基于“当前”统计模型的高动态GPS信号跟踪算法

提出了一种新的高动态GPS信号跟踪算法,基于＂当前＂统计模型对载波瞬时相位过程、瞬时频率及瞬时频率变化率过程进行建模;在此基础上,结合系统状态方程为线性而量测方程为非线性的特性,采用简化UKF算法对信号参数进行估计,同时采用EKF和标准UKF滤波算法在同等条件下对信号参数进行估计比对。仿真结果表明对信号参数所建模型能真实反映信号的过程,验证了所建模型的正确性的;简化UKF参数估计结果不仅精度与标准UKF相当且具有较高的运算效率,能更好满足高动态下的实时性需求。

Abstract：

A new high dynamic GPS signal tracking algorithm was proposed.Based on current statistical model,a new model for the GPS signal transitional process was established.Since the system involved a linear state equation and a nonlinear measurement equation,a simple Unscented Kalman Filter （UKF） algorithm was applied to estimation the signal parameters.For comparison purpose,an Extended Kalman Filter （EKF） algorithm and a standard UKF algorithm were also applied to the system to illustrate the effectiveness of the proposed filtering algorithm.Simulation results show that the new model can precisely represent the real signal process,and the simple UKF algorithm achieves high precision comparable to standard UKF with higher operation efficiency.Therefore,the new model and the proposed algorithm can satisfy real time requirement in high dynamic environment.     

基于矢量频率锁定环的高动态GPS信号跟踪

研究了高动态环境下矢量跟踪算法在GPS接收机中的应用,提出了一种适合高动态环境的矢量频率跟踪算法。当接收机存在高动态时,与由其引起的多普勒频率的变化率相比,由卫星运动引起的多普勒频率的变化率非常小,多普勒频率的变化主要由接收机的动态引起。对各个通道来说接收机的速度与加速度等状态信息是共同的,因此利用矢量跟踪的方法从各个通道的量测数据中直接估计接收机的速度、加速度等状态,可以有比通常的标量跟踪更低的跟踪门限,而在相同的载噪比下,可以有比通常的标量跟踪更好的估计精度。给出了一种适合高动态环境的矢量频率锁定环(VFLL)的结构,详细分析了导航滤波器的系统转移方程与量测方程,讨论了导航滤波器的实现。利用非线性估计的方法代替鉴频器提取频率误差,提高矢量跟踪的性能。由于矢量跟踪的性能是与想定相关的,在典型的高动态情景下,根据具体的想定,利用仿真的方法分析了矢量频率锁定环的跟踪性能。仿真结果表明矢量跟踪在高动态环境下可以有比标量跟踪更好的优势,能很好地跟踪GPS接收机的高动态信号。     

基于UKF的高动态GPS信号参数估计研究

为了更好地适应高动态环境给GPS信号接收模型带来的非线性特性,提出了一种基于Unscented卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,简称为UKF)技术的高动态GPS信号参数估计方法。在分析高动态GPS载波相位模型和UKF原理的基础上,设计了高动态UKF估计器,对高动态GPS信号的相位、多普勒频率、频率变化率和频率二阶导数等参数进行了估计。通过仿真分析了该估计器的估计性能,仿真结果表明该方法在高动态环境中可以很好地跟踪GPS接收机动态信号。     

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。     

基于Kalman滤波的企业财务危机动态预警模型

基于Kalman滤波理论,考虑财务比率在时间序列上的趋势性和历史数据对结果的影响,构建了财务危机的动态预警模型。首先对动态系统的状态进行描述,建立目标的状态模型,该模型是以时间序列来描述的,此外还建立了财务危机预警的测量方程,利用状态空间法描述目标的状态和测量。然后对Kal-man滤波理论在财务危机预警中的适用性进行分析,利用Kalman滤波器对财务危机预警模型的状态进行Matlab程序计算。并且应用极大似然估计对模型进行参数辨识。采用英国和爱尔兰180家样本公司,5～10年时间序列的财务数据作实证研究,结果表明,由年度破产概率值输出的基于Kalman滤波的动态模型优于静态预测模型的新方法。     

基于IMM的高动态GPS接收机载波跟踪算法

利用交互式多模型的带宽自适应调整特性实现了高动态与静态环境下通用的GPS信号载波跟踪算法。仿真结果表明,该算法在保证满足高动态GPS信号载波跟踪要求的前提下,降低了静态时的频率跟踪误差,避免了不同动态环境下多个载波跟踪算法及切换方案的设计。     

惯性信息辅助的高动态弱GPS信号快速捕获

通过分析高动态弱GPS信号对捕获的影响,提出了一种惯性信息辅助的快速捕获算法。该算法利用惯性系统的速度估算GPS载波信号的多普勒频移,减小频率搜索范围。同时,通过改进基于快速傅里叶变换（fast Fourier transform, FFT）的相干-非相干积分捕获策略,克服了导航数据位边沿和多普勒速率引起的能量扩散,提高了捕获的灵敏度和速度。最后,对高动态弱GPS信号捕获进行了仿真验证,结果表明该算法仅用300 ms的输入数据就可以有效捕获载噪比为24dB-Hz的GPS信号。     

