强跟踪滤波器在高动态GPS信号跟踪中的应用

为解决在高动态环境下GPS接收机跟踪环路中频信号失锁的问题,提出了一种基于线性强跟踪卡尔曼滤波器(STKF)理论的GPS信号跟踪环路.此跟踪环路以码鉴相器和载波鉴相器输出作为观测量,利用线性强跟踪卡尔曼滤波器对高动态环境下的码相位误差、载波相位误差、多普勒频率误差以及多普勒频率变化率误差进行估计,并将估计结果反馈给跟踪环路的数控振荡器,从而产生准确的本地载波和本地码.仿真结果表明,在GPS信号载噪比为45 dBHz时,线性强跟踪卡尔曼滤波器跟踪环路在多普勒频率变化率为5.0 kHz/s时仍能可靠跟踪,而传统的基于PLL/DLL和环路滤波器的跟踪环路在1.8 kHz/s时已经失锁.     

基于平淡卡尔曼滤波的微弱GPS信号跟踪算法

在接收信号很微弱的情况下,全球定位系统(GPS)的传统方法不能很好地跟踪信号.采用非线性卡尔曼滤波算法取代传统的延迟锁定环和相位锁定环,用于高灵敏度GPS接收机的微弱信号处理环节.针对所提出的微弱信号系统模型中相关运算的特点,运用平淡卡尔曼滤波器进行信号跟踪.仿真结果表明,新方法能够较好地跟踪到载噪比低至27 dB-Hz的微弱信号,确保了跟踪精度;同时具有较高的灵敏度.     

基于平淡卡尔曼滤波的微弱GPS信号跟踪算法

在接收信号很微弱的情况下，全球定位系统（GPS）的传统方法不能很好地跟踪信号．文中采用非线性卡尔曼滤波算法取代传统的延迟锁定环和相位锁定环，用于高灵敏度GPS接收机的微弱信号处理环节，针对所提出的微弱信号系统模型中相关运算的特点，运用平淡卡尔曼滤波器进行信号跟踪．仿真结果表明，新方法能够较好地跟踪到载噪比低至27dB-Hz的微弱信号，确保了跟踪精度；同时具有较高的灵敏度．     

GPS/INS超紧组合导航滤波器的优化设计

在极高动态条件下,GPS （global positioning system）接收机即使采用基带信号预处理技术,也无法精确地估计载波频率.而各通道的跟踪误差会通过传统导航滤波器相互耦合,并最终导致GPS/INS （inertial navigation system）超紧组合系统的崩溃.为解决这一问题,对伪距率跟踪误差建模,并将其扩充为导航滤波器状态量.但此时扩维导航滤波器维数过高,因此又通过星间单差和两阶段Kalman滤波对该滤波器进行了降维处理,从而在不损失导航精度的前提下,大幅降低了系统的计算复杂度.最后,以某次火箭弹试射时所遥测的惯性器件输出值为基础,通过半实物仿真验证了新型导航滤波器的有效性.      

基于非相干累积的微弱GPS信号相位估计

针对全球定位系统(GPS)微弱信号相位估计不能满足实际应用的问题,利用二倍相位处理和直接判决反馈这两种方法消除导航数据跳变的影响,提出了基于非相干累积的最大似然(ML)相位估计器. 通过理论分析,推导出信噪比表达式,利用条件概率密度函数(CPDF)的数值积分计算出估计器的均方根误差(RMSE),证明非相干累积有效降低了ML相位估计器的RMSE,提高了GPS微弱信号相位估计能力. 仿真结果验证了理论分析和所提算法的有效性,基于FPGA的实现结果表明算法的可应用性.      

组合导航系统新息自适应卡尔曼滤波算法

全球定位系统(GPS)量测噪声的不稳定变化将造成惯性导航系统(INS)/GPS舰用组合系统卡尔曼滤波器性能下降,在对自适应卡尔曼滤波器分析的基础上,提出了一种新的基于新息估计的自适应卡尔曼滤波算法.该算法通过计算新息方差强度的极大似然估计最优估计,将新息方差计算直接引入卡尔曼滤波器的增益计算.仿真结果表明,本文方法较标准卡尔曼滤波器可以提高系统精度和抗干扰能力.     

