微型测控应答机再生测距码跟踪精度研究

微小卫星的星载测控应答机由于功率和天线增益受限,测距误差较大.而再生伪码测距能显著减少下行链路的噪声,从而提高伪码跟踪精度.针对最新的再生测距码,利用线性分析的方法,对伪码跟踪环的理论均方定时误差进行了推导,并对这些测距码的跟踪性能进行了仿真和比较.与理论值不同的是,环路的实际跟踪性能由于VCO相位噪声的存在,不是环路带宽的单调函数.因此,需要根据信噪比条件设置相应的最佳带宽,以得到最佳的跟踪性能.与理论情况相比,各测距码实际环路跟踪性能的差异有所减小.     

皮卫星软件测控应答机调制和解调器设计

皮卫星上的测控应答机最基本的功能是接收并解调地面站上传的遥控指令,调制并发送卫星上的遥测数据.目前国内航天飞行器USB测控网和测控应答机采用DPSK调制方式,采用硬件方式实现调制和解调功能,体积、重量和功耗较大,不能满足皮卫星应用环境.作为未来微小卫星发展方向的皮卫星特点要求测控应答机采用软件方式实现调制和解调功能,使测控应答机满足体积小、重量轻、功耗低的要求.采用数字信号软件处理的方式实现测控应答机调制和解调器,使整个皮卫星重量仅为70 g,功耗为1 W,该软件测控应答机满足皮卫星应用要求,用于即将发射的皮卫星中.     

基于ZYNQ 7000的S波段USB应答机设计

文章目的在于在ZYNQ 7000的基础上设计一款小型的S波段USB应答机,以缩小应答机的体积,降低应答机的功耗;文章首先对于ZYNQ的优势做了简单的介绍,并基于ZYNQ 7000提出了USB应答机的设计方案,论述了调制、解调中的关键技术和工作原理。应答机工作过程如下：卫星进入在轨飞行段时,应答机接收地面测控站发射的上行遥控副载波信号,解调后将遥控PCM码流通过与卫星其他分系统接口发送至相关设备;接收地面测控站发射的上行测距信号,将变频后的测距基带信号进行本地上变频后对地发送;通过UART串口接收PCM遥测数据,将调制后的遥测数据通过遥测副载波发送至地面站;同时,将内部的遥测信息通过串口发送至其它分系统。即该应答机在非扩频模式下具有测距、解调遥控指令和发射遥测副载波的功能;应答机上下变频部分采用了集成的芯片,将电路进行了简化。ZYNQ及集成芯片的使用都大大地缩小了应答机的体积,降低了应答机的功耗。     

星地测控链路中的功率控制策略研究

对于卫星来说,能源是极其重要的资源,为有效节约星上能源、延长卫星寿命,研究了星地测控链路的功率控制策略;首先,分析了造成星地测控链路信号衰减的因素,在此基础上,建立了卫星下行链路信噪比计算模型,然后,在保证地面设备能够正确解调星上遥测数据的前提下,在星地测控链路中,提出了基于信噪比平衡准则的闭环功率控制策略,最后,利用构建的计算模型,仿真分析了所提功率控制策略对卫星功耗的影响和对雨衰的抑制作用;研究结果表明,所提的功率控制策略能大幅降低卫星功耗,且复杂度低,具有工程实践性,同时,对雨衰有较强的抑制作用,能有效提高设备跟踪时长,保证卫星下行信号接收。     

基于时延控制的伪码多普勒补偿算法

针对高动态或者弱信号条件下,伪码多普勒对卫星导航系统信号捕获的影响将会凸显,导致捕获性能明显降低的问题,提出了一种基于时延控制的码多普勒补偿方法,利用数字延迟滤波器来补偿码多普勒引入的本地码和接收信号的相位不匹配。同时,给出了包括码多普勒补偿在内的新的卫星导航系统信号捕获结构。仿真结果表明：新方法能够很好地进行码多普勒补偿,采用三阶Farrow结构的分数延迟滤波器就可以使捕获损耗降低到0.3 dB以下。     

高斯噪声下伪码-线性调频复合信号参数提取方法

针对目前雷达信号参数估计算法在某种环境中性能急剧下降,甚至失效的问题,提出一种基于多相滤波器组和高阶累积量联合处理的伪码-线性调频复合信号参数估计算法.该算法首先利用多相滤波器组实现信号在频域上快速均匀划分,然后对输出的每个子带信号进行三阶累积量对角切片的短时估计,有效抑制高斯噪声的干扰,并经过包络检波后得到复合信号完整的时频矩阵,最后通过时频图像的Radon变换和频率曲线的提取实现信号伪码数目、码元宽度、调频斜率、信号载频、带宽以及起止频率的提取.仿真结果表明,该方法在信噪比大于-11 dB时的估计精度较高.     

