软件无线电导航接收机自动测试技术研究

本文提出了一种基于自动测试技术进行软件卫星导航接收机性能分析的方法,明确了评价指标的选取机制。该技术方法利用软硬件自动测试技术对软件接收机的捕获、跟踪和定位性能进行分析,验证了不同采样率和信号强度因素对软件接收机的性能影响。通过一系列测试结果表明,软件无线电导航接收机自动测试技术对于验证软件接收机正确性、评价软件接收机性能都非常有效。     

GPS信号捕获跟踪环路的研究及实现

捕获跟踪环路的设计是GPS接收机设计中的关键技术之一。本文首先阐述了扩频通信系统中捕获与跟踪的基本原理;重点阐述了GPS信号捕获跟踪通路的整体设计方案,详细论述了捕获跟踪模块中初始态、捕获态、同步态及保护态的设计及实现;最后给出了仿真结果和基于FPGA验证的测试数据。运行结果表明设计的捕获跟踪环路功能正常,性能可靠,可完成GPS信号的捕获和跟踪。     

高速大行程滚珠丝杠副智能测控平台的伺服控制

为了研究滚珠丝杠副的动态特性如定位精度、重复定位精度、速度及加速度跟踪、动态摩擦力矩、负载扰动、预紧力、疲劳性能、温升和机械振动等对滚珠丝杠副精度保持性能的影响,针对五轴联动加工中心高速大行程滚珠丝杠副设计了一套伺服电机+滚珠丝杠副高速运转、直线电机模拟负载扰动、多通道信号采集的智能精密测控试验平台;建立了测控平台时变参数不确定性和外力扰动的优化动力学模型;提出了基于遗传算法的自适应非线性PID双位置反馈的控制算法和速度、加速度前馈误差补偿的控制策略。试验结果表明,该控制策略具备小的跟踪误差、较强的抗干扰能力和稳定性,满足测控平台的试验需求。     

无积分误差的双相关频差补偿信道测试方法

针对未来无人机、航天、地铁等无法同步的无线信道测试工程中,收发端无法同步的问题,提出了一种无积分误差的双相关频差补偿信道测试方法,预先设置频差,在训练阶段存储频差参数,在测试后对随机序列以及频差实施相关运算,补偿收发端之间的频差影响。提出了数值预置、直连获取、信道获取等3种频差获取方案,适用于不同的工作环境。理论分析与实验表明所提方法在任意频差下,均能有确定性输出,且随着收发间频差的增加,最终输出可收敛于同步情况下输出幅度的一半,解决了特殊环境下信道检测的难题。     

无人机航测高精度 RTK 接收机信号捕获与跟踪仿真方法研究

近年来以载波相位差分技术为核心的实时动态(real-time kinematic, RTK)高精度卫星定位技术在测绘领域迅速发展, 基于 RTK 定位原理,以轻小型化、高精度、稳定快速卫星定位接收机为目标,研究无人机 RTK 接收机的多系统多频段全球导航 卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)信号处理技术,包括 GNSS 多频射频前端处理、基带信号处理关键技术。 通过 专业仿真手段可以得出设计的射频前端接收灵敏度高于-130 dBm,对 6 758 个采样点搜索捕获的执行时间仅为 0. 68 s,捕获频 移误差约为多普勒频移的 0. 932%,载波跟踪稳定后频率误差基本集中在 0. 75 kHz 以下。 仿真结果表明,设计的 GNSS 信号处 理模块符合实际的多频 RTK 定位接收机要求。     

基于码存储的SGR信号跟踪实时性提高方法

在GPS软件接收机信号跟踪过程中,为了解决传统的八通道GPS跟踪方法耗时较长,提出了一种基于码存储的SGR信号跟踪方法。本文对传统的八通道的GPS码跟踪方法进行了分析与理论介绍,基于传统跟踪方法码产生耗时较多,提出了预存码的方法,并介绍了预存码方法的原理与程序流程,最后对两种方法进行了实验测试,通过传统方法与码存储方法的比较分析与仿真实现,证明了码存储方法能够消除码产生的时间,并且输出导航信息幅值不受影响。     

基于LabVIEW的电压暂降检测与分析软件设计

为了对电压暂降问题进行监测和分析,采用USB2831数据采集卡和Lab VIEW虚拟仪器开发平台设计了一套电压暂降检测与分析软件。USB2831数据采集卡用于获取电压电流信号,在Lab VIEW环境下用短时傅里叶变换作为时频信号的检测和分析工具,生成基波幅值曲线和最大频谱幅值曲线,以确定电压暂降深度、暂降的起止时刻以及各次谐波分量的幅值。将其检测结果与有效值算法的检测结果对比可知,短时傅里叶变换算法检测电压暂降的精度高,扰动定位能力强。所设计软件具有界面友好、扩展性强、使用方便等优点。     

