扩跳频测控系统中非相干测速技术的实现

扩跳频测控系统具备较强的链路抗干扰能力、信息抗截获能力,已成为下一代航天测控系统的主要技术体制。针对上下行链路载波频率不断跳变使得载波相位不再连续,从而影响测速精度等问题,提出了一种航天扩跳频测控系统中非相干测速的方法,并在此基础上研究了系统中各误差源引入的随机误差,以跟踪环路引入的测量误差作为重点,进行了深入的分析及定量计算。结果表明,扩跳频测控系统的测速误差主要来源于环路热噪声引入的测速误差,测速精度与相干测控体制的测速精度相当。     

脉冲超宽带测控信号时延精密跟踪方法

脉冲超宽带测控新体制可有效提高测控系统的安全性能,且具有潜在的高精度测距能力.为了实现其高精度测距功能,提出了一种基于延迟锁定环路的脉冲超宽带测控信号时延精密跟踪方法.该方法在传统伪码跟踪环的基础上进行改进,利用基于非相干积分的非线性反馈环路对接收信号的脉冲相位进行精密跟踪.理论分析和仿真结果表明,该延迟锁定环路可以完成对脉冲超宽带测控信号的时延精密跟踪.与直扩测控信号相比,在相同条件下,脉冲超宽带测控信号的时延跟踪相对误差更大,但由于脉冲宽度很窄,在一定载噪比条件下,其测量精度仍可达厘米量级甚至更高.     

一种GNSS信号跟踪环路频相直调控制算法

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机信号跟踪环路正确地锁定导航信号的频率、相位是提取测量值以及导航星历的基础。传统的接收机跟踪环路采用调整频率的方式来调整相位,不能及时消除跟踪误差,并且在弱信号条件下容易受到噪声影响,难以对信号进行精确跟踪。针对这一问题,提出了一种基于非相干预滤波器的频相直调环路控制算法,采用非相干预滤波器提取跟踪误差,并且在本地信号生成阶段直接将载波相位差、载波频率差、码相位差进行消除。实验表明,与传统环路相比,频相直调算法对载波相位、码相位迁入速度分别提高了90%和95%,高动态、弱信号下多普勒估计精度分别提高了69.25%和61.37%,并且频相直调算法能够有效抑制环路参数调整、载体突然机动对载波相位锁定带来的扰动。     

高动态条件下测控系统载波跟踪环路优化设计

航天测控系统中载波跟踪误差主要来源于热噪声和航天器动态应力,对载波跟踪环路的优化一般通过调整环路等效噪声带宽来实现.分析了航天测控系统中航天器的动态应力特性及环路跟踪误差特性,导出由载噪比和动态应力决定的环路最佳带宽表达式,提出一种通过环路自身状态估计载噪比和动态应力的方法,通过对载噪比和动态应力的实时估计实现对环路参数的实时调整.仿真结果表明,该算法在动态应力和载噪比时变的高动态场合可以实现稳定的载波跟踪,测量精度得到明显改善.     

基于I/Q支路相干积分观测滤波的GPS接收机信号跟踪方法

针对传统GPS接收机在弱信号环境下跟踪误差大,收敛速度慢的缺点,该文提出一种基于I/Q支路相干积分观测滤波的GPS信号跟踪方法。将接收机I/Q支路相干积分输出为观测量,应用无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)算法构建卡尔曼滤波器,得到基带数字信号处理滤波模型,闭合接收机跟踪环路。该方法能够有效减小传统GPS跟踪环路中信号参数的估计误差,提高接收机抗干扰能力和弱信号环境下环路跟踪性能。仿真对比结果表明,不同载噪比环境下相比传统GPS信号跟踪的方法,基于I/Q支路相干积分观测的信号跟踪算法能够提高跟踪精度,加快跟踪收敛速度。     

压缩域直扩测控通信信号载波同步技术

为解决压缩感知理论在直扩测控通信应用过程中面临的压缩域信号载波同步问题,针对重构算法复杂度偏高、计算资源消耗过大与系统实时性要求之间的矛盾,提出了一种改进的压缩域Costas环技术,该环路不再需要进行信号重构,可以直接从压缩域信号中提取频率和相位信息。首先通过压缩域信号估计理论分析,给出了压缩域直扩测控通信信号处理框架,并提出了改进的压缩域Costas环路;然后对环路模型及其跟踪精度进行了理论分析;最后通过计算机仿真验证了该环路技术有效性。理论分析和仿真实验表明环路能够在压缩域中实现高动态信号的高精度载波跟踪和解调处理。压缩域Costas环技术可应用在基于压缩感知的宽带扩频测控通信系统、认知无线电等相关领域,具有一定工程应用价值。     

