用于方向回溯天线的Costas环相位共轭电路设计

为实现天线波束的实时自动对准即方向回溯, 提出了一种基于Costas环的相位共轭电路, 同时该相位共轭电路具有解调调制信号的能力, 即实现全双工通信的能力。首先, 利用改进的Costas环结构实现对调制信号的数据解调输出及载波恢复。然后, 采用外差混频结构对已恢复的载波进行相位共轭, 并以此作为发射载波进行信号调制输出, 从而实现阵列天线波束向来波方向自动实时对准, 即实现具有方向回溯能力的全双工通信。最后, 通过仿真对该电路进行功能性验证。结果表明, 该电路在不同输入载噪比条件下, 实现了对四相相移键控调制信号的解调, 相邻射频通道解调信号的同相叠加, 相邻射频通道相干载波信号的相位差共轭, 验证了该相位共轭电路的波束自跟踪和全双工通信能力。     

微波雷达高精度跟踪环路建模与仿真技术研究

针对在微弱信号(低载噪比信号)动态环境为需求背景下某测量雷达中高精度跟踪环路设计的关键问题,重点研究了载波跟踪环路和码跟踪环路的设计及优化方法。提出以单载波作为导频的信号结构,研究了锁频环与锁相环联合工作的环路结构,通过对两种结构的建模分析和仿真验证,指出在微弱信号高动态环境下,锁频串行辅助锁相环的环路组合结构具有更好的性能。对于码跟踪环路,给出了宽、窄相关间距相结合的方案。通过建模解算得出了最小跟踪误差原则下码环的最优环路带宽。仿真验证了上述算法和参数设计的有效性和可靠性。     

符号速率采样条件下的新型复合载波跟踪环

针对低信噪比和符号速率采样条件下的载波同步问题,提出了一种新型的复合载波跟踪环,同时也给出了一种较直观的环路参数确定方法。该载波同步环改进了原有的符号硬判决算法,并通过引入采样速率变换模块使得数字锁频环(frequency-locked loop, FLL)和数字锁相环(phase-locked loop, PLL)工作在不同采样速率条件下,来提高在低信噪比环境中载波频偏和相偏的估计精度。该参数确定方法是在z域中,直接根据闭环系统的稳定性和单位阶跃响应特性来选择最优的参数。仿真结果表明,该参数确定方法具有很好的可行性,且所提出的载波跟踪环在较低信噪比条件下能获得良好的同步性能。     

低信噪比突发信号载波频偏估计算法

快速准确的载波频偏估计在突发信号的相干解调中发挥着至关重要的作用。目前的载波频偏估计算法很难同时兼顾估计精度、信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)门限以及估计范围等指标。针对这一问题,提出了一种数据辅助的基于接收信号自相关序列离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)的载波频偏估计算法。该算法通过对接收信号的自相关进行加窗处理,借助离散傅里叶变换来实现频率估计。仿真结果表明,与经典的M&M算法相比,该算法具有更低的信噪比工作门限,在低信噪比情况下具有更低的差错概率和更宽的估计范围,非常适合低信噪比突发信号的载波频偏估计。     

一种适用于数字调制信号的载波频率估计方法

针对未知调制类型情况下数字调制信号的载波频率估计问题,提出了一种适用于数字调制信号的载波频率估计方法。该方法利用信号的瞬时频率来估计载波频率,并通过定位非微弱信号段和中值滤波有效地抑制了噪声和调制引起的瞬时频率的波动和冲激,来提高估计精度。论述了该方法的基本原理,列出了详细的计算步骤,并给出了仿真结果。仿真结果表明,该方法在信噪比较高的情况下(≥5dB),对于各种数字调制信号,其载波频率估计精度均可接受,适合于工程的实际应用。     

地波综合脉冲孔径雷达的数字频率源设计

针对地波综合脉冲孔径雷达的性能要求,提出采用多个DDS芯片AD9854设计多载频数字频率源,同时产生多个不同载频的线性调频中断连续波(LFMICW)信号,并且每路发射信号的频率和初相可控;研究利用DDS产生LFMICW信号的有效方法;利用FPGA设计多片DDS的控制逻辑并实现与计算机的串行通信协议。测试结果表明,该数字频率源的相位噪声在偏离载波1 Hz处达-92.6 dBc/Hz,满足高频地波雷达进行长时间相干积累对频率源稳定性的要求。     

