动态和噪声环境下伪码和载波联合测距算法研究

在分析伪码和载波跟踪环性能的基础上,给出了跟踪环路的最优带宽.根据实时估计的信噪比动态的更新环路带宽,减小噪声带来的跟踪误差.针对载体的动态性利用AFC算法快速得到多普勒频率,并利用载波辅助伪码跟踪环路,可以在较窄的环路带宽下跟踪高动态的扩频信号,从而可以很好地抑制宽带噪声,提高跟踪精度.理论分析和仿真表明,该方法能有效改善环路的动态性能和跟踪精度,满足系统要求.     

三阶卡尔曼滤波数字锁频环设计及性能分析

提出了一种基于三维卡尔曼滤波的三阶数字锁频环设计方法,并将该锁频环用于高动态GPS信号的载波跟踪。推导了卡尔曼滤波与数字锁频环之间的等效关系,给出了基于该方法设计的锁频环的等效噪声带宽闭式解,分析了环路的暂态性能和稳态性能。以暂态带宽和均方根频率跟踪误差为性能指标,对基于该方法设计的锁频环和固定增益的数字锁频环进行了仿真对比。结果表明,在具有相同稳态带宽的情况下,两种环路具有可比拟的动态和静态跟踪误差,但基于该方法设计的环路具有较高的初始捕获带宽,环路收敛时间大大降低。     

基于三线法的高动态载波同步方案

针对在高动态下实现载波同步的问题,提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)三线谱法和锁相环(PLL)相结合的载波同步方案:首先在利用周期图峰值进行粗估的基础上,根据提出的新的插值公式,利用峰值左右2条谱线的幅度进行细估;再将得到的载波参数作为跟踪环路的引导频率,控制数控振荡器(NCO)的输出频率;最后通过PLL环路的自适应算法实现载波相位的动态跟踪。该方法一方面可使载波参数的实时精确估计能够适应高动态低信噪比的要求,减小了跟踪时间;另一方面在跟踪环路中由高精度的PLL进行相位补偿,二者结合可以满足动态性能和跟踪精度的要求。     

无人机上行链路数据传输方案

为保证无人飞机在动态环境下数据传输的稳定性和可靠性,提出了一种循环正交M元扩频上行链路数据传输方案。按此方案传输数据,发送信号不存在潜在的周期性,系统的抗干扰和抗截获性能得到了很好的保障。在动态环境中,由于载体具有较大的加速度,载波多普勒频移剧烈变化,普通接收机载波跟踪环极易失锁,故提出一种基于经验值查表的载波跟踪算法,在锁频环内引入经验值查找表,环路能自适应调整环路滤波器带宽,从而实现任意时刻的高精度载波跟踪。     

高灵敏度微小卫星可变带宽接收机设计

针对微小卫星发射功率低、天线增益小的特点对星载测控应答机提出的高接收灵敏度及高动态范围要求,研究卫星接收机的实现方法.提出一种基于正交欠采样技术及全数字载波恢复环的可变带宽卫星接收机结构.在全数字载波恢复环的实现中,通过相干自动增益控制(AGC)来控制环路带宽,使得在高信噪比下的环路带宽增大,从而获得更佳的跟踪性能;在低信噪比下,降低环路带宽使得接收机有更高的接收灵敏度.经实验测试可知,在250 Hz环路带宽下,接收灵敏度为-144 dBm,动态范围达到80 dB以上.     

