基于FRFT的多普勒频率跟踪算法

高动态环境下卫星通信终端面临高动态和低信噪比问题,传统载波跟踪方法难以在高动态应力和跟踪精度两方面取得较好折中,在信号设计中考虑插入分散导频用于跟踪载波,可在低信噪比下实现高机动用户多普勒频移捕获及多普勒频率变化率的跟踪。给出了一种基于FRFT的频率变化率估计方法,利用估计值辅助载波跟踪环路。理论分析与计算机仿真表明,在典型高动态参数条件下,基于分散导频的多普勒频率跟踪算法和传统载波跟踪方法相比,灵敏度提高2 dB以上,Es/N0工作点可低至0 dB以下,跟踪范围可达符号速率的2倍,频率跟踪的均方根误差小于符号速率的1%,性能损失小于0.1 dB。     

基于最大似然估计的高动态GPS载波跟踪环

 基于最大似然估计提出了一种全新设计的GPS载波跟踪环结构,并将该环路应用于高动态、低信噪比条件下的GPS载波频率跟踪. 文中给出了环路的设计细节,并详细讨论了环路中各模块的功能及模块之间的参数传递. 利用具有典型高动态参数的GPS载波信号对环路的跟踪性能进行了测试. 测试结果表明,与普通GPS接收机的载波跟踪环相比,该环路对高动态环境下的失锁门限和门限附近的频率跟踪精度均有显著改善.     

调频遥测信号载波频率的精确估计

传统调频遥测信号载波频率估计算法对输入信号降采样后直接进行快速傅里叶变换，实现方法虽然简单，但测量精度较差，无法适应高动态、低信噪比等复杂场景。为此，提出了一种调频遥测信号载波频率的精确估计算法。两并联补偿支路先分别采用正、负调频频率对输入信号进行频率预先补偿，低通滤波后完成降采样处理，削弱调频频率的频谱影响；频率搜索状态对采样数据进行载波多普勒变化率的频率补偿，经过快速傅里叶变换、非相干积分和频谱重心搜索完成频率解算，提高载波频率的检测性能。试验与分析表明，所提算法在高动态、低信噪比等复杂场景下可显著提高调频遥测信号载波频率的估测性能。     

基于信号估计的扩频测控信号快捕方法

为进一步提高扩频测控系统的捕获速度,研究了借助辅助序列估计伪码相位的方法,分析了该估计算法的精度。针对该算法在高动态条件下估计偏差较大引起捕获概率骤降的问题,提出引入最大似然频偏估计修正相干载波的方法,显著提高捕获概率。设计了基于码相位估计和载波频率估计的快速捕获算法,仿真结果表明,该算法在载噪比较好的情况下可以有效完成捕获。为提高算法在较低载噪比时捕获的可靠性,提出将估计值作为部分匹配滤波辅助快速傅里叶变换( PMF-FFT )初值的综合捕获方法,与传统捕获方法相比,平均捕获时间显著降低,且并没有带来硬件复杂度的提高,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

基于最大似然频率精细估计的载波捕获算法

深空通信中,星上对载波的主动捕获主要利用频率估计的方法。在实际载波捕获电路中,精确的频率估计值导入锁相环,使得锁相环捕获带余量充足。在锁相环带宽一定的情况下,估计精度的提高可以减少FFT实现点数。在FFT频率粗估计的基础上,通过频率精细估计算法可提高估计精度。为获得估计精度更高的频率精细估计算法,利用最大似然泛函不变性推导了频率精细估计的最大似然算法。载噪比在5 dB时,估计精度可以提高到FFT分辨率的10-4。仿真结果表明,该算法估计性能优于其他频率精细估计算法。     

基于LFM模型的高动态弱GPS信号载波捕获

根据极大似然估计理论,通过载波频率和频率变化率分段对消、快速傅里叶变换(FFT)结果选大估计载波频率和频率变化率,实现载波信号捕获,建立了高动态全球定位系统(GPS)载波的线性调频(LFM)信号模型,并给出了算法的具体实现。详细分析了该算法中检测统计量的分布特性,推导了恒虚警准则下的检测门限,并讨论了其中关键参数的设计。仿真结果表明,该算法可以实现对18 dBHz的GPS高动态信号的载波捕获。     

