一种含导频GNSS信号的通道组合捕获检测量的设计与优化

新体制导航信号中大多含有导频通道,通过对含导频信号的组合捕获检测量的分析,证明导频与数据通道的相干组合检测量是非相干组合检测量和差分组合检测量的一种二次组合形式;设计一种通用的组合捕获检测量;利用分段相关-视频积累的优化方法,建立该检测量的二维优化模型,并给出相应的优化方法,得出最优设计参数随信号载噪比、多普勒容限及导频功率系数的变化规律。     

对电文翻转不敏感的导航信号载噪比估计算法

对于导航接收机而言,获取通道信号载噪比可辅助其提升跟踪精度和定位速度。但在使用传统的宽窄带功率比值法做载噪比估计时,由于该方法对导航电文数据比特的符号翻转敏感,导致其估计精度较低且运算量大。针对这一问题,提出一种对电文翻转不敏感的导航信号载噪比估计算法,该算法立足于在通道稳定跟踪时信号能量集中在I路,且噪声能量均等分散在I、Q两路,使用I、Q路信号能量做载噪比估计。首先,通过公式推导得出其运算表达式,再经计算机仿真确定最佳的单次积分时长和运算组数。结果表明,相较于宽窄带功率比值法,虽然该算法总积分时间略长,但对导航电文翻转不敏感,估计精度可提升5.72 dB或更高。在总积分时间相等的条件下,算法运算量相较于宽窄带功率比值法降低了33.6%。所提算法不仅提高了估计精度,同时降低了运算量,在导航接收机中有一定的应用前景。     

基于非相干积分的GNSS弱信号捕获

当接收机天线被建筑物遮挡或信号被强噪声淹没时,接收机为正常捕获信号,需进行长时间相干积分和多次非相干积分以提取全球卫星导航(GNSS)弱信号,但长时间相干积分会因为导航数据位跳变导致积分后信号能量衰减影响捕获,且多次非相干积分会带来平方损耗限制了对弱信号的捕获能力。针对这一问题,该文在非相干积分基础上提出以最大能量为准则估计最优导航数据位方法,消除导航数据跳变对积分时间长度限制,从而提高弱信号的捕获能力。捕获仿真结果表明:该方法能大幅提高增益,可捕获到20dBHz的弱信号。     

基于PCF重构的北斗B1C信号无模糊捕获算法

针对B1C信号自相关函数存在多峰性会导致基带信号处理过程中存在模糊性问题，提出一种基于伪相关函数(pseudo-correlation function, PCF)重构的无模糊捕获算法，对互相关函数进行重构消除副峰并提高主峰峰值，将B1C信号的数据和导频分量进行联合捕获提高捕获灵敏度，同时引入降采样和FFT并行捕获策略降低计算复杂度.仿真结果分析表明：改进算法可以实现B1C信号捕获，改进算法在提高主峰的同时，完全消除了副峰，实现了B1C信号捕获的无模糊性.其捕获时间相比其他算法缩短近1/2,在信噪比高于13 dB时，主峰比例均值趋于稳定，最高相比Filtered法提高67.74%,在捕获概率为0.9时联合捕获载噪比低于导频单通道捕获1.8 dB·Hz,并在较低载噪比情况下较其他算法具有更好的适应能力.     

交替二进制偏移载波信号捕获算法

为实现交替二进制偏移载波(AhBOC)信号数据和导频分量的相干累加处理,提出了一种改进的边带捕获处理算法.综合利用数据和导频通道信号,提高捕获灵敏度.通过分量合成与比较,后验估计数据和导频信号的相对符号关系.实现数据和导频通道相关器输出结果的相干累加,降低平方损耗.利用蒙特卡罗仿真分析了该算法的工作性能,并与传统的非相干累加算法进行了比较.结果表明,在恒虚警概率条件下,该算法可有效提高AhBOC信号的捕获概率,减少平均捕获时间.     

不同测量型接收机观测数据质量对比分析

针对不同全球定位系统(GNSS)测量型接收机观测数据质量差异问题,基于国内外5款GNSS测量型接收机的实测数据,从数据完整率、载噪比、多路径误差和周跳比指标对各接收机观测数据质量进行评估.实验结果表明:综合数据完整率、载噪比和周跳比看,JAVAD TRE_3接收机数据质量优于TRIMBLE NETR9、SEPT POL...     