基于自适应抗野值Kalman滤波技术的卫星导航接收机授时方法

在高动态与强干扰条件下,卫星导航接收机码跟踪环路与载波跟踪环路会出现异常抖动进而影响卫星导航接收机的授时精度,针对这一问题提出了一种新的基于抗野值Kalman滤波技术的卫星导航接收机授时方法。该方法可以有效消除码环与载波环的异常抖动对解算出的卫星钟差的影响,并且对连续出现的野值也有很好的剔除效果。同时该授时方法还可以有效地对卫星导航接收机的晶振频率误差进行估计,进而对1PPS(pulse per second)信号发生器的频率控制字进行调整,提高系统的授时精度。经过实验验证,该授时方法可以有效提高卫星导航接收机的授时精度以及授时系统的鲁棒性。     

全球导航卫星系统矢量载波环的设计与分析

为了减弱在传统跟踪算法中不良通道或者解算错误带来的影响,提出自适应载波跟踪算法.算法的基本思想是通过矢量环辅助标量环而不是完全替代标量环实现信号的跟踪.它在每个跟踪通道里添加一个卡尔曼滤波器,该滤波器利用当前鉴频器输出的频率残差与导航处理器反馈的载波频率进行环路更新;根据两者的方差,自动调节通道滤波器的增益因子,保持更加准确的载波估计频率.不同于传统矢量跟踪算法必须在完成导航解算后才更新跟踪环路,改进算法运行在每个跟踪通道上并根据环路积分间隔更新跟踪环路,因此可以在低解算速率的要求下跟踪更大的动态范围.改进算法结合了矢量与标量环路两者的优势,具有矩阵小和数据处理简单的特点.仿真结果表明,该算法较传统算法提高了信号跟踪的准确性和鲁棒性.     

BPSK调制高动态遥测接收机的设计

针对BPSK调制的高动态遥测接收机的多普勒频率漂移大和码元符号周期随着多普勒变化的问题,提出了一种全数字的接收机结构,研究了载波频率跟踪和码元符号定时跟踪的跟踪算法,指出了跟踪环路的稳定条件.仿真验证了该算法和接收机结构的可行性,结果表明,该接收机在初始频偏23 kHz、加速度20g、载波初始相位π/2、码环初始偏差5...     

编队小卫星间相对测距和时间同步方法研究

介绍了编队飞行小卫星的特点,提出采用无线电双向单程测距方法实现星间相对测距和时间同步,计算了伪码和载波相位跟踪环路、星间相对运动、钟差变化、测量设备延迟、天线相位中心误差带来的星间相对测距和时间同步误差,讨论了降低误差的方法.对误差项进行综合分析后,得出星间相对测距误差可达到厘米级,时间同步测量误差优于0.1 ns的结论.     

微弱GPS信号矢量频率锁定环设计

载波跟踪环是传统独立式GPS接收机最脆弱的环节,针对弱信号环境下其比伪码跟踪环路更容易失锁的问题,本文给出一种基于矢量频率锁定环(vector-frequency lock loop,VFLL)的载波跟踪方法。给出VFLL理论推导及实现过程,并以最小二乘估计方法证明VFLL在载波跟踪性能上优于频率锁定环(frequency lock loop,FLL)。静止场景时9颗卫星实验结果显示,本文给出的方法能够实现14 d B/Hz微弱GPS信号的载波跟踪。     

基于复子载波信号无模糊跟踪的组合环路设计

复子载波信号是指采用方波复指数函数作为子载波调制的BOC信号,目前已经被广泛应用于全球卫星导航系统。复子载波信号的自相关函数存在多个相关值,在信号同步时会产生信号误捕和跟踪到旁峰的问题。为此,提出了一种适用于复子载波信号的组合跟踪环结构,其中主环采用常规的BPSK-like算法实现信号的初始同步,辅助环分别采用双重估计跟踪算法和旁峰消除算法,与主环共同完成高精度跟踪。首先给出双重估计跟踪算法和旁峰消除算法在此组合环结构下的实现。然后利用仿真数据从跟踪精度和抗多径能力两方面对辅助跟踪环的性能进行分析,并利用实测数据对此环路结构的实用性进行检验。仿真和实测数据跟踪结果表明,提出的辅助组合跟踪结构切实可行并具有较好的抗噪声和抗多径性能。     