载波跟踪算法综述

随着GPS软件接收机技术的飞速发展,作为其关键技术之一的载波跟踪算法也取得了长足进展。基于一种典型载波跟踪环的结构,将载波跟踪算法归类为纯载波跟踪算法和有外部辅助载波跟踪算法两大类。其中纯载波跟踪算法的关键技术主要有:环路鉴别算法,环路滤波器的优化设计,基于锁相环和锁频环的混合载波跟踪环的设计,智能降噪技术、智能控制技术、智能估计算法和自适应算法的引入等;外部辅助的载波跟踪算法主要存在于各类组合导航系统中,最典型的就是紧耦合或超紧致耦合组合导航系统中利用惯导测量信息对载波跟踪进行辅助。分析了上述各种技术研究的侧重点及工作原理,总结了各种研究侧重点的特点及优缺点,指出了载波跟踪算法的发展方向。     

岸基GPS海面反射信号提取方法及特性分析

岸基全球定位系统(global positioning system, GPS)海面反射信号特性对GPS反射信号遥感反演具有重要意义,可为系统设计提供重要参数支持。在实验数据的基础上对微弱GPS海面反射信号特征提取方法进行验证和分析,结果显示所采用的提取方法能够有效提取海面反射信号;分析不同积分时间相干积分和非相干积分的性能,结果显示,积分时间在100 ms以上时,相干积分和非相干积分都能有效提取反射信号特征,且两者得到的信噪比基本一致;海面反射的GPS信号符合高斯分布特征,这与已发表文献的结论是不同的;两次连续测量反射信号的功率变化有90%的概率超过6 dB。     

水声通信中差分相干检测及其相位补偿方法

水声通信中的多普勒(Doppler)频移和水声信道的时变性等因素影响着载波跟踪效果,最终使得接收机性能下降.常规差分相干检测技术能为PSK调制提供天然的载波同步但抗码间干扰能力很差且当载波偏移较大时的性能也受到很大影响.针对这一问题,提出了一种自适应差分相干检测算法及其相位补偿方法.该算法将线性均衡器和差分相干检测器有机结合,降低了检测的均方误差并成功地抑制了多径的影响.利用一种新的相位补偿方法对均衡前的信号先进行相位补偿,跟踪信道引起的相位变化,进一步提高了系统抗载波频偏的能力.在实际湖试信道条件下的4DPSK性能仿真表明:在10Km的距离上,应用常规的相干检测算法无法对存在标准频率偏移在0.01以上的情况进行正确检测,但自适应差分相干检测算法经过相位补偿后,处理存在大频偏(标准频率偏移在0.02到0.04之间)的情况时,同样误码率下比原来节省2～4dB的信噪比.     

载波偏置测距仪信号的循环平稳特性

针对L频段数字航空通信系统1(L band digital aeronautical communications system 1, L DACS1)中存在的载波偏置测距仪脉冲干扰信号,首先建立测距仪(distance measure equipment,DME)脉冲信号模型,证明了载波偏置测距仪信号是循环平稳信号;随后理论分析并推导给出其循环自相关函数和循环谱的数学表示;最后仿真验证了载波偏置测距仪信号具有循环平稳特性的正确性。     

Digital implementation and analysis of a high dynamic frequency tracking loop

In the wireless guidance system,the signals that receiver received has obvious Doppler shift for the high dynamic characteristic of the carrier.A new solution of carrier frequency tracking loop with frequency modifying system is put forward.The characteristic of cross product auto frequency control and the second order loop filter in this loop are analyzed.The simulation shows that this loop can accomplish frequency tracking well in high dynamic circumstance.     

多相关器结构GNSS码鉴相器最优化设计

调制信号的抗多径和无模糊跟踪是现代全球导航卫星系统接收机码环设计中需要解决的两个重要问题。提出了一种基于优化算法的码鉴相器设计方法,该方法使用多相关器结构,以组合权值为优化变量,根据无模糊跟踪要求给出了约束条件。以多径包络面积为目标函数建立了非线性最优化问题,提出了一种基于曲线赋形技术的优化初值设置方法。仿真结果表明,与传统的鉴相器相比,所设计的鉴相器具有更好的抗多径性能,且能实现对二进制偏移载波调制信号的无模糊跟踪。     

一种脉冲信号载波频率同步环及FPGA实现

针对脉冲信号载波频率的同步问题,提出一种快速高精度的数字锁频环路.该环路采用改进的相位差分频率估计算法进行快速载波频率粗估计,其信噪比阈值低于Kay法,在信噪比偏低时也能达到Cramer-Rao界.应用数字下变频技术和Kay算法实现载波频率的精确估计.设计实例的仿真结果表明了该环路的有效性,环路可在短时间内完成高精度的载波频率同步.     

