数字载波发生器设计与FPGA实现

数控振荡器NCO是各种数字频率合成器DDS和数字载波信号发生器的核心部件.应用现场可编程器件FPGA进行数控振荡器的设计是一种新的技术.介绍了数字载波发生器的原理和设计思路,并使用ALTERA公司开发的新一代FPGA设计工具QUARTUSII对FPGA编程实现,给出正弦输出型DDS仿真结果.该方法已在多项遥测系统工程中得到应用.     

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.     

BPSK-PM深空通信信号载波捕获方案

BPSK-PM是一种以BPSK为副载波调制方式,而主载波使用PM调制方式的调制体制.这种体制使调制后的遥测遥控数据频谱与载波频谱分离,残留载波可用于测角测速和跟踪,因而常用于深空通信.首先介绍BPSK-PM调制体制,分析了其调制信号的频谱特性,然后根据应用场景要求提出了中频数字接收和载波捕获方案,其中载波捕获方案分为基于FFT的频率搜索和基于全数字锁频环技术的频率跟踪2个部分,并对这2部分做了详细的分析.最后给出了该载波捕获方案的实际应用案例,该载波捕获方案的有效性已在实际应用中得到初步验证.     

卫星导航接收机中载波和码NCO的研究与实现

载波和码数控振荡器（NCO）是卫星导航接收机中的重要组成部分.论述了卫星导航接收机中载波和码NCO的组成、工作原理和作用,根据工程实现的要求确定了基本参数和基本结构,NCO相位累加器的位数N为32,利用verilog HDL语言在Quartus II 9.1中具体实现了载波和码NCO的设计,利用ModelSim6.3g完成了载波和码NCO的仿真,并在现场可编程逻辑器件（FPGA）中进行了下载实现.设计的载波和码NCO已应用于某具体接收机中,通过仿真和接收机测试,验证了设计的载波和码NCO性能满足卫星导航接收机的要求.     

航海雷达测速方法的探讨

为解决航海雷达运用多卜勒技术所负担的高造价的问题,提出了一种新的测速方法,这种方法基于多卜勒效应的利用,其核心是捕获多卜勒频率．该方法利用了功率谱密度和频率的对应关系,同时也利用了现有航海雷达信号检测已较为成熟之处、并设计了系统框图,分析了这种新方法的方便性和优越性．最后对该方法进行了验证计算,从中可看出,此种方法是一种简单可行的方法．     

锁相环路中的脉冲干扰效应

本文介绍了一个测试程序,该程序在具有接收机噪声和脉冲干扰(例如由雷达装置造成的干扰)的情况下测定了锁相环路解调器捕获所需信号和维持锁定的能力。对一个典型的空间测量接收机,在宽范围的锁相环路工作条件中进行了测量。测试时加以变化的锁相环路参数和干扰信号的参数包括下述项目:所需要的信噪比,信号对干扰的比率,脉冲载波频率对需要信号的偏离,脉冲宽度,干扰信号的脉冲重复率和接收机的跟踪带宽。在正常信号接受,信号哀落和具有脉冲干扰信号时捕获信号的情况下,锁相环路的性能是在所选择的各种测试条件下经过重复测量来检定的。利用电压控制振荡器的输入电压作为测量对象来记录振荡器的扫描,信号或干扰的捕获以及失锁。从测量结果中得出了能引起锁相环路假锁和失锁问题的脉冲干扰特性的范围。一般说来,干扰的影响,与模拟的雷达占空因数有很大的关系,而且也受到振幅,有用信号和无用信号之间的频率间隔,以及工作的信噪比的影响。     

基于DSP+FPGA的高动态GPS信号载波环路设计

为了提高动态环境下捕获、跟踪GPS信号的环路性能,通过分析环路逻辑时序、参数和高动态下多普勒频移的变化特性,使用高阶、宽带宽的跟踪环路,设计了一种基于DSP+FPGA的载波捕获、跟踪方法。利用现场可编程门阵列(FPGA)对信号进行傅里叶变换,实现载波的快速初捕和二次精捕,同时利用数字信号处理器(DSP)实现具有自动调整功能的二阶频率锁定环路的辅助三阶Costas-PLL载波跟踪环,使得环路具有抗高动态性能的同时仍拥有较高的跟踪精度。仿真实验表明:该方案能实现高动态下载波信号的快速捕获与精确跟踪。     

