高动态下直扩接收机关键模块的设计与仿真*

高动态给扩频信号带来较高的多普勒频移,使伪随机码产生较大的动态时延,很容易造成载波跟踪环和码跟踪环的失锁。为了提高跟踪环路的动态应力,防止跟踪环路失锁,在分析了捕获与跟踪原理的基础上,提出了一种捕获与跟踪的设计方案。该方案捕获采用基于FFT的并行快速捕获算法,载波环采用2阶锁频环FLL(frequency locked loop)辅助3阶锁相环PLL(phase locked loop),码环采用2阶延迟锁定环DLL(delay lockedloop)。MATLAB仿真结果表明,在高达65 g的视距动态应力条件下该设计也能够表现出其精确、稳定的性能。     

INS加速度信息辅助GPS载波跟踪方法研究

为了解决GPS接收机载波跟踪环路在高动态环境下很容易失锁的问题,提出了一种利用INS加速度信息来辅助接收机跟踪环路的方法。该方法利用INS和GPS组合滤波后的信息以及INS的加速度信息,计算多普勒变化率,加入到跟踪环路中,为载波跟踪提供辅助。文中通过仿真实验,完成了对该GPS定位精度以及跟踪环性能的分析验证。实验结果表明,利用INS加速度信息辅助GPS接收机,有效地降低了动态对载波环的影响,提高了载波环的动态跟踪性能,同时通过降低载波环噪声带宽,提高了载波环的跟踪精度。     

一种适用于多普勒高阶变化率的载波跟踪算法

针对多普勒高阶变化率的载波跟踪问题,分析了现有二阶锁频环辅助三阶锁相环的局限之处,设计了一种三阶锁频环辅助四阶锁相环的载波跟踪算法,从理论上证明了该算法可以对多普勒高阶变化率信号进行无误差跟踪,并根据环路传递函数和环路带宽,推导出了环路所有参数的计算方法,最后通过环路模式切换及环路带宽设置策略,既加快了整个载波跟踪环路的收敛速度,又提高了载波频率跟踪精度,保证了跟踪的稳定性。仿真结果表明,对于多普勒高阶变化率信号,该算法能够有效地完成信号的载波跟踪并正常解调出原始数字信息,因此有较高的应用价值。     

数字直扩接收机中同步环路设计与仿真

同步是扩频通信系统中的一个重要问题。该文详细介绍了直接序列扩频（DSSS）通信系统中，数字科斯塔斯（Costas）环、数字延迟锁定环（DLL）的工作原理和环路中二阶环路滤波器的设计方法，并根据该原理提出了一种新的码环实现方案。使用Matlab对数字直扩接收机进行了仿真。不同环路滤波器参数下环路捕获性能的仿真结果及系统解调误码率证明了该环路滤波器在Costas环和DLL环中的正确性和实用性。其较好地解决了直扩系统中载波和伪码精确同步的问题。该文所设计的数字直扩接收机可有效地应用于CDMA及GPS等系统之中。     

基于Costas环的OFDM载波同步算法

针对目前OFDM载波同步算法复杂度高、极耗FPGA资源的问题,提出一种改进方法:对频偏的捕获,在联合使用9个短前导序列和长前导序列估计算法的基础上,采用鉴频环路的方法来消除算法中的除法和取模运算;对于跟踪部分,在使用导频跟踪频偏的基础上,利用Costas环估计相位和剩余频偏;最后综合捕获和跟踪进行系统仿真,得到频偏估计的精度高,范围大,且系统复杂度大大降低的结果.     

GPS软件接收机载波跟踪环的设计实现

在接收机的信号优化问题的研究中,多普勒频移的跟踪是GPS信号解扩的关键技术之一.针对传统载波跟踪环路中由接收机加速度和加加速度引起的多普勒频移跟踪误差大的缺点,根据科斯塔斯(Costas)环实现载波跟踪的基本原理,为了减少信号误差,提出了接收机载波跟踪环路中鉴别器、滤波器和载波NCO的一种软件实现方法,推导出在不同动态环境下载波跟踪环路带宽和环路频率更新时间的理论值范围,最后对不同动态软件接收机接收的信号进行了跟踪仿真.结果表明:设计的载波跟踪环路功能正常,性能稳定,可快速精确地完成GPS信号的载波跟踪.     

