基于星载辐射源的被动SAR频率同步:误差分析与同步方法

基于星载辐射源的被动SAR的收、发系统采用各自独立的频率源,因此,其收、发系统本振信号存在着频率同步误差.在接收端解调过程中,该频率同步误差会引入一定的相佗误差,进而影响下一步的成像处理.本文针对基于星载辐射源、采用地面固定接收机的被动SAR系统,分析了不同类型的频率同步误差对其方位向相位的影响,提出了一种利用直达波信号提取相位误差的频率同步方法.在利用直达波信号提取相位误差时,零多普勒时间的精确估计是关键问题.文章改进了零多昔勒时间的估计方法,提高了其估计精度,从而较好地实现了频率同步.最后仿真分析了研究结论的有效性.     

双站SAR时频同步技术

基于星载SAR照射源的双站SAR系统,由于收、发系统分置,时间同步和频率同步误差会对成像结果造成影响,甚至不能成像,因此,时频同步问题是这类系统需要解决的关键问题之一。本文首先以基于星载辐射源、接收机固定在地面的双站SAR系统为例,详细分析了时频同步误差的模型,随后提出了一种利用直达波信号脉压峰值位置和相位信息提取时频同步误差,实现系统时频同步的方法,并对该方法的估计精度进行了分析。最后,通过仿真,对时频同步方法及其性能进行了验证。根据仿真结果分析,该方法取得了较好的性能,可以有效的应用于上述双站SAR系统。      

基于Radon-Wigner变换的双基地SAR多普勒调频率估计

在传统单站机载合成孔径雷达（SAR）中,多普勒调频率的估计精度直接影响着成像的质量。在双基地SAR中该参数同样重要,但由于收发平台的独立性,多普勒调频率估计的难度增加,采用传统的方法效果不明显。该文采用了一种基于Radon-Wigner变换的多普勒调频率估计方法,首先给出了机载双基地SAR的空间几何模型和回波信号模型,然后给出了理论分析和仿真,并用单基地SAR回波实际数据进行了多普勒调频率估计。结果表明：该方法对目标统计特性的变化不敏感,它适合多分量和信噪比不高的情况,且估计值精度较高。     

分布式GEO SAR模糊度分析

地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）具有短重访、广覆盖等优势。分布式GEO SAR由多个GEO SAR同时收发形成多个相位中心,具有可降低合成孔径时间、提高信噪比等优点。模糊度是雷达系统设计中的重要指标,传统SAR的模糊度计算通常在距离时域、方位频域进行。然而在分布式GEO SAR中,通常无需进行全孔径成像即可获得满足要求的分辨率,因而点目标的方位向信号带宽低于场景瞬时多普勒带宽,使得基于方位频域的模糊度计算方法失效。此外,双基地配置以及地球球形表面也给地面模糊区位置的计算带来困难。本文首先给出考虑地球球形表面的双基地GEO SAR模糊区位置的近似计算方法,然后给出分布式GEO SAR模糊度的计算步骤。仿真对比分析了传统频域方法与本文所提方法,并详细分析了单基地GEO SAR、双基地GEO SAR和多基地GEO SAR的模糊度特点。      

基于回波的多子带SAR系统载频误差补偿方法研究

为了提高SAR系统的分辨率,在距离向可以通过发射一系列不同载频的窄带信号,通过信号处理的方法实现带宽合成,进而得到等效大带宽信号对应的分辨率。为有效实现带宽合成,要求不同子带回波的载频步进值严格已知,这在某些实际应用环境中,并不能总是满足,因而需要从回波数据中直接估计步进值。该文提出一种基于子带回波数据的载频误差估计与补偿方法。该方法基于压缩后子带回波数据多普勒相位与载频的关系,对子带图像进行干涉处理,提取差分相位,并利用差分相位沿方位向的冗余进行相干积累,获得以实际载频步进值为振荡频率的单频信号,进而通过频谱分析方法得到误差频率,并对子带间相位误差进行补偿。通过该方法,能够实现子带信号的相干合成,提升了SAR数据成像质量。实验数据的处理结果验证了该方法的有效性。     

无时钟同步下双基地雷达的相位误差补偿算法

在双基地雷达中,由于时钟源不同步会给接收信号上带来载波频率偏差以及时间同步误差等影响因素,影响精确定位和慢速微多普勒检测。针对这些影响因素,提出一种基于直达波相位的相位补偿算法和基于距离多普勒谱频域对消的联合处理算法。该算法不需要双基地系统有共用时钟源。首先,通过直达波的相位对所有接收信号做相位补偿,抵消了载波频率偏差带来的相位误差;再利用距离多普勒谱的数据在多普勒维上做频域对消,有效地去除了时间同步误差带来的旁峰干扰。该算法复杂度低、易于实现,经过理论推导和实验验证,验证了该算法的有效性。     