TCM-8PSK短包高速跳频接收机的快速载波同步

通过对典型载波同步环路的分析与比较,提出一种新型的适用于TCM-8PSK短包高速跳频接收机的快速载波同步环路.对2种鉴相器(基于逐幸存处理(PSP)的鉴相器、锯齿形鉴相器)与2种环路滤波器(一阶环、二阶三型环)分别组合得到的4种环路结构的误比特率(BER)进行仿真,结果表明在短包传输方式以及AWGN信道条件下,基于PSP的鉴相器结合一阶滤波器的环路结构具有最佳BER性能.利用Monte Carlo算法得到该环路的相位误差统计信息,并对原鉴相器的鉴相特性曲线进行改进,减小了由相位误差产生的环路噪声.改进后的鉴相器结合一阶滤波器的新载波同步环路便于硬件实现,在最大载波频偏为1‰倍符号率以及中频信号通过信噪比为5～15dB的AWGN信道条件下,BER较理论值损失0.4～1.5dB,而较原环路提升0.5～1.5dB.该仿真结果与硬件实际测量结果一致.     

全球导航定位系统接收机的跟踪环路带宽设计

为实现全球导航定位系统(GPS)软件接收机对卫星信号灵活稳定的跟踪,采用非相干延迟锁定环和科斯塔斯环来实现伪码跟踪和载波跟踪;选择环路的带宽,利用最优化的设计理念,设计了GPS软件接收机的最优环路带宽,并且根据所估计的信噪比来确定跟踪环路的最优带宽,以达到总的误差最小.采用GPS卫星中频信号采样器采集实际的GPS数据,并通过Visual C及MATLAB进行了仿真实验,结果表明,接收机成功地跟踪上了7路信号,并以通道1中的数据计算出了同相和正交相信号,所设计的搜索和跟踪方法灵活有效,为接收机能够快速地对GPS信号实现捕获和跟踪提供了一定的保障.同时也使得GPS软件接收机对信号处理改用软件来实现,拥有了极大的灵活性.     

多径信道下扩频导航信号跟踪性能研究

针对扩频导航信号多径信道下信号跟踪性能,分析了时延小于一个码片的多径信号对导航信号伪码相位和载波相位跟踪误差的影响,并建立跟踪环路的数学模型,在考虑多径信号的基础上分析了混合信号相位跟踪的数学模型,分析了混合信号下伪码跟踪环和载波相位跟踪环相位跟踪的性能.在数学模型分析的基础上,对伪码相位跟踪和载波相位跟踪性能进行了计算机仿真.结果表明,多径信号引入相位测量误差与多径信号的幅度、相埘直达信号伪码相位和载波相位时延有关,并且伪码相位时延与载波相位时延之间相互影响.关键字:多径信道;伪码跟踪;载波跟踪;跟踪性能进行了计算机仿真.结果表明,多径信号引入相位测量误差与多径信号的幅度、相对直达信号伪码相位和载波相痊时延有关,并且伪码相位时延与载波相位时延之间相互影响.     

高动态环境下联合开环捕获和闭环跟踪的载波同步算法

针对高动态环境下载波同步困难和跟踪精度低的问题,提出联合开环捕获与闭环跟踪的高动态载波同步算法。首先,该算法通过开环捕获得到多普勒频率偏移及多普勒变化率偏移的粗估计,将剩余多普勒频率偏移和变化率偏移控制在一个较小的范围内。其次,在载波跟踪阶段采用三阶锁相环(PLL)对剩余多普勒频率偏移和变化率偏移进行跟踪。提出的算法同时具有快速捕获与精确跟踪的良好特性。最后,通过Matlab仿真对同步算法进行验证。仿真结果表明,当信噪比为8 d B,归一化多普勒频率偏移和多普勒变化率偏移分别在(-0.25,0.25)和(-10-4,10-4)范围内时,该算法的误码率相比理论值仅损失0.7 d B。     

临近空间高动态高速载波捕获跟踪的实现方法

为了接收临近空间高动态高信息速率用户信号,需要设计载波链路的捕获与跟踪系统.根据临近空间网络高动态高信息速率的链路特性,着重分析了HDHI(HDHI,high dynamic and high information-rate)载波链路捕获跟踪的特性及实现方案.对载波链路捕获跟踪的设计原理做了清晰的说明和推导,提出了适合HDHI载波链路捕获跟踪设计方法,并对高动态高信息环境中接收机的载波捕获与跟踪数字系统的设计做了详细的陈述.最后通过实验和对比论证了利用DQPSK方式的HDHI信号捕获跟踪设计方法是可行的.     