应用于卫星测距的非相干二元鉴相延迟锁相环

提出了一种基于内插滤波器的全数字非相干二元鉴相延迟锁相环(Delay locked 1oop,DLL),在分布式卫星地球站系统中实现各地球站与卫星的高精确伪码测距.在多址及AWGN条件下,对环路跟踪特性和测距精度进行了推导分析和计算机仿真.     

高动态非线性调频直扩信号的伪码快捕算法

针对高动态非线性调频直接扩频(NLFM-DSS,nonlinear frequency modulation direct spread spectrum)信号伪码捕获的问题,提出一种基于离散多项式相位变换(DPT)的NLFM-DSS信号伪码快捕算法.首先通过瞬态矩确定信号的阶数,并将信号降阶成带残余频偏的直扩信号.然后采用PMF-FFT与功率谱相结合的方法实现伪码快速捕获.给出了基于该算法的信号模型和理论分析表达式,并通过计算机仿真验证了该方法的可行性,在扩频增益为1023时,利用功率谱非相关累积30次,可在信噪比为-20 dB时捕获到伪码.     

适用多种码速率的遥控副载波数字化解调设计

统一S波段测控体制采用相位调制技术实现遥控副载波的调制,星上应答机在实现S波段载波剥离后将遥控副载波送给星上遥控设备进行解调最终实现指令和数据的上注。遥控设备通常采用模拟电路实现解调,当输入不同码速率时均需要重新调试输入滤波器,并且当码速率较低时调试困难,滤波器及解调环路的工作参数更容易受环境温度影响,导致解调损失变高,跟踪解调环路易失锁。文章介绍了一种适应多种码速率的遥控副载波数字化解调方法。可以有效解决上述问题,减小解调损失,提高产品可靠性。文章中涉及到了数字化副载波跟踪环设计,数字化自动增益控制以及早迟路位同步恢复环路的设计方法,最后提出了两种提高产品可靠性的设计措施。本方法适用于采用FPGA工程实现,具有解调损失小,节省资源易实现以及可靠性高等优点。     

无线电伪码测目标距离系统的设计

无线电伪随机码的随机性、预先可确定性及自相关性使得它在通信、雷达、测距和导航等重要领域得到广泛的应用.根据伪码测距的原理及方法,设计了一套无线电伪码测距系统,包括伪码产生电路、伪码调制解调原理及相应电路的设计,并运用MATLAB软件进行模拟仿真,并做出结果分析.     

采用光滤波器的边缘检测布里渊光纤传感系统

提出了采用边缘光滤波器来测量光纤传感中布里渊频域的方案.分析了影响布里渊频移测量精度的因素,给出了布里渊频移测量精度和信噪比的关系.结果表明,在热噪声近似下,布里渊频移测量精度与热噪声、边缘光滤波器透射函数的导数及布里渊散射光信号功率有关.     

磁异信号自适应检测算法

针对在分形噪声1/fα(0≤α2)中检测磁异信号存在的问题,提出了一种自适应噪声抵消器与自适应AR白化滤波器相结合的磁异信号正交基函数(OBF)检测算法——改进的OBF检测算法。由于固定AR白化滤波器对分形噪声1/fα的白化效果不佳,影响了OBF检测算法的性能,因此采用自适应噪声抵消器对被检测信号进行预处理以提高其信噪比,再利用自适应AR白化滤波器对预处理信号进行白化滤波,以实现OBF检测算法的最优化。理论仿真结果表明:当α值接近于0时,改进的OBF检测算法的处理增益略高于未经白化的OBF检测算法;当α值接近于2时,改进的OBF检测算法的处理增益略高于基于AR白化滤波器的OBF检测算法;当α值约等于0.8时,改进的OBF检测算法的处理增益高于其他两种算法7 dB,实验结果表明改进的OBF检测算法可以检测更微弱的磁异信号。     

基于谱减和LMS的自适应语音增强

针对宽带噪声背景下的语音增强问题,将短时语音视为非平稳或宽平稳信号,基于谱减法和自适应滤波的最小均方（LMS）算法,提出了一种FIR型自适应滤波算法（SSLMS）：用减谱法由短时噪声观测语音估计期望信号,作为滤波器输出信号的参考信号;用滤波器的输出与参考信号的差值为误差信号,用LMS算法求得滤波器权系数修正量,并修正滤波器。权系数最速下降调整中,采用了归一化LMS、符号LMS、块LMS技术,以简化保证权系数收敛的步长选择、减少权系数修正的运算量,从而提高自适应速度。对不同的语音在各种信噪比下仿真实验,并与改进的谱减法比较,结果表明,该法增强效果优于谱减法;在信噪比为3 dB时该法的增强效果仍然令人满意。     