基于RHT斜率抑制法和自适应载波信号跟踪的多径抑制算法研究

从传统的接收机环路多径抑制方法出发，通过纠正码环相关曲线畸变和自适应载波信号更新机制跟踪弱动态载波信号两个层次，并行减缓多径效应对接收机跟踪捕获带来的延迟影响。首先，针对码环内部函数畸变带来的自相关迭代误差问题，利用机器学习领域中的随机霍夫变换(RHT)斜率检测法辅助减小窄相关器的误差；其次，设计了一种自适应阈值载波跟踪信号状态模型，用于解决高遮挡低载噪比(CNR)条件下的信号跟踪受限问题。从不同的角度将该方法与现有方法做了对比和分析，结果表明：应用RHT斜率抑制法辅助自适应增强载波信号跟踪的定位模型性能相较于传统的高分辨率技术(HRC)和卡尔曼滤波(KF)载波跟踪方法均有明显的提升，其中本文提出的方法可以在1.8 s左右的信号延迟时及时恢复载波信号失锁。此外，从最终的定位结果可知，实验场景中多径(MP)效应较强的D区域，定位误差的均方根误差(RMSE)降低了6.3 m.     

扩频接收机的载波捕获跟踪算法的优化与实现

提出一种基于现场可编程门阵列的数字化扩频接收机的设计方案,并针对接收机中的捕获跟踪算法进行优化和实现;捕获过程分析采用基于快速傅里叶变换并行相关的方案;跟踪环路中采用二阶锁频环(FLL)辅助三阶锁相环(PLL)的载波跟踪环路,以实现在高动态环境下的载波同步;引入判决因子,调整FLL的断开时机,提出带宽调整的策略优化跟踪环路以提高跟踪环路的准确性。结果表明,在信号的信噪比为5 d B,码速率为1 kbps,多普勒频偏为±2 MHz,加速度为±800 Hz/s时,频率估计误差小于1 Hz,实现了高动态的微弱信号精确捕获跟踪。     

基于FPGA的数控振荡器的设计与实现

介绍一种利用矢量旋转的CORDIC(COordination Rotation DIgital Computer)算法实现正交数字混频器中的数控振荡器(NCO)的方法.推导了CORDIC算法产生正余弦信号的实现过程,给出了在FPGA中设计数控振荡器的顶层电路结构,并根据算法特点在设计中引入流水线结构设计.     

全数字接收机的载波同步算法──相位处理载波恢复法

针对全数字接收机，即数字信号传输同步接收机的数字化实现，本文提出了一种载波同步新算法——相位处理载波恢复法。它直接对接收信号的相角进行处理，以完成载波频率的快速捕获和载波相位的跟踪。理论分析和计算机模拟表明，这种算法简单而有效，运算量非常小，便于用ＤＳＰ甚至单片微机来实现，适用性强。     

CAPS导航信号的地面发射时间同步和载波频率控制

中国区域定位系统（CAPS）的卫星上不装载原子钟,CAPS导航信号在地面产生并能达到与装载高性能星上原子钟同样的效果．达到这个效果的主要手段是导航信号地面发射时间同步和载波频率控制调整．从导航信号形成的流程分析了各时间信号的同步要求,论述了CAPS地面导航信号的发射时间同步的理论和方法;根据高精度卫星测速信号源的条件,构建导航信号载波频率和频率链,提出通过对载波频率的实时控制预偏实现CAPS测速．并对该方法能够达到的精度进行了分析．试验测试结果表明,CAPS发射信号时间同步精度约为0.3ns,测速信源精度约为4cm／s．结果表明所提出的发射时间同步和频率控制理论与方法是可行的．     

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.     

GPS接收机中相位舍位噪声影响DDL的跟踪性能

为了解决在全球卫星定位系统(GPS)接收机中出现的阶梯状伪距测量结果的问题,在分析了接收机中伪码跟踪原理的基础上,找到了造成该问题的原因.通过研究数控振荡器(NCO)中相位舍位噪声的规律,得到了该噪声与数字中频采样率的关系,提出了基于减小相位舍位噪声的中频采样率优化方案.仿真结果显示: 选择高于且接近伪码速率整数倍的中频采样率能明显的抑止NCO相位舍位噪声.优选出的高分辨率、低漂移的数字中频采样率可以有效提高GPS接收机的跟踪精度.     