改进的基于四象限反正切函数的鉴别器算法

为了解决GPS接收机载波跟踪环路中鉴别器算法运算量大的问题,提出了一种改进的锁相环和锁频环共用四象限反正切函数单元的鉴别器算法。环路通过共用的四象限反正切函数单元和校正函数,使得锁相环对导航数据跳变不敏感,锁频环能够克服频率调整模糊度。此外,还在加性高斯白噪声条件下通过仿真对鉴别器算法中的参数设置问题进行了讨论。理论分析对比和仿真实验表明:该改进的鉴别器算法不但具有良好的鉴相和鉴频能力,而且与传统鉴别器算法相比具有运算量小、复杂度低的特点,从而达到提高载波跟踪环路的运算速度,减少系统资源占用的目的。     

MIMU辅助旋转弹丸GPS接收机跟踪环路设计

在GPS导航定位系统中,多普勒频移直接影响接收机的跟踪性能.为了克服多普勒频移的影响,对高速旋转的弹载单天线GPS接收机跟踪环路进行了研究.分析了弹丸旋转产生的复杂多普勒频移的影响因素,给出了多普勒频移的数学模型,提出采用MIMU估计多普勒频移的方法设计二阶载波跟踪环路,建立了环路的模型,并对环路的跟踪性能进行了MATLAB仿真.结果表明:MIMU辅助的跟踪环路与无辅助的跟踪环路比较,带宽窄,能有效地抑制噪声干扰,较好地实现了对旋转信号的跟踪.     

FPLL环路性能分析及优化准则

通过建立联合环路的数学模型,将锁频环(FLL)跟踪误差引入锁相环(PLL),能准确推导出二阶FLL辅助三阶PLL的相位跟踪误差公式.推导结果表明,锁频环辅助的锁相环(FPLL)跟踪误差与之前针对单PLL或FLL的研究结果有较大差别: 考虑加加速度动态效果时,FPLL环路相位跟踪动态应力误差为零;FPLL相位热噪声跟踪误差不仅包含PLL的热噪声,而且具有FLL的热噪声成分.另外,不同于对FLL或PLL单独作优化,提出一个FPLL的联合优化准则: 以FLL动态应力误差小于PLL快速捕捉带为约束,相位跟踪误差最小为目标,对FLL和PLL带宽同时进行优化.最后,数值仿真结果表明,所作FPLL的环路性能分析正确,推导所得误差公式准确;联合优化所得FPLL环路可稳定工作,同时获得相对单PLL更好的相位跟踪精度.研究结果有助于之后FPLL的精确设计.     

模糊控制辅助的GNSS/INS深耦合跟踪算法

深耦合跟踪环路在INS的辅助下可以有效提高GNSS接收机在高动态条件下的跟踪性能。但是如果INS模块发生故障,会导致GNSS跟踪环路的失锁或处于误跟踪状态,从而导致整个GNSS系统的发散。针对这种发散问题,在不降低系统动态性能的前提下,提出了一种模糊控制辅助的深耦合跟踪算法,该算法通过动态控制INS实现对GNSS深耦合跟踪的辅助,并建立了相应的切换准则。仿真分析结果表明,该深耦合跟踪算法在不降低GNSS跟踪环路动态性能的前提下,可以有效降低由于INS模块失效对GNSS跟踪环路的影响。同时由于GNSS接收机在INS单元故障的情况下依然可以正常工作,因此可有效地提高整个深耦合系统的鲁棒性。