一种新型卫星导航信号波形畸变特性评估新方法

全球卫星导航系统(GNSS)导航信号的波形特性将会影响导航信号质量,而信号质量优劣则直接决定了整个GNSS的服务性能极限。传统的波形畸变评估方法主要针对传统相移键控(PSK)调制信号的波形幅度和宽度开展研究,而忽视了波形不对称对跟踪误差和测距误差带来的影响。该文在国际民航组织(ICAO)所采用的传统测距码波形分析模型TMA/TMB/TMC基础上,给出了适用于各种新型二进制偏置载波(BOC)调制的波形畸变分析扩展模型。接着提出能够精细分析波形上升下降沿对称特性(WRaFES)分析模型,并从时域波形、相关函数、S曲线过零点偏差3个方面,深入仿真分析了WRaFES模型的性能特点。最后,以北斗试验卫星M1-S B1Cd信号为例,给出了基于WRaFES模型及相关曲线特性的实测分析结果。研究表明:该方法能够精确分析导航信号波形不对称性及对用户带来的影响,研究成果可为新型卫星导航信号评估提供一种新方法和新思路,同时还可为GNSS用户接收机相关器间隔参数的合理选取提供建议和技术支撑。     

高灵敏度GPS导航算法分析

为了实现在室内和城市等低信噪比环境下的全球定位系统(GPS)导航,介绍了导航终端捕获卫星信号的基本原理。分析了相干积分算法、非相干积分算法、差分相关算法和圆周相关算法4种主要的卫星捕获算法,在此基础上提出了相干积分算法结合差分相关算法的高灵敏度GPS导航芯片设计方案。通过仿真分析,该芯片能够在15 dBHz的低载噪比环境下实现对卫星信号的正常捕获。     

卫星导航信号频域抗干扰后相关峰建模及对捕获性能影响分析

卫星导航信号容易受到强干扰的影响,频域抗干扰算法是常用的抗干扰算法之一,但该方法实现有效干扰抑制的同时也会导致信号相关峰的畸变,从而造成导航信号接收性能下降.为了分析频域抗干扰算法对导航信号接收性能的影响,建立了抗干扰后信号相关峰畸变模型,并从信噪比损耗、第一旁瓣位置、峰值旁瓣比三个参数对相关峰模型进行深入分析,进一步建立了抗干扰后信号的捕获性能模型,同时对比了不同捕获策略下的捕获概率.理论分析和数值仿真结果表明,频域抗干扰后的相关峰的信噪比下降且出现了旁瓣,畸变参数与干扰参数密切相关,抗干扰滤波器会导致信号捕获性能下降.该研究成果对干扰场景下提高导航信号捕获性能提供了重要的模型支撑.     

导航信号有害波形检测技术研究

基于多相关器的导航卫星发射信号有害波形检测是全球导航卫星系统完好性检测的重要内容。该文定义并分析了有害波形二阶模型对接收机码环的影响,研究了基于LAAS/WAAS的多相关器检测系统,从简化完好性通道,缩短检测时间的角度出发,提出了星上自主导航有害波形检测方案,仿真分析了检测能力与检测效率,在星上接收信号的信噪比比地基高20 dB时,相关峰检测标准差减小了0.3个码片以上。结果表明,该文技术可有效提高导航卫星系统的完好性。     

基于卷积神经网络的空间导航信号抗干扰处理技术

为了提高空间导航信号抗干扰能力,提出基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)的空间导航信号抗干扰技术。构建空间导航信号的卫星传感采样模型,通过等间隔均衡调度的方法进行空间导航信号的输出均衡控制,对采集的空间导航信号进行波束聚焦和信号增强处理,提取空间导航信号的时频相关性特征量,采集空间导航信号的空间频谱特征量,根据信号的频谱特征收敛性进行信号补偿和滤波抑制。采用CNN滤波器进行空间导航信号的信号滤波处理,对导航信号的抗干扰能力进行优化,实现空间导航信号增强和抗干扰滤波的技术处理。仿真结果表明,采用该方法进行空间导航信号滤波处理的抗干扰性较好,输出信噪比较高,提高了空间导航信号的高精度采样和信号均衡传输能力。     

基于GPS卫星照射的SS-BSAR系统信噪比研究

以导航卫星为信号照射源的星表双基SAR系统(SS-BSAR)由于具有隐蔽性强、节约成本等特点,近年来受到了广泛关注。针对基于GPS卫星照射源的SS-BSAR系统信号带宽较窄、发射信号功率低等问题,首先分析非合作卫星照射源的选择及GPS卫星信号特性;根据GPS卫星信号的双基雷达方程,给出系统最大目标检测距离;分别推导基于GPS卫星信号的点、面目标双基SAR系统信噪比及信干比,分析信噪比与雷达接收斜距、目标截面积、雷达运动速度等因素的关系;最后提出改进系统信噪比、信干比的方法。     