窄带干扰对导航信号等效载噪比影响分析

等效载噪比是衡量导航信号捕获阈值确定、跟踪环路设计及理论定位精度计算等的重要参数,为了分析窄带干扰对导航信号等效载噪比的影响,在建立导航接收系统模型的基础上,对几种窄带干扰样式对等效载噪比的影响进行了数学仿真,仿真结果表明,等效载噪比与导航信号、干扰的功率以及导航信号调制样式等因素有关。     

GPS频域并行码捕获改进算法

针对基于FPGA平台的GPS L1信号的软件接收机捕获实时性差的问题,设计并实现了改进的GPS信号频域并行码相位捕获算法.首先分析了频域并行码相位捕获的理论模型,在此基础上采用平均采样方法对5 714点的数据进行下采样,平均采样后为1 024点,用Altera FFT IP核实现1 024点数据的FFT计算,实现算法的...     

GPS通讯技术在管道防腐层缺陷检测中的应用

全球定位系统(GPS)已在定位、导航、精确授时等领域得到广泛应用.本文介绍了KODEN公司的GSU36 GPS接收机的性能指标和输出数据格式.基于GPS技术,详细给出了GPS接收机与单片机的硬件接口和软件设计方案.将该方案成功应用于埋地管道防腐层缺陷榆测系统中,通过GPS时问来实现检测仪和中断器之间的同步.应用结果表明本文提出的设计思想是正确的,本文介绍的GPS接收机与单片机的通讯方法在需要时间同步的其他应用领域同样具有广阔的发展前景.     

双目视觉系统实现羽毛球实时跟踪

利用双目视觉系统实现三维空间中羽毛球的实时跟踪。主要从双目图像获取、双目标定、图像校正、立体匹配等方面对双目进行探究,以识别运动中的羽毛球为导向,实现对运动中的羽毛球进行实时跟踪定位。为增加系统稳定性,采用背景减除算法和Camshift算法相结合的方法实现羽毛球在较为复杂背景的跟踪监测,再通过双目获得目标羽毛球的位置信息,再将羽毛球的位置实时反馈给机器人运动控制系统。通过不断测试,实现了羽毛球在飞行过程中的跟踪检测和轨迹三维信息的计算,并且定位误差在±10 mm范围内,实现对羽毛球的实时跟踪定位。     

Digital IF GPS Signal Simulator Design

In order to test the static and dynamic performance of a Global Positioning System (GPS) receiver, a GPS signal simulator is required to generate real satellite signals in various environments. The software simulator is widely used because of the advantages of being flexible and reprogrammable. Therefore, a digital intermediate frequency GPS signal software simulator which implemented using MATLAB software is proposed. It is a method to calculate the satellite ephemeris parameters by using the anchor point, satellite elevation angle and azimuth angle, and to achieve navigation information transmission delay by modifying the C/A code frequency based on analyzing the positional relationship between the satellite and the receiver. The simulation results show that the simulator is correct and effective. When the receiver is stationary and the satellite is moving, the receiver positioning error is less than 1 m.     

基于平稳小波包分解和希尔伯特变换的故障特征自适应提取

提出一种自适应地提取信号特征分量的故障检测方法.采用逐层推进的平稳小波包分解算法,运用希尔伯特变换,在对信号进行小波包分解的同时,对分解结果进行瞬时频率和瞬时幅值分析,根据设定的分量提取和信号分解规则,实现信号分解路径的自主搜索,自适应地构建信号的小波包分解树,对信号进行多分辨率的频谱分析,达到信号消噪和特征分量提取的目的.仿真研究表明该方法的分量提取规则简单、目标明确,信号分析结果简洁,具有运算时间少、数据存储量小的特点和良好的抗噪性能,所提取的故障特征分量的时-频-幅值信息清晰、易于检测.     

应用能量算子和改进MODWT的孤岛检测算法研究

针对传统孤岛检测法定位精度差、抗噪性能不强的问题,提出了一种应用能量算子和改进最大重叠离散小波变换(maximal overlap discrete wavelet transform, MODWT)的孤岛检测算法。为了有效解决MODWT算法的边界效应问题,在传统MODWT算法的基础上,采用环形边界系数更新原来的小波系数,并通过滑动窗口分析其能量。再将该算法应用于孤岛检测,用处理得到的细节系数和近似系数能量分析孤岛状态下公共耦合点的电压扰动信号特征。仿真结果表明,该算法可准确检测电压扰动信号的起始时刻和幅值变化,且在实际信号检测中不受母小波和分解层数影响、抗噪能力强且时延偏差小。     