采用数据辅助的单通道同频混合信号参数估计方法

在非合作卫星通信中,针对具有固定帧长及帧同步序列的单通道同频混合信号的参数估计问题,提出了一种基于数据辅助的参数估计算法。该算法先对帧长及帧头起始位置进行估计,并提取帧同步数据构建辅助函数。在与混合信号做相关运算后去除干扰项,峰值搜索得到频率偏移的精确估计值;使用辅助函数简化混合信号,随后基于最大似然估计理论,实现对信号初相信息的提取。在算法研究的基础上,推导了单通道同频混合信号参数估计的修正克拉美罗界,为算法的性能分析提供了理论依据。仿真结果表明,当帧同步信号达到一定数量时,频率偏移估计方差达到10-7,初相估计方差达到10-3,性能接近MCRB理论界。     

基于阵列导频的正交时频空调制信道估计算法

正交时频空调制(orthogonal time frequency space modulation, OTFS)系统中,发送端嵌入少量高能量导频,并在导频周围预留保护符号的导频结构,会导致OTFS信号峰均比(peak-to-average power ratio, PAPR)高。基于导频和数据叠加的导频设计结构,可以降低发送端信号峰均比,但接收端信道估计复杂度高。为降低OTFS信号峰均比和信道估计复杂度,设计了一种基于最佳二进制阵列(perfect binary array, PBA)的导频结构和信道估计算法。在发送端,通过将导频能量均匀分布在一个阵列的多个导频中,降低了OTFS信号峰均比。在接收端,利用最佳二进制阵列导频的理想自相关特性,通过移位相关操作,分离信道多径和聚集每条信道径的能量,并抑制噪声和残留多径间干扰,以较低的计算复杂度实现较高精度的信道估计。相较于现有的一些导频结构及其信道估计算法,在牺牲一定的信道估计精度情况下,所提方案有效降低了OTFS信号的PAPR和信道估计复杂度。     

一种改进的非相干GNSS信号频率锁定方法

为了实现弱信号环境中的高灵敏度GNSS信号跟踪,提出了一种改进的非相干GNSS信号频率锁定方法,利用非相干累积消除电文反转的影响,扩展有效能量累积时间范围,改善了信噪比;设计了基于非线性加权累积偏差的最优频率间距计算方法,得到频率鉴别线性范围最大的非相干频率鉴别器;通过延长相干和非相干累积时间,实现宽线性鉴频范围的高灵敏度频率锁定环路.理论分析和蒙特卡罗仿真结果表明:所提出的方法可以改善频率跟踪灵敏度和牵引范围,在不进行电文估计、静态环境信号强度为-160dBm的情况下,可以实现稳定跟踪并保证一定精度.     

基于双码时延间隔的GNSS矢量跟踪环路

针对传统GNSS接收机在弱信号下工作性能不理想的特点,分析了传统接收机和矢量接收机的工作原理,归纳总结了传统接收机在弱信号下的性能缺陷;在弱信号下对比传统标量接收机与矢量接收机的跟踪性能,提出用设置双码时延间隔的方法来优化矢量跟踪性能。用矢量跟踪来弥补传统接收机在弱信号下的缺陷。仿真结果表明:在载噪比15～22 dB情况下,采用双码时延间隔EKF算法的矢量接收机跟踪性能要优于传统标量接收机,且比采用单码时延间隔的矢量接收机码跟踪误差还要小约20 ns。     

基于决策融合的GNSS欺骗干扰检测性能分析

欺骗干扰是一种旨在迫使GNSS接收机得到错误导航信息的蓄意攻击。卫星导航接收机需要及时且准确检测出现的欺骗干扰信号。本文借鉴认知无线电中协作频谱感知的思想,提出了一种基于决策融合的卫星导航欺骗干扰检测算法。首先采用能量检测算法,分析并推导了单个检测器在瑞利衰落信道下的卫星导航欺骗干扰检测性能,然后应用K/N准则的决策融合方法以进一步改善欺骗干扰的检测性能。仿真结果表明:当SINR=-10 d B时,检测概率比单次检测概率平均提高了16.60%。     

基于小波滤波及载噪比估计的GPS接收机多径抑制

为了抑制城市环境GPS(global positioning system)导航应用中由复杂信号反射引起的多径效应,提出了一种基于假设检验小波阈值滤波处理并联合载噪比估计的GPS接收机多径抑制方法.这种方法作用于GPS导航接收机的码和载波跟踪环路,通过估计由多径引起的跟踪误差,补偿伪距估计量,进而消除多径效应引起的定位误差.仿真实验结果表明,对于城市环境典型导航应用的多径场景,所提出的方法显著改善用户定位精度,能够将定位误差从标准接收机处理下的15.95 m降至1.75 m,而计算量无明显增加.     