利用参考波形估计导航信号测距偏差

针对卫星导航信号存在的微小信号畸变,研究了因导航信号畸变而引起的测距偏差的估计问题。基于理想矩形脉冲波形和真实信号波形的上升沿零交叉点信息,给出参考波形定义,并以此为基础估计测距偏差。该方法可用于定量评估卫星导航信号波形畸变对测距偏差的影响及比较卫星之间的测距差异。以二阶模型为基础产生畸变波形,验证了该方法的有效性,并分析了估计精度与信噪比关系。通过大口径天线采集“北斗”卫星B1频点信号,利用该方法获得了B1频点I/Q支路信号的测距偏差,表明该方法可用于在轨卫星信号的测距性能评估。     

A/D量化位数对抗干扰性能影响

数字接收机输入端的信噪比对其捕获性能具有较大的影响,文中通过理论和大量实验反正分析了量化位数对导航信号相对捕获峰值及信噪比的影响,并分析了在给定抗干扰指标下卫星导航抗干扰系统所需的最小及最多量化位数,为实现导航抗干扰系统时合理选择量化位数提供了理论依据。     

GLONASS卫星信号捕获研究

介绍了GLONASS卫星信号的组成和特点,分析了卫星导航接收机对卫星信号捕获的串行搜索算法,并介绍了基于快速傅里叶变换的并行频率和并行码相位捕获算法原理。对3种捕获算法的复杂度和捕获效率进行了对比分析,理论结果表明,并行码相位捕获算法效果较好。利用Matlab软件模拟产生GLONASS中频信号,对3种捕获算法进行了仿真验证。实验结果表明,在-25 dB的信噪比下,3种算法均能对1 ms卫星信号进行捕获,并行码相位捕获算法效率最高,与理论结果一致。     

接收机

0623323卫星导航接收机信噪比分析[刊,中]/高玉龙//电讯技术．—2006,46(3)．—106-109(G)用噪声温度的概念给出了卫星导航接收机射频前端的噪声,分析A/D转换器和码环不同步带来的噪声。根据上述结论设计的卫星接收机的各项技术指标都达到了先进水平,验证了本文的合理性和正确性。参4 0623324高动态GPS信号模糊函数估计器及其CRB研究[刊,中]/吕艳梅//装备指挥技术学院学报．—2006,17 (3)．—67-72(C)提出了一种新的适用于高动态环境GPS信号捕获跟踪的参数估计方法——模糊函数方法。在假定高信噪比的条件下,推导了模糊函数估计器的估计方差以及Cramer-Rao界(Cramer-rao bounds,CRB)；通过模拟仿真,得出了采用模糊函数算法对高动态环境GPS信号的时延和多普勒频移进行联合估计是渐近无偏和渐近有效的结论。参4     

基于卷积神经网络的低截获概率雷达信号检测算法

为了解决雷达截获接收机对低截获概率(LPI)雷达信号检测效果不理想的问题,针对截获信号中有效信号脉宽长度来定义信号和噪声,该文提出一种基于卷积神经网络(CNN)的LPI雷达信号检测方法,利用卷积核与匹配滤波器结构上的相似性,在低信噪比下能够提高信号的检测准确率.利用大量的基于4种典型LPI雷达信号(线性调频信号(LFM...     

一种基于特征值和级联聚类的协作频谱感知方法

为了提高低信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)下频谱感知的性能，使用模糊C均值(Fuzzy C-means, FCM)和高斯混合模型(Gaussian Mixture Model, GMM),提出了一种基于特征值和级联聚类的协作频谱感知方法。从接收信号的协方差矩阵中提取特征值构造特征向量，通过在三维空间中执行聚类得到信道是否可用的分类模型，此过程无需获得主用户(Primary User, PU)信号以及噪声功率的先验信息，避免了复杂的门限计算。FCM聚类用于优化GMM聚类的初始参数，有效解决了在低SNR下GMM容易陷入局部最小值的问题。仿真结果表明，该方法降低了GMM的收敛时间并提高了模型分类的准确性，与其他主流方法相比能够有效提升频谱感知的性能。     