引入微分控制思想的辅助GPS载波跟踪环路设计

 载波信号跟踪环路制约着GPS接收机的工作性能,针对其易受高动态和弱信号等环境干扰的缺陷,提出一种引入微分控制思想、应用SINS辅助接收机载波跟踪环路的设计方法.剖析应用于载波跟踪的相位锁定环(Phase Locked Loop,PLL),并将其近似为PI控制模型;在验证辅助信息引入时环路系统稳定的基础上,增加类微分控制项,利用SINS的输出和时钟误差信息估算的多普勒频率作为跟踪环路的中心频率,辅助PLL实现载波信号跟踪;仿真结果表明提出方法能够有效地缩短跟踪环路带宽,缓解热噪声和动态应力之间的矛盾,进而改善载波环路的频率响应和跟踪误差.     

极低载噪比高动态信号的载波跟踪锁频环研究

为提高极低载噪比下锁频环对含较大多普勒变化率成份的高动态回波信号的频率跟踪能力,提出了一种改进的锁频环结构,在传统锁频环基础上,增加1个环专门用于跟踪回波信号的多普勒变化率.鉴别器采用2种频率估计算法相互配合获得了宽鉴频范围和高鉴别精度,对鉴别结果采用野值剔除技术,保证了极低载噪比条件下环路的工作稳定,环路滤波器采用多级带宽逐级切换策略,兼顾了频率跟踪精度和环路收敛速度,仿真结果表明:改进锁频环能对载噪比低至16 dBHz的高动态回波信号进行稳定可靠、高精度的频率跟踪.     

基于卡尔曼和扩展卡尔曼滤波的耦合载波跟踪方法

鉴于低信噪比高动态环境下的载波跟踪过程中,接收信号存在显著的各阶频偏变化率,故提出了一种基于卡尔曼和扩展卡尔曼滤波的耦合载波跟踪方法。载波跟踪通过基于卡尔曼滤波的锁频环辅助基于扩展卡尔曼滤波的锁相环来实现,对频率斜升信号和频率加速信号分别进行了载波跟踪环路结构的分析,得到系统方程,并进行了载波跟踪系统性能仿真。经仿真验证,在信噪比为-20 dB条件下,该方法跟踪频率斜升信号收敛时间小于60 ms,跟踪频率加速信号收敛时间小于90 ms,对两种信号的频率跟踪残差均小于5 Hz,相位跟踪残差均小于0.25rad,跟踪性能显著优于传统环路。     

大动态PCM/FM信号的载波频率同步

针对大动态脉冲编码-频率调制(PCM/FM)遥测信号的载波频率同步,提出了基于快速傅里叶变换(FFT)及频谱重心的载波频率估计方法,并采用了频谱叠加及频谱截取的优化方法提高算法估计精度.相对于其他基于FFT的频率估计算法,频谱重心法有着更高的估计精度及更好的抗噪声性能,而且复杂度代价很小.仿真的均方误差结果表明,基于FFT长度为2048和2块叠加以及保留信号99.9%能量的频谱截取方案有最好的估计性能.在最大多普勒频率、多普勒一阶变化率及二阶变化率分别为0.5倍、0.3倍及0.2倍符号率的大动态条件下,基于频谱重心法的二阶锁频环能够较好地完成载波频率跟踪.误码率曲线表明,经过频偏校正后的多符号非相干解调(MSD)性能与无频偏情况相比,无性能损失.     

一种脉冲群间多普勒频率变化率的估计算法

提出了一种脉冲群间多普勒频率变化率估计算法,该算法利用离散傅里叶变换进行脉冲间相参积累,获得脉冲群的相对模糊频率,通过脉冲群间相对模糊频率差分获得多普勒频率变化率。算法具有计算量小、多普勒频率变化率估计精度高的优点。计算机仿真结果证明了算法的有效性。     

一种改进的CPFSK信号频率估计方法

针对突发信号解调中多普勒频偏大的问题,提出了一种改进的连续相位移频键控信号(CPFSK)频率估计方法.首先接收信号平方运算使信号的调制指数加倍,再通过一次离散傅里叶变换(DFT),用搜索信号平方谱谱峰的方法实现突发信号频率估计.仿真实验表明,在低信噪比条件下,该算法的频率估计精度比经典的相位差频率估计算法提高了20%;该算法与广泛用于高动态突发信号的频率插值估计算法相比,同道干扰信道下信干比改善可达4 dB,DFT长度缩短约1/3.     