基于卡尔曼滤波的锁频环改进算法

为了在树荫下、建筑物内等受遮挡的环境中实现对弱信号的跟踪,需要对传统的载波环路加以改进。提出一种基于卡尔曼滤波的锁频环(frequency lock loop, FLL)改进算法,在传统FLL的鉴频器与环路滤波器中间加入卡尔曼滤波模块,并在环路滤波器和卡尔曼滤波模块之间加入数据处理模块。在相同条件下,分别对传统FLL和改进后FLL进行仿真测试。实验表明,改进后的FLL不仅能跟上信噪比低至-30 dB的信号,且在跟踪精度上也比传统FLL提高很多。     

固定多波束扩频测控信号同步实现技术

针对固定多波束扩频测控信号同步和波束扫描问题,提出了一种快速同步及波束扫描实现方法。该方法通过时分复用结构的部分相关匹配滤波和延迟锁定环,可实现大频偏情况下的快速伪码同步,剥离伪码后的信号经去调制处理后,结合基于快速傅里叶变换的前向频率估计和判决反馈锁频锁相环,实现跟踪阵列波束载波同步及波束切换过程中跟踪阵列波束及切换阵列波束的同时跟踪。仿真结果表明,该实现方法能满足高动态多波束扩频测控信号快速同步、快速扫描和切换过程连续解调的要求。     

基于载噪比模型加权的GNSS双频载波和差联合跟踪算法优化与分析

前期发展的全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)双频载波和差联合跟踪算法存在双频信号载噪比不一致情况下双频信号跟踪稳定度和跟踪精度较差问题,对此提出了优化改进的算法。针对实际应用中共星双频信号存在的信号载噪比不同情况,优化原有双频载波和差联合跟踪环路结构,基于载噪比模型计算GNSS双频信号在双频载波和差联合跟踪环路中的加权值,利用该加权值实现共星双频信号的载波和差联合跟踪。算法理论分析和仿真结果表明,优化后的基于载噪比模型加权的GNSS双频载波联合跟踪算法更加适用于实际应用条件,能够提高原有算法在双频信号载噪比不一致情况下共星双频信号跟踪稳定性和跟踪精度。     

基于子带信号的MPSK载频估计算法

均匀子带技术是宽带信道化中经常采用的数据处理方法。针对均匀子带信道化易造成信号频谱割裂的问题,建立了M进制移相键控(M phase-shift-keying,MPSK)信号子带信道化输出的数学模型。将目标信号的频谱损失转化为码元成型函数的变化,证明子带信号保留了原信号码元成型函数所带来的循环平稳特性,提出了一种新的基于子带信号M次方谱的载频估计算法。该方法无需合并子带就可进行目标信号的参数估计,提高了宽带处理的效率。仿真分析了算法在不同带宽覆盖比和不同信噪比下的估计性能。理论分析和仿真结果证明了算法的有效性和可靠性。     

高动态GPS载波跟踪算法研究

为了寻求更好的高动态GPS载波跟踪解决方案,设计了适于高动态环境的基于参数估计的载波跟踪环路,分析了高动态GPS载波跟踪系统模型,比较了EKF、UKF和PF三种滤波算法的参数估计性能。在此基础上,完成了基于EKF、UKF和PF的载波跟踪环路的设计,并以JPL提出的高动态模型为例进行仿真验证。仿真结果表明,虽然这三种算法均能实现对高动态信号的精确跟踪,但总体而言,基于PF的载波跟踪环路具有更好的动态适应能力。另外,鉴于高动态GPS接收机应用场合的特殊性,又对PF滤波算法在非线性、非高斯GPS载波系统的假设下进行了仿真验证,结果显示了应用粒子滤波算法解决非高斯噪声干扰载波跟踪问题的可行性。