L-CR系统中分布式压缩感知最小角回归信号重构

在低轨（LEO）微小卫星感知无线电（L-CR）系统中,多个LEO卫星节点具备一定的频谱感知功能,卫星节点通过分布式组网对地面信关站发射的信息进行感知、传输和处理,地面汇聚节点对LEO卫星节点转发信号进行重构。考虑LEO系统中授权频带的主用户（PU）对卫星认知用户（SU）的干扰,认知用户感知到的信号同时存在PU干扰和噪声,地面汇聚节点通过高效的重构算法进行含噪信号恢复是L-CR系统实现的重要问题。论文研究了L-CR系统中基于分布式压缩感知的信号重构方法。针对L-CR特点,分别分析了汇聚节点在低信噪比情况下采用凸松弛法中的基追踪去噪（BPDN）、同伦（Homotopy）法和最小角回归（Lars）的重构均方误差（MSE）与重构复杂度。研究表明,BPDN具有最小的重构MSE,但其重构复杂度最高。Lars可以有效折衷重构MSE与复杂度。在此基础上,提出了基于分布式压缩感知的最小角回归（DCS-Lars）信号重构方案。仿真结果表明,所提DCS-Lars方法可以在低信噪比情况下有效重构感知信号,并具有良好的频谱检测能力,同时重构复杂度大大降低。      

一种基于高阶累积量的复杂调制样式识别方法

针对卫星数字化视频广播第二代标准（Digital Video Broadcasting-Satellite-Second Generation,DVB-S2）中多进制幅度移相键控（Multiple Amplitude and Phase-Shift Keying,MAPSK）和多进制正交幅度调制（Multiple Quadrature Amplitude Modulation,MQAM）信号的调制识别,提出了基于高阶累积量的识别方法。首先对16QAM、32QAM、16APSK、32APSK信号的高阶累积量及其特征进行分析,进而利用其高阶累积量的不同提取用于信号分类的特征参量进行调制识别。给出了算法的详细流程,并对算法进行了仿真分析,结果表明,当样本数越多时,算法信噪比适应能力越好,而与相位偏差无关;在信号样点数为2 048点且信噪比为10 dB时,算法可实现96%的正确识别率,完全满足实际系统对信号分类的需要。     

Digital transmission through a land mobile satellite channel

An analytical derivation of the probability of bit error noncoherent frequency-shift keying (FSK) and coherent phase-shift keying (PSK) signals transmitted through a land-mobile satellite channel is described. The channel characteristics used in the analysis are based on a recently developed model which includes the combined effects of fading and shadowing. Analytical expressions for the probability of bit error of FSK and coherent phase-shift keying (CPSK) signals are obtained. The results show that large amounts of signal-to-noise ratio (SNR) are required to compensate for the combined effect of fading and shadowing. An analytical expression for the irreducible probability of bit error of a CPSK signal due to phase variations caused by fading and shadowing is derived. The results described should be useful in the design of land mobile satellite communication systems     

利用多转发器直播卫星信号的外辐射源目标探测技术

根据某直播卫星实际信号的特点,分析了该直播卫星信号作为外辐射源的最大探测距离以及距离走动、频率扩散对目标探测的影响。通过实际信号的原理验证实验,进一步证明了该目标探测手段的可行性。提出了利用该直播卫星多路转发器信号实现相参积累的方法,并介绍了相参积累的原理。最后,利用对模糊函数的输出进行二维插值的方法,推导并仿真了相参积累的算法。仿真结果表明：利用该直播卫星信号作为外辐射源的7路转发器信号实现相参积累,检测信噪比可以提高8 dB。     

Optimum Pre-Emphasis Network for Satellite Transmission of an FM TV Signal near or at Threshold

An optimun pre-emphasis network for the transmission of a FM television signal which is received at or near threshold is described. Objective and subjective measurements of video signal-to-noise ratio (SNR) versus received carrier-to-noise ratio (CNR) for an optimum and CCIR pre-emphasis network are given. The results show that there is an improvement of about 2 dB in SNR using the optimum pre-emphasis network over that achieved with the CCIR network. Subjective tests also show a preference for use of the optimum pre-emphasis network. These results are useful in the design of low cost earth terminals to receive higher quality television signals from a satellite transmitter.     

一种新的卫星信号调制方式识别方法

根据采样数据恢复信号频谱后,采用频域估计法检测卫星信号中心频率,再利用延 迟相乘法估计卫星信号调制速率。通过内插恢复得到信号星座图,根据星座图特征对无先验 信息的卫星信号调制方式进行识别。利用实测的8PSK和QPSK卫星信号检测了识别的效果, 在信号信噪比低于5 dB时无法得到信号星座图。