一种未知信号功率下的GNSS载波跟踪算法

利用卡尔曼滤波实现信号跟踪的导航接收机在城市等信号容易被遮挡的环境中,由于遮挡造成信号功率不同程度的衰减,接收机的跟踪精度会有所下降。在此背景下,文章提出一种载波跟踪环路的设计模型,利用自适应渐消滤波和卡尔曼滤波相结合的方法,使滤波器在先验信息不完整或者噪声统计特性不准确时仍接近最优。仿真结果表明在特定场景下,提出的方案较传统方案跟踪精度和稳定度有显著提高。     

基于跳频图案补偿的DS/FH混合扩频测控信号载波跟踪技术

DS/FH混合扩频测控系统的中频信号携带有多普勒频率捷变成分,这使载波跟踪环路不断切换到频率阶跃的响应状态,从而导致跟踪精度下降甚至环路失锁.为此,提出一种基于跳频图案辅助的DS/FH混合扩频测控信号载波跟踪方法,通过预知的跳频图案和当前的载体速度测量值估计出下一个跳频点引入的多普勒捷变量,并将其及时补偿到跟踪环路的NCO调整量中.Simulink建模仿真证实了该方法的有效性,在一定的跳频图案时间同步误差范围内,能达到的测量精度与非跳频系统相当.     

一种微惯性/软件接收机超紧组合方案研究

为了改善软件接收机性能,提出一种微惯性/软件接收机非线性超紧组合方案.分析接收机跟踪环路和微惯性测量组件非线性的基础上,提出了非线性跟踪滤波器和非线性组合滤波器的设计方法.基于跑车实验数据完成了该超紧组合系统性能的试验验证.结果表明,在即时码In-phase/Quadra-phase信号较弱的情况下,该超紧组合跟踪环路...     

混沌扩频测控系统码跟踪性能分析

混沌信号的非周期性有助于解决距离测量中的模糊问题,使得它在测控系统中具有巨大应用吸引力。混沌扩频测控系统的码跟踪抖动,除了来源于加性噪声影响之外,还受到数字化混沌序列相关函数旁瓣随机性的影响。根据码跟踪原理与混沌码特性,给出了混沌码相关函数旁瓣随机性影响下码跟踪环路鉴相增益随机性的计算方法,分析了混沌扩频测控系统的码跟踪性能。结果表明,混沌码相关函数随机性的存在,使码鉴相增益产生随机性,它与环路稳态误差的相互作用对跟踪精度产生有限影响。分析结果可以为混沌序列在扩频测控系统中的应用提供支持与参考。     

语音识别中的两级MEL域滤波器组维纳滤波方法

欧洲电信标准化协会(European Telecommunications Standards Institute,简称ETSI)于2002年10月发布了分布式语音识别的鲁棒性前端标准。该标准参数的鲁棒性远优于MFCC参数。为了能够在低运算资源的设备上实现鲁棒性前端,在ETSI标准的核心两级维纳滤波算法的基础上,我们提出了一种新方法以提高算法效率。我们首先在Mel域滤波器组幅度上构造维纳滤波器,然后对维纳滤波器系数进行平滑。最后,将维纳滤波器直接应用到Mel域滤波器组幅度上。实验表明,新方法在保持ETSI两级维纳滤波算法出色性能的同时,大大地降低了运算量。     

基于NIOSII的多模导航接收机跟踪环路

硬件实现卫星导航接收机时,信号跟踪、数据解调、原始观测量提取、定位解算功能通常由DSP或ARM实现,捕获及通道由FPGA实现。多模卫星导航接收机是未来发展趋势,其通道数目多。为降低外部处理器计算负荷,将数据解调、环路跟踪、原始观测量提取功能由NIOSII实现。跟踪环路不使用float型计算可节约硬件资源。据跟踪环路原理,采用递推方法进行分析,以32位整型计算进行实现。测试表明计算误差小,计算速度高,节约了FPGA资源。     

一种基于对角加载的降维多级维纳滤波实现方法

文章以GPS信号抗干扰为背景,应用多级维纳滤波的抗干扰方式。首先分析了经过多级维纳滤波前向迭代后的降维数据矢量的协方差矩阵,给出以特征值和特征矢量表示的最优权值。最优权值的表示式表明在滤波器维数超过最优时高阶的特征值对最优权值影响较大。随后通过仿真试验证明了在滤波器维数超过最优时输出信干噪比会下降。通过引入对角加载量并适当选择加载量功率的大小可以抵消滤波器维数过估计带来的影响,试验表明在对角加载量与白噪声方差相等时可以获得较好的输出信干噪比。文章从空频响应的角度试验了对角加载对于多级维纳滤波算法的意义。最后仿真试验了基于对角加载多级维纳滤波实现方法的抗干扰性能。      