基于最小熵DCFT的双基地SAR多普勒参数估计

多普勒参数估计是SAR成像技术研究中的一项关键技术,多普勒参数估计精度将直接影响机载双基地SAR系统成像质量,为了实现对感兴趣目标区域有效地成像,需要对回波信号的参数进行准确估计。本文提出基于最小熵的离散调频傅里叶法(DCFT),该方法基于线性调频信号,可同时估计多普勒质心和多普勒斜率,并用RD算法对双基地SAR仿真数据成像,通过仿真验证了该方法的性能。     

一种用于非合作式星机双基地SAR中的波束同步技术

已有文献中提出的基于收发波束指向控制的波束同步方法,在非合作式的星机双基地SAR中不适用。根据星机双基地SAR远发近收的特点,提出了一种宽波束接收工作模式用于提高场景长度。针对卫星过顶时间的估计误差和飞机导航系统的误差,提出了一种基于对直达波信号进行处理的补偿方案。仿真结果表明,该文提出的方法能在方位分辨率略好于单星SAR的前提下,使场景长度达到1 km以上。     

双基地多载频MIMO雷达的同步误差提取方法研究

研究了双基地多载频MIMO雷达中由ADC采样引起的同步误差的3种提取方法。首先建立了同步误差的信号模型,仿真分析了同步误差对测距以及测角的影响,并将其归结为高精度频率估计问题。频谱连续细化法在较小范围内利用连续傅里叶变换来获得高精度的频率估计,既可以降低运算量又能获得较高的频域分辨率;自相关函数法通过对通道分离并补偿阵列延时差后的直达波信号的自相关函数做反正切运算求得同步误差值;MUSIC法首先构造时间同步误差的导向矢量,并利用其向噪声子空间投影,通过搜索空间谱的最大值来得到同步误差值。最后仿真比较了3种方法的性能,结果表明在低信噪比时可采用运算量较大的MUSIC法以取得较好的性能,而在信噪比较高时可采用运算量较小的自相关函数法或者频谱细化法以获得较快的处理速度。     

双基地高频地波SIAR通道幅相误差的自校准方法

该文针对多载频阵列发射、单天线接收的双基地高频地波SIAR,分析了通道幅相误差对空时二维超分辨的影响,研究了发射通道幅相误差的自校准方法。该方法利用直达波信号,将传统自校正算法中误差参数与目标参数的联合估计,转化为先估计误差参数再超分辨估计目标参数的级联处理,大大降低了计算量和时间损耗,操作简单且易于实现。该文对影响误差参数估计的因素及因应措施也作了讨论。计算机仿真验证了所提方法的有效性。     

正交频分复用系统中同步位置估计方法的研究

从正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术的角度出发,提出了一种基于循环前缀(cyclic prefix,CP)的OFDM同步位置估计方法[1],旨在接收到CP后能启动同步估计,然后将循环前缀等分为两段信号,比较分段信号的信噪比(signal-noise ratio,SNR),并采用递归二等分的方法得出OFDM有效数据符号的同步起始位置,计算简单,同步速度快。通过仿真论证发现,本文提出的方案较常规方案精确度更高。     

Frequency synchronization for TD-LTE-A downlink receiver

A high accuracy frequency synchronization method is proposed for the 3rd generation partnership project (3GPP) long term evolution advanced (LTE-A) downlink receiver in time division duplexing (TDD) mo...     

基于二分搜索的宽带多普勒模型信号捕获方法

针对深空通信等超高动态低信噪比通信场景中,传统信号捕获方法存在着动态范围不足、精确度不够以及使用窄带多普勒模型导致对接收信号近似精确度不高的问题,提出一种基于二分搜索的接收端采样率调整方法。使用宽带多普勒模型对接收信号进行建模,并使用扫频余弦类信号进行多普勒频偏估计和定时估计,处理多普勒伸缩后的信号与本地信号采样率不匹配的问题。对所提方法进行同步性能仿真,仿真结果表明,所提方法采用正反扫频线性调频(UD-LFM)信号,能在信噪比为-49 dB、最大多普勒频偏为2 MHz的条件下,多普勒频偏估计误差小于400 Hz,定时估计误差不超过60 ns。相比不使用本文所提方法进行直接捕获,本文所提方法具有更高的捕获精确度以及更低的信噪比门限。     