一种关于LFM相参脉冲信号多普勒频率变化率的估计算法

LFM信号在雷达和通信中得到广泛应用,对于单站无源定位与跟踪系统来说,获取LFM信号中多普勒频率变化率信息具有十分重要的现实意义.接收信号的多普勒频率变化率十分微弱,很难精确测量.本文提出了基于渐近小波变换的多普勒频率变化率估计算法,通过对LFM信号的渐近小波变换谱做相关,增强了多普勒频率变化率信息,消除了调频率对参数估计的影响.数值仿真表明参数估计的精度接近CRLB,能达到单站无源定位与跟踪系统的精度要求.     

基于TDOA/FDOA相位条纹的高精度GPS信号跟踪方法

针对传统GPS接收机跟踪环路结构复杂,以及在低信噪比(SNR)、高动态条件下跟踪性能较差的问题,该文提出一种基于相位条纹斜率检测的跟踪新方法。通过采用到达时差(TDOA)的频域相位测量伪码时延,到达频差(FDOA)的时域相位测量载波多普勒频偏。该方法降低了环路实现的复杂度,同时提高了跟踪精度。仿真结果验证了该方法的有效性和稳定性,在载噪比为32 dB-Hz时,相比传统方法,基于TDOA/FDOA相位条纹法的码相位测量精度提高了60%,载波多普勒测量精度提高了31%,且在高动态环境中也能实现精确跟踪,对改善GPS接收机跟踪性能具有研究意义。     

融合多普勒频移信息的阵列数据域直接定位方法

相比于传统两步定位方法,直接定位方法具有更高的定位精度,但现有的基于阵列模型的直接定位方法未能够有效利用多普勒频移信息,其定位精度有待进一步提升。针对上述问题,该文提出一种融合多普勒频移信息的阵列数据域直接定位方法。首先构建了融合多普勒信息的直接定位模型,然后基于最大似然准则将信号源位置估计转化为求解位置信息矩阵最大特征值问题,并结合矩阵转置性质降低复杂度,最后通过2维搜索得到目标信号源位置估计。仿真结果表明,所提方法较目前的阵列数据域直接定位方法和多普勒频移直接定位方法的定位精度具有较大提高。     

一种改进的高动态QPSK信号解调算法

正交相移键控(QPSK)调制解调方式广泛应用于深空通信、数字卫星通信等高速系统中,高动态QPSK信号具有较大的多普勒载波频偏,针对现有的解调算法对QPSK信号频偏估计范围小、精度较低等问题,提出了一种改进的高动态QPSK信号解调算法。该算法利用基于Zoom-FFT的Quinn频率估计算法对载波频偏进行估计,将频偏估计分为粗估计和精估计两个过程,对估计所得频偏进行补偿后利用Costas环完成载波同步。在MATLAB中对算法进行了仿真,仿真结果表明,该算法能够实现对高动态大频偏QPSK信号的有效捕获,与传统的解调方式相比,该算法对载波频偏的估计范围更大,且具有更高的频偏估计精度和更好的误码性能。     

基于判决反馈的OFDM载波频率同步环路

对OFDM系统中一种基于接收时域信号重构的载波频率盲估计算法进行了进一步的研究,分析了在这种方法中影响估计精度的4个方面的因素。为了减少载波频率估计的剩余误差,通过在频率补偿时增加反馈因子,提出了一种基于判决反馈的载波频率同步环路结构。通过调整同步环路的环路增益,可以获得更好的频率跟踪性能。如果信噪比达到9dB,即使存在较大的频率漂移,剩余频偏也被限制在子载波间隔的1%以内。     

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。