行阶梯观测矩阵下语音压缩感知观测序列的Volterra+Wiener模型研究

针对压缩感知理论下,语音信号经随机高斯矩阵投影后得到的观测序列随机性太强,难以建模的问题,提出了一种基于行阶梯观测矩阵的语音压缩感知观测序列的Volterra模型,利用该模型实现对语音压缩感知观测序列的预测,研究了Volterra滤波器输入维数与阶数对预测效果的影响,并利用维纳滤波器进一步降低预测误差。在相同的已知数据量下,基于部分压缩感知观测序列、Volterra模型、Wiener滤波器的重构,获得了优于高斯随机观测序列的重构性能。模型的研究为压缩感知与语音技术的结合提供一定的参考价值。      

雷达目标角度跟踪环路滤波器设计新方法

角度跟踪环路在机载雷达对目标的距离、速度、角度3维联合跟踪中起着至关重要的作用。该文分析指出传统采用卡尔曼滤波算法形成角度跟踪环路对机动目标角度进行跟踪时跟踪精度低,角跟踪误差收敛速度慢的缺点,提出弯曲度检测跟踪环路滤波器(Bend Degree Tracking Loop Filter, BDTLF)设计方法,其利用弯曲度检测角度曲线拐点,自适应地调节环路滤波器环路等效噪声带宽,并以此来控制角度跟踪环路。此算法加快了角跟踪误差的收敛速度,减轻了拐点处的角度滤波扰动,保持了滤波性能的连续性。计算机仿真结果验证了该文方法相比于卡尔曼滤波算法、粒子滤波算法、-- 滤波算法及恒定系数环路滤波器方法,对弱机动目标角度跟踪具有更加出色的性能。     

基于数据选择Householder多级维纳滤波导航接收机空时抗干扰方法

针对抑制GPS信号中期望信号方向的冲激毛刺干扰影响问题,对Householder多级维纳滤波方法进行改进,提出一种数据选择Householder多级维纳滤波器.改进方法用于GPS信号空时抗干扰处理中,可以避免期望信号方向的冲激毛刺干扰对最优权值计算的影响,同时保持期望信号不受影响.仿真结果验证了算法良好的抗干扰性能.     

单通道角跟踪系统接收机AGC控制环路设计

单通道角跟踪系统中角误差信息通常以调幅的形式调制在接收信号包络上,接收机AGC电路必须能够补偿由于传输距离变化引起信号电平起伏,而不引入角误差信息失真。文中采用拉普拉斯变换方式对采用两阶环路滤波器的AGC电路进行分析,得到了电路输出信号以及其失真与输入信号和环路参数的关系。进一步研究表明根据信号传输电平变化最大变化率,合理的设计单脉冲调制速率和环路滤波器的参数,AGC电路能够准确补偿信号传输引起的信号电平变化而几乎不会引入角误差信息失真。     

扩频通信中PN码序列的捕获

扩频信号的捕获与跟踪是扩频接收机进行定位解扩的基础,文中基于FPGA进行了扩频信号捕获与跟踪的设计实现。分析了该方案的匹配滤波器、载波跟踪环、码跟踪环的设计与实现方法。并通过BPSK调制,使用非相干扩频通信的PN码并行捕获算法实现信号的捕获。     

Detection of the Doppler frequency shift in acoustic remote sensingsystems

Presents a new method of using a tracking filter and phase-locked loop (TFPLL) to detect the Doppler frequency shift from atmospheric acoustic echo signals. Under the constraint of limited signal duration, this method has high resolution in frequency (velocity) and space (height)     

A CMOS analog multi-sinusoidal phase-locked-loop

An analog CMOS IC is described that is capable of tracking and isolating the sinusoidal components of a two-sinusoidal input signal, though the algorithm can be easily generalized to deal with a larger number of input sinusoids. It is based on adapting the parameters of an IIR filter; the filter topology takes on the form of resonators in a feedback loop, and the adaptive algorithm moves these resonator frequencies until they are equal to the input frequencies, at which point, the isolated sinusoids are available at the resonator outputs. The adaptive filter features a minimal hardware complexity (to track l sinusoids, exactly l second order resonators are needed), and also gets around the convergence problems normally associated with IIR adaptive filters. This filter was implemented in the continuous-time domain using a G_m-C architecture, with the G_m being used to tune the resonator frequency. The chip was fabricated using a 2-μm digital CMOS process, with poly resistors, and metal1-metal2 capacitors. It was tested and shown to be fully functional, with a useful tracking range of ≈500-800 kHz around the initial frequency of each resonator