一种1090ES相位编码信号的同步算法

载波同步是对1090MHz扩展电文(1090MHz Extended Squitter,1090ES)的相位编码信号进行相干解调的前提和基础,研究针对这种调制方式的基于数据辅助的载波频偏估计算法。构建了1090ES相位编码信号的频偏估计模型,提出了一种基于遗传算法的频偏估计算法,详述了该算法的特点及其实现步骤,并通过MATLAB仿真,分析比较了该算法与Kay算法、Fitz算法及M&M算法的频偏估计性能。该算法的频偏估计范围可以达到采样频率的50%,在信噪比高于3 dB时,频偏估计的均方误差接近于修正的克拉美罗界,并且可以同时兼顾频偏估计精度和频偏估计范围。     

PIP—OFDM系统中的时间和频率同步算法

同步是OFDM技术必须解决的问题之一,且传统的同步算法只有当信噪比很大时才能达到很好的效果。该文研究了一种新的PIP—OFDM系统,它是将一种特殊的带内预编码导频信号加入到一般的OFDM系统中,保证系统在低信噪比情况下也能获得很好的同步。对小数倍载波频率粗同步和时间同步估计算法进行了改进,并应用于新的系统。仿真结果表明,改进的算法能够更好的对频率和时间进行估计,从而使得系统能够获得很好的同步性能。     

基于相关脉宽峰值搜索的直扩信号盲同步算法

无论是实现直扩信号的盲解扩还是扩频码序列恢复,严格的同步都是算法的关键,同步精度对扩频码序列估计的误码性能有着重要影响。为此提出了一种基于相关脉宽峰值搜索的直扩信号盲同步算法,仿真分析表明,该算法能够较好运用于低信噪比条件下直扩信号的同步点估计。     

基于分数傅里叶变换的OFDM的联合定时和频率同步

In this paper a joint timing and frequency synchronization method based on Fractional Fourier Transform (FrFT) is proposed for Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) system. The combination of two chirp signals with opposite chirp rates are used as the training signal, the received training signal with timing and frequency offset is transformed by FrFT and the two peaks representing two chirps in FrFT domain are detected, then the position coordinates of the two peaks are precisely corrected and substituted into an equation group to calculate timing and frequency offset simultaneously. This method only needs one FrFT calculation to implement synchronization, the computational complexity is equal to that of FFT and less than that of correlation or maximum likelihood calculation of existing methods, and estimation range of frequency offset is large, greater than half the signal bandwidth, while the simulation results show that even at low SNR it can accurately estimate timing and frequency offset and the estimation error is less than that of existing methods.     

TDMA信号的宽范围载波同步译码联合迭代处理

针对时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)信号提出了宽范围的载波同步译码联合迭代处理的方案。该方案主要分为三个部分,首先利用TDMA信号的同步码进行数据辅助同步,对信号中的大频偏和相偏进行粗估计和纠正;然后利用线性调频Z变换(Chirp-Z Transform,CZT)算法针对整突发帧进行非数据辅助同步,精确估计和纠正信号的剩余频偏;最后通过利用译码器输出的软信息进行编码辅助同步,多次迭代得到剩余相偏的精确估计,最终实现载波的精确同步并输出译码结果。实验结果表明,所提方案具有同步捕获范围宽、参数估计精度高、译码输出误比特率低等优点,在低信噪比环境下也能表现出优良性能。     

基于导频信号的MIMO-OFDM同步技术

MIMO-OFDM技术将成为第4代移动通信系统的关键技术,因MIMO-OFDM对时间和频率偏移非常敏感,因此MIMO-OFDM同步显得尤为重要。提出了一种新的MIMO-OFDM定时同步和频偏同步技术。以GCL序列为基础设计了一个新的符合MIMO-OFDM同步技术的导频序列,通过对该导频序列进行2次相关得到频率估计,并将所得频率运用到定时同步中,得到更为准确的时间估计。仿真结果表明,在相同的信噪比情况下,该方法可以使得系统的误码率和帧传送误码率相对传统方法得到进一步减小。     

OFDM盲载波间干扰抑制与同步算法研究

针对载波频偏引起的子载波间干扰问题,提出一种基于独立分量分析的OFDM载波频率同步算法。本算法直接实现载波频率同步,可以避免基于导频机制的频偏估计和由频偏估计误差带来的频谱效率降低与性能损失。首先建立含频偏OFDM独立分量分析模型,然后从最大似然原则得到分离的代价函数,结合自然梯度优化得到OFDM源信号实现载波频率同步。理论分析表明,提出的算法不仅具有基于最大似然的频偏补偿性能而且提高了系统的输出信噪比。最后,仿真分析证明了算法的有效性。