基于FFT的高动态GPS信号捕获方法优化

针对高动态环境下的GPS接收机对信号捕获速度的要求,提出一种基于小波变换和优化快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)的信号捕获方法。在基带信号预处理阶段,对采样后的中频信号进行小波变换,利用逼近信号完成码相位和多普勒频移的估计,降低基带处理信号的数据率;综合基2FFT、基4FFT和素因子算法(prime factor algorithm, PFA)的优势,对捕获过程中的大量FFT运算进行优化处理,提高运算效率。仿真结果表明,改进处理的基于FFT捕获方法可以有效地缩短捕获时间,改善基带模块性能。     

动态飞行仿真系统高载荷训练研究

介绍了动态飞行仿真系统的总体设计，结合现代军机的高载荷（高G值），飞行特点，详细介绍了高载荷飞行仿真的当前状况，从飞行仿真技术原理方案和载人离心机原理方案出发，采用了实时飞行仿真技术，直接力矩控制技术和交流同步电机驱动主心机的伺服调速体制，实现了高载荷（高G值）模拟飞行训练。     

利用多估计器输出间差异的目标跟踪算法及其仿真

机动目标跟踪的难点在于如何在目标的各种机动情况下都有良好的跟踪性能。本文对目标跟踪的核心问题进行了研究，指出了当前统计模型中的系统方差自适应算法、利用新息的方法和模型切换方法的局限性，并提出了利用多个估计器输出之间的差异来选取合适输出的方法。仿真结果表明，该方法能够从多个估计器输出中选择出合适的输出，对目标的各种机动情况有较好的适应能力，计算量适中。     

GPS接收机载波跟踪技术研究及仿真

MATLAB/Simulink对研究高动态GPS接收机的基带信号处理算法极为有效。通过采用载波辅助码跟踪环技术后,GPS接收机高动态性能的关键是通过载波自动频率跟踪环来实现的。在利用Simulink建立载体高动态模型,重点研究高动态GPS接收机三种载波自动频率跟踪技术的基础上,采用带符号的叉积点积自动频率跟踪环,仿真实现了该算法的跟踪误差、失锁概率与环路带宽、载噪比之间的关系。仿真结果表明,带符号的叉积点积自动频率跟踪环算法解决了叉积自动频率跟踪环受符号位影响及叉积点积自动频率跟踪环鉴频范围减半的问题,并能适用于加速度为10g,加加速度为10g/s的高动态环境。

Abstract：

It is very efficient for studying the baseband signal processing algorithms of the high dynamic GPS receiver with MATLAB/Simulink.The key performance of the high dynamic GPS receiver is achieved by the technology of carrier automatic frequency control after taking carrier assistant code tracking loop.By making use of Simulink to set up the high dynamic model and applying signed cross-product and dot-product automatic control based on the key research about thee kinds of carrier automatic tracking technology of the high dynamic GPS receiver,the simulation on the relationship among the tracking error,the lock-loss probability,loop bandwidth and the carrier noise ratio was achieved.The results show that the signed cross-product and dot-product automatic frequency control has solved the problems that cross-product automatic frequency control is affected by the signed bit and the frequency discrimination range of cross-product and dot-product automatic frequency control could reduce to half,and it can also be applied to the high dynamic environment with the acceleration of 10g and the jerk of 10g/s.     

基于卡尔曼滤波的动态OD矩阵估计

建立了动态OD矩阵估计的状态空间模型,通过对路段车流量和行程时间的检测以估计时变的OD数据,并对其中关键的分配矩阵给出了解析的计算公式.采用扩大状态变量的卡尔曼滤波,得到了OD估计的实时递推算法.仿真实验表明算法非常有效.     

基于MatLab/Simulink的GPS系统仿真

快速可靠的GPS（全球定位系统）系统仿真可对双频GPS接收机的设计、接收算法的研究提供有效的帮助。文中详细介绍了在MatLab／Simulink环境下GPS系统仿真平台构建的基本方法。首先分析了GPS系统的各个环节，说明了各模型在仿真中的实现方法；然后给出了完整的系统仿真框图，并在此平台上实现了GPS L2载波相位跟踪的仿真。结果表明该仿真平台有效、可靠。     

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。     

基于Unscented卡尔曼滤波的超视距目标跟踪

针对大地坐标系下,超视距目标状态方程和量测方程复杂的非线性,提出了一种基于Unscented卡尔曼滤波的超视距目标跟踪。Unscented卡尔曼滤波通过设计少量的σ点,并计算这些σ点经由非线性函数的传播,从而获得滤波值基于非线性系统方程的更新。由于Unscented卡尔曼滤波无需像Extended卡尔曼滤波那样求状态方程和量测方程的雅可比矩阵,给计算带来了极大的方便。数值仿真结果表明,所给出的方法是可行而有效的。