基于ASTUKF的电力信号同步相量跟踪算法

配电网电力信号的高噪声及强瞬变的特性对相量测量造成较大干扰,在噪声环境下可靠、快速并高精度地获得电力信号相量信息对电网的稳定性与可靠性具有重要意义。文章提出一种基于自适应强跟踪无迹卡尔曼滤波(Adaptive Strong Tracking Unscented Kalman Filter, ASTUKF)的电力信号同步相量跟踪算法：根据新息序列概率分布特征,构建系统状态判定变量判断系统是否发生突变,并在STUKF算法理论基础上提出弱化因子自适应算法,利用建立的基波相量状态空间模型构建基于ASTUKF的同步相量跟踪算法。实验结果表明,所提ASTUKF算法具有良好的检测突变的能力,能够快速准确地跟踪突变。     

基于激光扫描的室内定位系统的设计与研究

室内定位系统在无人机、机器人、医学和VR等领域具有广泛的应用。Lighthouse空间定位技术最初是作为VR设备的跟踪定位系统而开发的，在精度、延迟性上有较大的优势，但该算法的实现常常依赖于集中式的官方跟踪软件，多基站的应用场景部署过程较复杂，且VR设备的跟踪器大、价格高。针对于此，本文提出了单基站的姿态解算算法，并设计了基于FPGA的低成本、轻量化、可扩展的定位跟踪器。定位跟踪器通过捕获来自基站的光学信号，对其进行滤波、解码、数据同步以及姿态解算，通过串口实时输出高精度定位数据，提高了定位系统的集成度以及运算效率。通过搭建实验场景，对本文设计的定位跟踪器和姿态解算算法进行验证，实验结果表明定位系统精度达毫米级，位置抖动范围小于4%。     

基于宽频功率测量系统的高压电机能效计量检测平台设计

当前设计的高压电机能效计量检测平台的检测耗时较长,存在效率低和检测准确率较差的问题,因此提出基于宽频功率测量系统的高压电机能效计量检测平台设计。硬件部分设计了绝缘电阻信号采集模块、温度信号采集模块和局部放电信号采集模块,通过继电器开关控制继电器的闭合,避免了电流换向带来的测量误差,提高了电阻检测精度。在软件设计中实现了登陆窗口功能、管理员功能、历史数据查询功能、状态显示功能和报警功能。计算输入信息参数,采用宽频功率系统及开关滤波器组实现基波与谐波的分开测量,得到输出参数,实现高压电机能效的计量和检测。实验结果表明,所提方法设计的检测平台的检测耗时较短、检测结果准确率高,具有一定的实际应用性。     

基于FPGA的飞行校验多模信号采集与处理设计

针对仪表着陆系统(ILS)、甚高频全向信标(VOR)等的飞行校验需求,设计了一种基于FPGA的多模信号采集与处理系统。选用普通导航接收机接收信号,以FPGA作为逻辑和时序控制核心。系统包含了模拟信号调理和A/D转换、无线电系统总线(RSB)接口、ARINC 429总线接口、USB总线接口等的相应软硬件设计,首次在国内提出RSB软硬件实现方案。根据ILS与VOR的信号特点,并且分析了FPGA有限字长的影响,设计了数字滤波器,实现了在FPGA上的校验信号处理。经过验证,设计能够为飞行校验平台提供有效的数据,并且具备较强的可移植性,符合要求。     

一种微弱光电信号调制解调电路设计研究

本文针对微弱光电信号或弱信噪比条件下的光电信号检测及数据采集,设计了一种基于自相关检测原理的调制解调电路,旨在用于传感器的光电强度调节及低信噪比信号检测.该电路利用自相关特性较明显的伪随机码与光纤传感器对被检测微弱信号进行调制解调,通过检测输出光强度达到检测微弱信号的目的.同时,对该电路方案进行了强噪声条件下的检测性能仿真研究,仿真结果表明,该电路方案能够有效地实现弱信噪比条件下的光电信号检测及数据采集.     

Homodyne In-Phase and Quadrature Detection of Weak Coherent States With Carrier Phase Tracking

We present a homodyne receiver structure for the detection of weak coherent states that uses sequential in-phase and quadrature measurements on the received optical signal. This receiver performs the optical carrier phase tracking requiring only a single balanced homodyne detector, by including a postdetection Costas-loop-type feedback, which additionally allows the use of suppressed carrier modulations in the received field, for efficient transmission. We report an experimental interferometric self-homodyne setup for the sequential detection of low photon number, binary phase-modulated optical signals that consist of strongly attenuated laser pulses by using a reference field as the local oscillator with an alternatively switched phase. A Costas loop postdetection subsystem is implemented in discrete time to perform fast real-time optical phase tracking. We also present the experimental results of the homodyne postdetection statistics for received BPSK signals with very low photon numbers, and compare them with the theoretical uncertainty limit. Finally, we conduct bit error rate measurements over a wide range of signal level, as well as a comparison with the standard quantum limit.