GPS弱信号的高灵敏度捕获算法

为提高弱信号环境下全球定位系统（global positioning system,GPS）捕获的灵敏度,需进行累积提高增益。在分析传统相干累积和非相干累积算法的基础上,研究了一种基于快速傅里叶变换（fast fourier transformation,FFT）的差分相干累积方法。并采用蒙特卡罗仿真,分析了载噪比（carrier to noise ratio,C/N0）、累加次数、相干累积时间的选择对非相干算法和差分相干算法性能的影响。仿真结果表明,较传统非相干法,研究的差分相干法用于检测弱信号时具有明显的性能优势,信号检测增益最多可增加约1.8 dB,充分说明了差分相干在高灵敏度捕获中的优势。     

基于集成神经网络的信道估计方法研究

为解决噪声以及信号干扰等因素严重影响接收端信道估计的问题,提出一种基于集成神经网络的信道估计方法,利用多个改进后的神经网络来提取带噪导频信号与原始导频信号之间的非线性关系模型,根据其输出误差来计算差异度值,并结合差异度对其进行集成,得到训练完成的集成神经网络模型,通过集成神经网络模型来获取信道估计结果;与最小二乘(least squares,LS)估计方法相比,该方法不仅可以提高通信的可靠性,而且还能减少导频开销提高通信有效性;在不同的调制方式下,当误码率相同时,算法所需的信噪比LS算法均要更低;基于正交频分复用(orthogonal frequency division multiple,OFDM)通信系统进行仿真,结果证明,该方法具有优良的性能。     

抑载单边带信号的非相干解调

在提取抑载单边带(SSB/SC)信号S(t)中的信息信号f(t)时,一般采用相干解调法。采用相干解调必须有与发送机调制用载波同频同相的本地载波,这样增加了接收机的复杂性,且本地载波一旦存在频偏或相偏时就会使所提取的信息信号的频谱产生附加的频偏或相偏。本文介绍一种SSB/SC信号非相干解调的算法,可以避免上述问题。同时,本文分析了这种解调方法的抗噪声性能。     

多径干扰下一种新的有效的弱GPS信号处理算法

为了提高全球定位系统(GPS)接收机的增益,有必要进行长时间的累积积分.针对累积最重要的限制:导航电文的变化、多谱勒频偏的影响以及非相干累积的平方损失,该文指出在弱信号条件下快速傅立叶变换捕获较传统算法更具有优势.该算法通过采用差分累积,增加累积时间,减轻非相干累积平方带来的增益损失.另外,全比特搜索算法能够估计出导航数据的最佳组合,实现长时间的相干积分.结合这两种算法,提出一套完整的GPS弱信号处理方案.最后进行了Monte-Carlo仿真,仿真试验结果验证了该算法的有效性.     

GPS信号载噪比估计算法的研究

为了分析和估计载噪比,基于统一的GPS信号和噪声表达式,对两种经典估计算法VSM和PRM的原理进行了推导,并分析了PRM算法的参数M的设定依据。在此基础上,提出了一种新的估计算法MVM。分析了导航位跳变对上述3种算法估计结果的影响,并改进了其中的PRM算法,提高了其抗导航位跳变的能力。最后结合实验结果,在算法准确性和稳定性方面,对以上3种算法做了对比分析。     

宽带CDMA系统上行链路天线阵列信号到达角估计

在多径时变信道环境中研究宽带CDMA天线阵列接收机基础上，应用MUSIC和二阶ESPRIT算法进行阵列信号最强径到达角估计，同时，提出了一种基于阵列收敛条件的导频辅助到达角估计算法，该算法利用自适应阵列收敛条件下正确跟踪期望信号方向的特点，搜索信号最强接收方向，并可将结果直接应用于下行链路波束成形权重计算，仿真结果表明，提出的导频辅助到达角估计算法与MUSIC和二阶ESPRIT算法相比，估计精度有较为明显的提高。     

基于双卡尔曼滤波及贝叶斯估计的微弱GPS信号跟踪方法

提出了一种基于卡尔曼滤波的平方根算法以及贝叶斯估计理论的微弱GPS信号跟踪方法.采用2个耦合的扩展卡尔曼滤波器,即双卡尔曼滤波器来完成码跟踪和载波跟踪,同时,减少信号累加积分时间,以降低运算复杂度而提高收敛速度;采用基于贝叶斯估计理论的未知导航信息位处理方法,以降低在信号微弱的情况下未知导航位所带来的不利影响.仿真结果表明,利用该方法可以精确跟踪载噪比低至19 dB-Hz的微弱GPS信号.     

基于听感知特性的双麦克风近讲语音增强算法

针对近讲系统的声学场景,提出一种基于听感知特性的双麦克风语音增强算法。模拟人耳频率分解特性,用gammatone滤波器组对2路麦克风采集的声音信号进行多子带频率分解;对分解后的时域信号进行分帧,生成时频单元,并计算每个时频单元的能量;以2路信号时频单元能量比值为线索,估计每个时频单元信噪比,模拟人耳掩蔽特性生成掩蔽模板,并作用于带噪声的语音信号,实现目标语音与环境噪声的分离。实验结果表明:由2路麦克风信号时频单元能量的比值可较准确估计时频单元的信噪比;该算法可提高带babble噪声命令词的识别正确率,优于当前单通道及双通道语音增强算法。