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。     

基于模糊控制的GPS高动态载波跟踪算法

卫星导航接收机载波跟踪环路通常采用锁频环(FLL)辅助锁相环(PLL)的方式,传统FLL辅助PLL载波跟踪环路中,FLL与PLL同时工作,载波环无法根据载体动态进行调整,充分发挥出FLL与PLL的优势,因此,提出一种基于模糊控制的FLL辅助PLL(FAFPLL)载波跟踪环路结构,其关键是对PLL和FLL的环路增益进行调节,并通过仿真实验验证其在高动态环境下优越的跟踪性能。     

Kalman滤波理论在GNSS信号跟踪中的应用

在分析传统GNSS接收机跟踪环路的基础上,对传统的码环滤波和载波滤波在复杂的环境下精度不高的问题,提出一种以自适应Kalman滤波算法代替码环和载波环中的两个环路滤波器,并依据新息自适应的对测量噪音实时调整,将调整结果输入到卡尔曼跟踪环路,估计跟踪误差、实现GNSS(扩频信号)信号的跟踪,提高环路在复杂应用环境下的跟踪精度。仿真结果证明了这种方法提高了跟踪精度,对环境的适应能力有了明显的增强。     

一种改进的载波同步Costas环路设计及实现

提出了一种基于Cosms环（科思塔斯环）载波同步的改进环路，它具有可变环路增益和可变环路带宽。与传统的Cosms环相比，改进环路增加了频差估计、增益控制和环路锁定检测三个辅助电路。该方法能较好地处理环路带宽、稳态相位误差与环路增益之间的关系，在FPGA上已成功实现。     

复杂环境下INS辅助GPS跟踪环路研究

为实现超紧INS/GPS组合接收机跟踪高动态、微弱GPS信号,分析了超紧组合的基本结构,并根据载波环路噪声与带宽的关系,研究并设计了一种INS辅助GPS接收机载波和码跟踪环路的具体实现方案.整个环路进行r仿真.结果表明:载噪比为45 dB/Hz时,载波和码环带宽可降至2,0.03 Hz;而在满足带宽大于或等于20,0....     

半无数据调制信号捕获跟踪算法研究

半无数据调制是指在每个节点发送的信号上都调制有同相和正交两路伪码,同相通道上无数据信息,正交通道上调制数据信息,两通道上的伪随机码相互正交。根据半无数据调制的信号样式,采用联合捕获及联合跟踪算法对信号进行基带处理。在捕获阶段,对单通道捕获与相干联合、非相干联合及差分相干联合等捕获算法在捕获概率及捕获时间方面的性能进行对比,在码跟踪、载波跟踪阶段,通过比较单通道跟踪与联合跟踪算法在不同干扰场景下的跟踪误差协方差,选择最佳的捕获及跟踪算法。仿真结果表明,相干联合捕获算法捕获概率最高且平均捕获时间较短,而码环和载波跟踪环的联合跟踪算法具有较高的跟踪精度及可靠性。     

基于UKF的高动态GPS载波跟踪

在高动态环境下,传统的GPS载波跟踪环无法保证可靠的跟踪．本文提出一种改进的基于无迹卡尔曼滤波的高动态载波跟踪方法,采用频率快速牵引方法来保证滤波快速收敛,并加入了一种载波幅度的估计方法．利用美国喷气推进实验室高动态载体模型对环路的跟踪性能进行了测试．测试结果表明,该方法在高动态环境下不仅能快速牵入和锁定载波信号,而且在高达lOOg／s的加加速度作用过程中也能持续精确的跟踪．     

一种高动态USB应答机的设计与实现

为了同时满足高动态USB应答机动态性能和跟踪精度两方面的需求,提出了一种FFT频率引导、FLL辅助PLL的载波捕获跟踪方案,详细设计了环路滤波器的结构和参数,分析了环路带宽、载噪比对载波频率跟踪和载波相位跟踪性能的影响,并介绍了相关硬件结构。根据此方案研制的应答机,经动态模拟试验检验,其动态范围已达±120kHz,多普勒频移一次变化率32kHz/s,二次变化率200Hz/s2,初始捕获时间小于1s。     

高动态条件下BPSK信号载波的同步算法

在诸如火箭、导弹等飞行器的数据传输中,不可避免遇到多普勒频移的影响,多普勒效应将导致收发信号之间频率发生偏移,高动态将产生很大的多普勒频移.并且还伴随不同的加速度,这都会影响载波的同步,通过对锁相环载波同步机理的分析,提出在全数字科斯塔斯环上、改变环路带宽法进行快速、高精度载波跟踪同步,在全数字环中,变带宽法具有结构简单,容易实现的特点,设计了全数字锁相环,进行了Matlab仿真,仿真结果说明该算法是可行的,能够适应高动态大频偏环境下,载波的快速、高精度跟踪.     

基于载波表的GPS载波跟踪环路研究

实时GPS软件接收机可以使用查找表的方法得到本地复现载波以减少运算量。载波表是由一组具有一定频率间隔和固定初始相位的正弦和余弦信号组成。传统的载波跟踪环路无法使用具有离散频率和不连续相位的复现载波完成GPS载波跟踪。针对这一问题,使用相位补偿算法对载波进行相位补偿,设计了基于载波表的载波跟踪环路。仿真结果表明该载波跟踪环路能有效实现GPS信号的载波跟踪,且与传统的载波跟踪环路相比仅有微小的信噪比损失和频率跟踪精度衰减,可用于实时GPS软件接收机设计。