机载多卜勒雷达测速精度分析

多卜勒导航是一种自主式的导航系统，但其实时测速精度较低。本文由现役多卜勒雷达的构成原理和电路结构出发，分析了造成多卜勒雷达实时测速精度低的原因，提出了提高多卜勒雷达实时测速精度的一些措施，供设计和飞行管理部门参考。     

一种无锁相环的高精度数字视频彩色解码方案的研究

在模拟解码系统中,为了配合不同制式的信号,采用了多个不同频率的晶振,根据制式来进行切换,在模拟锁相环路的控制下跟踪色载波 在数字解码系统中,使用不同累加步长的数控振荡器来代替晶振,在数字锁相环的控制下跟踪色载波.全数字解码系统具有结构简单、精度高等优点,但设计较为复杂,并且对采样频率有要求,需要采样频率接近色载波频率的整数倍,否则数字鉴相会出错,故对于非整数倍采样的信号,需要先重采样至整数倍采样的信号才能使用数字色载波锁相环.各种视频制式的色载波频率都有严格的规定,故在一些数字视频解码系统中,为了简化设计便将色载波频率设为标称值,直接估计每行色载波的起始相位来进行解码.对于广播电视信号,由于其色载波频率精度极高,当使用这种方案时效果较好 对于非标准电视信号,如录像机等,其色载波频率会发生小幅漂移,而高精度的色载波对保证色调的严格不失真很重要,此时如果仍然采用无锁相环的解码方案,就会影响画面质量.本文提出了一种在50MHz采样率下,不采用数字锁相环同时又能跟踪非标准电视信号色载波频率漂移的数字视频解码方案.PAL制电视信号的色同步在50MHz采样率下有120个采样点.通过搜索机制获得合适的64个采样点,作乘累加运算以获得所需的两个DFT变换系数,根据频谱校正的原理得到了每行色载波的起始相位 在PAL制中,每场起始处有20行左右的黑电平信号,对其中8行的色载波相位利用相位展开算法展开,用最小二乘法建立线性回归模型进行拟合,获得展开相位的梯度,经过计算得到色载波频率的估计值,接着使用该帧的频率估计值和每行的相位估计值恢复出本地高精度的色载波进行色差信号的解调.文章最后给出了使用从电视信号发生器中采集的数据进行彩色解码的仿真结果.     

高动态场景下GNSS信号自适应载波跟踪算法

相对于城市应用场景,在高速飞行器上搭载的GNSS导航接收机需要承受更大的载波频率动态范围,且测量实时性要求较高,对载波环路的高精度跟踪提出了更高挑战.为此,本文提出了一种自适应载波跟踪算法,在载波跟踪环路中引入模糊控制器,随载波的频率变化自适应调整环路参数,在保证动态适应性的同时提高了测速精度.所提算法利用载波跟踪环路测量值计算模糊控制器的输入变量,采用单输入单输出的Takagi-Sugeno模糊控制模型,实时计算环路滤波器调节系数,具有结构简单且易于实现的特点.本文分别在固定多普勒频率、线性多普勒频率和正弦多普勒频率的场景下进行了分析和仿真.结果表明,所提算法能够在飞行器和接收机间径向运动速度范围±10 km/s,加速度范围±30g,输入载噪比40 dB Hz的条件下,以1 kHz的频率输出径向速度测量值,且测量误差小于3 m/s(1σ).     

数字通信接收机中载波同步的一种算法

提出数字通信接收机中,由2DPSK调制信号还原基带信号,解决好收发载波同步的一种算法.对中频信号(2DPSK)直接采样后,在DSP(数字信号处理器)中用软件完成正交数字下变频,并从产生的信号中估计出收发载波的频差,并经卡尔曼滤波后再结合数字锁相环可还原基带信号,较好地解决载波同步问题,达到载频捕获范围宽、同步跟踪速度快、环路噪声小的特点.     

基于延时相乘和同步数据块累加的GPS捕获算法.doc

对弱信号条件下的捕获技术进行研究。针对延时相乘法当噪声较大时难以捕获到信号,而同步数据块累加需要载波调整信号,结合二者各自的优点提出了一种新的捕获算法。先进行延时相乘,既去除了频率信息,将二维搜索过程转化为两个一维搜索过程;又巧妙的解决了同步数据块累加法存在的问题,达到了载波相位同步。仿真结果表明,该方法能够捕获到信噪比低至-25 dB的GPS信号。     

旋转条件GPS接收信号频率和相位变化分析

针对高旋转弹丸GPS接收机无法正常工作的问题,通过计算和分析高旋转条件GPS接收信号的频率和相位变化,为设计高旋转条件GPS接收机基带算法提供依据. 根据弹丸旋转运动特点和GPS信号的传播特性建立数学模型,对由于旋转引起的GPS接收信号的多普勒频率和相位变化进行计算. 结果表明,在转速为200r/s时,产生的载波最大多普勒频移为300Hz,相位变化为0.6π,这对载波环路跟踪会产生很大影响. 而码多普勒频移和相位变化不大. 计算结果对高旋转条件GPS信号捕获和跟踪算法设计具有重要参考价值.