特点实现高动态二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)信号载波的快速准确跟踪。在分析各跟踪模块算法的基础上,讨论了其本身的热噪声误差、动态适应力以及最优带宽等相关问题,理论分析和仿真结果验证了该方法比原有跟踪算法提高了300 Hz左右的鉴频范围,并且跟踪效果良好。

高动态卫星信号模拟器的软件实现与仿真

在高动态GPS信号模拟器的使用中,需要根据用户的要求,设计出各种动态环境下接收机所接收到的GPS卫星信号的运动轨迹,为接收机的调试和测试提供真实环境下的数字信号源。由于需要经常修改和灵活设置各种参数,设计一个模拟器用户界面就显得十分必要。GPS卫星信号模拟器系统从整体上来说分为硬件平台和上位机软件两大部分,二者之间通过串口进行连接和通信。文中利用Visual C++实现了高动态GPS信号模拟器的上位机软件部分,把设计的界面主要模块的功能及设计实例,通过与Jubiter高动态接收机联调,用Matlab软件对自研模拟器和思博伦模拟器测试后的数据进行仿真,结果表明验证了软件设计的正确性和可行性。

基于离散傅里叶变换的高动态突发信号检测及频率估计

针对高动态突发通信应用环境,提出了一种新的基于频率域的突发信号检测及载波频偏估计算法,通过一次离散傅里叶变换(DFT)实现突发信号存在性检测及频率估计,并与经典PowerLaw算法进行了比较。仿真结果表明:在低信噪比条件下,新算法检测信噪比门限改善超过1 d B,频率估计均方根误差小于符号率的1‰,并且对载波频偏及信号电平动态不敏感,实现结构简单,适合实时处理及工程应用。

高动态直扩信号快捕设计与FPGA实现

为了解决高动态直扩信号捕获速度与资源消耗的矛盾,分析了部分匹配滤波结合快速傅里叶变换(PMF-FFT)的捕获性能。针对PMF-FFT捕获范围有限且占用硬件资源过多的问题,采用递归折叠匹配滤波器代替常规匹配滤波器的方法大大节省了硬件资源,并行FFT保证了其捕获速度,同时采用扫频方法成倍增加了频偏捕获范围。给出了该方法的FPGA设计结构与实现结果,验证了该方法的有效性。与FFT循环卷积方法相比,在频偏捕获范围一定的前提下,所提方法捕获速度快,占用资源较少,非常适合高动态直扩信号的快速捕获。

基于前向结构的高动态突发信号载波同步算法

为实现高动态突发通信系统载波快速同步,提出了一种新的基于前向结构的突发信号载波同步算法,采用多级处理方案分级实现多普勒变化率、多普勒频偏及载波相位的估计及恢复。理论分析及数值仿真表明,在高动态低信噪比条件下,新算法的载波同步信噪比损失小于1dB,且对多普勒变化率及信号电平参数不敏感,实现复杂度低,能够满足高实时性应用需求。

高动态扩频信号的捕获跟踪与解调

本文给出了一种高动态扩频信号的跟踪解调方法,采用数字平方环载波捕获跟踪,并实施数字下变频对无载波频率变化的扩频信号进行简单相干积累解扩解调,变二维捕获过程为两个一维捕获过程,简化了高动态情形设计方案.

一种改进的深空高动态微弱信号频率捕获算法

分析传统的基于极大似然法的高动态微弱信号频率捕获算法,深入研究发现,在高动态条件下求平均周期图的时候存在多普勒频率变化率差值,使得信号非相干累加无法达到最佳效果。针对此问题,提出一种频域循环移位累加求周期图的改进算法,在相同多普勒动态范围及多普勒频率变化率条件下,提升信号频率捕获性能。

高动态GPS模拟器通道时延校正研究

高动态GPS卫星信号模拟器可以根据GPS接收机的动态环境,精确产生接收机收到的GPS卫星信号。GPS卫星信号模拟器有多种技术要求,其中,通道的时延一致性的测量和修正是研制模拟器所必须解决的一项关键技术。本文给出了测量模拟器通道硬件时延的一种新的方法,同时,为进一步提高测量精度,测试接收机采用了载波相位平滑伪距的方法。试验结果证明了所提方法的有效性。

一种新的高动态GPS载波跟踪算法

提出了基于无迹粒子滤波(UPF)算法的高动态GPS载波跟踪环路,仿真分析了该方案在高斯噪声和非高斯噪声环境下对高动态GPS信号的跟踪性能,并与分别基于扩展卡尔曼滤波(EKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF)、粒子滤波(PF)及扩展卡尔曼粒子滤波(EPF)这四种算法的载波跟踪环路进行了性能对比。仿真结果表明,基于UPF估计器的载波跟踪环路在高动态、弱信号以及非高斯噪声环境下具有优越的跟踪性能,既可以提高跟踪精度,又解决了非高斯噪声干扰问题。通过模拟实验验证了该方案的有效性。

基于AD9361星载USB测控接收设备设计

针对星载统一S频段(Unified S-band,USB)测控应答机遥控接收高动态问题,提出了一种USB接收设备的设计方法。该方法基于AD9361+现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)硬件平台,采用并行+串行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)实现信号载波频率捕获,载波环路使用2阶锁频环(Frequency Lock Loop,FLL)辅助3阶锁相环(Phase Lock Loop,PLL)环路进行跟踪,遥控副载波环路采用2阶PLL环进行跟踪。对方法的可行性进行了理论推导,使用Matlab进行仿真,结果表明该方法可以满足多普勒动态不小于32 kHz/s下遥控数据解调要求。

高动态短猝发扩频自适应信号快捕系统设计

在高动态环境下,短猝发信号传输过程中往往会产生普勒频偏,增加扩频信号的捕获时间,甚至降低信号捕获信噪比,为实现对扩频自适应信号的快速、有效捕获,设计高动态短猝发扩频自适应信号快捕系统;系统硬件采用模块化设计方式,改装信号接收模块和滤波模块,从信号缓存和锁相环两个方面调整系统电路;在硬件系统支持下,通过扩频过程的模拟确定高动态短猝发扩频信号特征,通过特征匹配实现对高动态环境中短猝发扩频信号的自适应搜索;计算捕获长度、频率、门限等参数,实现系统的短猝发扩频自适应信号快速捕获功能;实验结果表明,在无噪声条件下,优化设计系统输出扩频信号信噪比的平均值为141.6,捕获时间平均为8 s,捕获面积平均为90 km^(2);在有噪声条件下,系统输出扩频信号信噪比的平均值为121.8,捕获时间为10 s,捕获面积为130 km^(2)。

FPLL载波跟踪环仿真及高动态GPS信号测试

针对高动态环境下普通GPS接收机跟踪环路容易失锁的问题,考虑到锁频环动态性能好、锁相环跟踪精度高的特点,实现了二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环(FPLL)。根据FPLL结构原理和误差分析理论,提出了一种FPLL环路的码相位和载波相位精度分析方法。借助GPS软件接收机平台,在Matlab环境下仿真实现了FPLL载波跟踪环,并利用Spirent GSS7700仿真器采集高动态GPS模拟信号对FPLL环路进行了测试。测试结果和精度分析表明,在导航信号的载噪比为40dB-Hz,加速度为26g,加加速度为9g/s的条件下,该高动态跟踪环路能够达到码相位1.31m(1σ),载波相位为4.24×10-3 m/s(1σ)的跟踪精度。