基于DSP的GPS/DR组合定位系统的设计

对于城市车辆GPS导航来说,其很大的一个缺点是跟踪卫星的信号常常由于建筑物、隧道及树木等的遮挡而使GPS的定位精度大大降低,甚至无法进行正常的定位。为此,提出了基于DSP的GPS/DR组合定位系统,详细介绍了系统的硬件设计方法、组成和软件设计思想。最后进行了采用联合卡尔曼滤波器的GPS和DR系统的组合定位的仿真实验。实验证明,采用联合卡尔曼滤波算法的GPS/DR组合定位系统的转度明显高于GPS单独定位方式。     

基于平方根卡尔曼滤波的微弱GPS信号跟踪方法

针对全球定位系统(GPS)的微弱信号跟踪容易失锁问题,提出一种新的跟踪方法.利用平方根卡尔曼滤波算法,在运算过程中运用误差协方差矩阵的平方根形式进行迭代,有效减小了舍入误差带来的影响.提出了一种新的GPS信号跟踪测量模型,在连续积分的基础上,加入了非连续积分过程,通过有效处理,避免了导航信息位翻转对信号相关运算产生的影响.仿真结果表明,新方法可跟踪载噪比低至17 dB-Hz的微弱GPS信号.     

GPS与无陀螺微惯性测量单元组合导航系统设计

基于无陀螺微惯性测量单元(NGMIMU)九加速度计配置方案，利用高精度的全球定位系统(GPS)信号，与NGMIMU组合，进行导航系统设计。利用组合卡尔曼滤波器抑制了导航误差的迅速累积，推导了组合卡尔曼滤波器的状态方程和观测方程，进行了系统位移、速度和角度仿真，仿真结果验证了NGMIMU／GPS系统设计方案的可行性。     

基于自适应卡尔曼滤波的叉车质心侧偏角估计

质心侧偏角是叉车动力学研究中的重要状态参数,工程上常采用卡尔曼滤波器估算获取该参数值。文章以CPD15型电动叉车为研究对象,考虑到叉车质心以及前、后轮侧偏刚度会随货物的质量和形状产生较大的变化,建立了带有模型误差的线性二自由度叉车模型,基于该模型设计了自适应卡尔曼滤波器估计叉车质心侧偏角,并采用遗传算法在线优化滤波器参数,有效地解决了当叉车模型参数发生变化时卡尔曼滤波器估计精度降低的问题。Matlab仿真结果表明,自适应卡尔曼滤波器不仅能滤除叉车运动中的随机不确定性噪声,还能有效抑制未知的模型误差给估计带来的不利影响,增强了滤波器的估计精度。     

多径干扰下GPS弱信号跟踪算法研究

在带有多径干扰的、并且低载噪比的GPS信号下,分析了多径带来的码环误差以及因此引起的伪距误差的原理.在此基础上,考虑在码环跟踪的Strobe鉴相算法中,引入一个修正因子σ,使得码环跟踪时,对一定范围内的短多径起到抑制的作用.由于改进后的跟踪算法没有用到Q路输出,并且原信号为弱信号,因此需要跟踪环路提供好的载波跟踪性能.为此,考虑使用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法来替代原有的载波跟踪环路,提高跟踪环路的噪声抑制性能.在此基础上,将EKF载波环跟踪与修正后的码环跟踪结合起来使用,共同进行多径干扰下GPS弱信号的跟踪.     

一种用于高动态全球定位系统信号跟踪的新模型

针对传统全球定位系统(GPS)信号跟踪方法在高动态环境下跟踪精度不够理想且容易失锁等缺陷,提出了一种新的跟踪模型.采用包含多普勒频移与码相位误差的二维观测相关器组,并通过基于列文伯格-马夸尔特方法优化的迭代扩展卡尔曼滤波算法,使跟踪环路在码相位与载波频率初始捕获误差较大的情况下,依然能够快速而准确地收敛,成功解调出导航信息.仿真结果显示,利用新的GPS信号跟踪模型能够高质量地完成加速度为150g的高动态GPS信号跟踪.     

高动态接收机载波同步模块设计

研究高动态环境下的载波同步技术. 借鉴雷达系统中的目标建模方法,提出基于动目标模型结合卡尔曼滤波的载波跟踪器,具有较强动态跟踪能力,且结构简单,无需矩阵求逆,硬件实现复杂度低. 同时,深入探索载波捕获模块对跟踪器的辅助方案,通过理论分析与仿真结合的方式证明高动态接收机中的最优辅助方案为频偏补偿-频率变化率预置方式. 仿真结果表明,本文所提跟踪器能够在低信噪比条件下稳定工作,无论在跟踪精度或锁定概率指标上均大幅超越传统卡尔曼滤波跟踪器.      