基于因子分析模型的噪声稳健脑电信号分类方法

脑电信号的非线性、非平稳性和微弱性造成对运动想象脑电信号的分类存在特征提取困难,分类结果不理想,分类性能受噪声影响明显等问题。为此,提出了一种基于因子分析(Factor Analysis,FA)模型的噪声稳健运动脑电信号分类方法。首先利用FA模型对脑电信号中存在的噪声分量进行抑制,针对重构信号可分性较差的问题,将其转换至功率谱域,进而提取三维能够反映不同运动状态的功率谱特征,最后利用支撑向量机(Support Vector Machine,SVM)分类器对所提特征向量进行分类判决。基于Graz数据的验证实验表明,所提方法可以明显提升低信噪比条件下的分类性能,在实际工程应用中具备较强的推广泛化能力。     

基于自适应滑动均值和小波阈值的叶尖间隙信号降噪方法

动叶片与发动机机匣之间的叶尖间隙参数是反映航空发动机工作性能和运行安全的关键状态参数之一。提高叶尖间隙信号信噪比是实现高精度叶尖间隙测量的关键,为此提出基于自适应滑动均值和小波阈值的混合叶尖间隙信号实时降噪方法。首先根据叶片转速等信息,估算叶尖间隙信号带宽大小,然后通过动态改变滑动均值滤波的滑动点数来实现自适应低通滤波,最后结合小波阈值降噪时频分析能力,进一步降低噪声干扰。通过仿真实验确定采用db5小波基函数进行6层小波阈值分解,仿真结果表明该方法在各项降噪评价指标方面全面优于现有的有限脉冲响应和固定点滑动均值滤波方法。1000 rpm~4000 rpm转速范围内实际测试表明,该方法最大测量误差为16μm,有效提高叶尖间隙测量精度。     

基于LabVIEW的自然电位采集系统设计

以LabVIEW开发环境和混合信号微控制器MSP430AFE251为核心,设计了适用于水文工程地质应用需要的自然电位信号采集系统.针对自然电场信号微弱、噪声高、双极性、工频干扰强、测量重复性差、野外电池供电的基本特点,设计了低功耗、高精度、高稳定性、抗工频干扰强的微弱信号采集系统;为保证对自然电位信号的实时曲线观测和数据再次分析,采用LabVIEW开发上位机程序,同时利用Lab-VIEW提供的自适应滤波器工具包消除噪声干扰,使信号采集更加准确.通过对整个自然电位采集系统的实际测试,表明该系统在水文工程地质自然电位信号测量应用效果优秀.     

一种新颖的宽带短波探测系统音频干扰抑制算法

短波信道音频干扰分布密集,导致宽带短波探测系统接收信噪比严重恶化.针对传统奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)滤波方法损失了干扰频率处的有用功率,对信道参数的高精度提取造成了不利影响.本文深入分析了SVD滤波内部机理,推导得到SVD滤波的解析表达式,并由信号加噪声子空间得出有用功率的鲁棒估计,进而提出了一种新颖的基于功率补偿的音频干扰抑制算法.仿真与实测数据处理结果表明,该算法不仅实现了干扰抑制,而且有效减小了抑制产生的信号损伤,对于短波电离层信道参数的高精度提取具有特殊意义.     

DCT域维纳滤波语音增强

针对非平稳噪声和强背景噪声下声音信号难以提取的实际问题,提出了一种DCT域的维纳滤波方法。列出了DCT域清浊音分割步骤,给出了DCT域频谱信噪比迭代更新机制与具体实施方案,设计了DCT域的二维维纳滤波。实验仿真表明,该算法能有效地去噪滤波,改善可懂度,且在不同的噪声环境和信噪比条件下具有鲁棒性。该算法计算代价小,简单易实现。     

基于多目标遗传算法的Σ-ΔMEMS加速度计优化设计

针对单目标遗传算法设计优化高阶Σ-Δ微机电系统(Σ-ΔMEMS)加速度计时易出现的稳定性问题,提出了基于多目标遗传算法的MEMS加速度计环路滤波器优化设计方法.对三阶非限定性Σ-ΔMEMS加速度计系统,采用多目标遗传算法,将∞—范数和信噪比作为设计目标对其环路滤波器参数进行优化设计.结果表明:相比只针对信噪比进行优化的传统单目标遗传算法,多目标遗传算法在确保高信噪比的同时,提高了系统的相位裕度,使得最大稳定输入信号范围增幅超过1倍,增强了系统对MEMS敏感元件工艺误差的鲁棒性.     

基于小波变换和Kalman滤波的语音增强方法

针对受加性噪声干扰的语音信号,采用基于小波变换的Kalman滤波方法,提出一种有效的语音增强方法.分析在实际处理中所遇到的二进小波变换、滤波参数估计、Kalman滤波发散等问题.语音增强的效果采用信噪比来进行评估.仿真实验表明在加性噪声为高斯白噪声和色噪的情况下,该方法均具有较好的有效性.