非高斯条件下基于粒子滤波的目标跟踪

介绍了粒子滤波的基本思想和具体算法实现步骤，在给出的闪烁噪声统计模型基础上，将粒子滤波算法应用在雷达目标跟踪中，解决了闪烁噪声情况下的雷达目标跟踪问题．仿真结果表明，在满足高斯噪声条件下，扩展卡尔曼算法和粒子滤波算法跟踪性能相近，但若考虑雷达的闪烁噪声，则随着闪烁影响增强，扩展卡尔曼算法跟踪性能严重下降，而粒子滤波算法能继续保持较好的跟踪精度．     

电离层闪烁下4路信号处理的载波锁相环

针对电离层闪烁导致的卫星导航接收机载波锁相环失锁问题,提出一种基于Kalman滤波器的4路信号处理载波锁相环. 该环路通过增加两路信号处理对锁相结果进行纠正,扩大了锁相环的相位牵引范围,同时根据信号实时载噪比自适应调节滤波系数,有效避免电离层闪烁时信号振幅衰落和相位突变引起的环路失锁. 通过仿真表明,这种锁相环可以在持续中强度和瞬时高强度的电离层闪烁下保持跟踪.      

强噪声背景下高频CW电报信号的自动检测

长期以来,CW电报通信都靠人工操作来完成,难以满足大容量、高速度的要求,如何实现CW电报的自动检测与识别,减少人为因素的影响,提高其有效性是当前高频CW电报研究的重要课题.在强噪声背景下,高频CW信号的包络检波检测法难以有效跟踪信号波形.检测性能严重下降.针对此问题,提出了一种基于Kalman滤波的微弱CW信号检测方法.该方法首先采用Kalman滤波器实时捕捉CW信号,恢复信号波形,再运用复数谱方差识别干扰信号与CW信号,提取出纯净的CW信号.实验表明:该方法能够在强噪声背景下有效地检测出CW信号,具有更高的识别率,且算法简单,实时性强,可用于指导高频CW电报自动接收设备的研制.     

一种改进的复合型弱信号载波跟踪方法研究

论述了使用FFT跟踪载波的方法。在标准锁相环(PLL)的基础上引入平方检测器,形成了一种更先进的跟踪结构——非相干模块处理跟踪环路(NCBP)。并对此环路进行改进,提出了使用FFT和非相干模块处理跟踪环相结合的复合软环跟踪GPS微弱信号的方法。通过模拟微弱GPS接收信号,从跟踪精度、环路锁定速度和环路的动态应力性能等方面比较了几种载波跟踪环的性能。仿真结果表明:该复合软环可以提高环路跟踪精度和锁定速度,它的等效噪声带宽可以设得更小,减小引入到环路的噪声,提高环路稳定性。     

一种基于子空间跟踪的盲自适应多用户检测器

研究一种基于改进子空间跟踪的盲自适应多用户检测算法,提出一种盲自适应Kalman检测器.同时,针对CDMA系统信号子空间维数的变化,提出一种IPASTd子空间跟踪算法,实现在高信噪比和强远近效应情况下稳定的跟踪性能.把IPASTd与Kalman滤波器结合组成新的自适应检测器.仿真结果表明,该检测器可以迅速地跟踪维数变化了的信号子空间,从而提高检测器的性能,实现稳定的跟踪并使输出具有良好的信干比.     

紫外图像弱小目标检测与跟踪

工作在“日盲”波段的紫外信号探测,屏蔽了太阳紫外辐射这一最大背景噪声干扰源,可以有效地进行微弱紫外目标信号采集,但是仍然面临着目标/噪声难以区分、目标短暂丢失等问题.文中对微弱紫外目标的成像特性进行详细分析,根据紫外目标成像特征提出了一种紫外图像弱小目标检测跟踪方案.该方案首先采用基于连通域的聚类方法对紫外图像中的样本点进行聚类,标识出前景中的目标块和噪声块,然后利用真实目标的轨迹特性,结合卡尔曼滤波预测目标的运动参数,从而实现对目标的检测跟踪.仿真实验证明了该方案的可行性及有效性.