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。     

基于Kalman滤波理论的高动态GPS信号跟踪系统仿真研究

高动态意味着载波多普勒频移变化率较大,实际中真实的高动态信号通常难以采集到,比如在弹载、星载环境下.为了研究高动态GPS信号跟踪问题,首先设计了一种高动态GPS中频数字信号仿真模型,并在此基础上研究了一种基于Kalman滤波理论的高动态信号跟踪技术.信号的模拟和跟踪都是基于Matlab的Simulink环境,仿真结果显示高动态信号模拟理想,应用Kalman滤波理论的高动态跟踪技术跟踪稳定,精度满足要求.     

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。     

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.     

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。     

改进的高动态高灵敏度GPS信号捕获算法

首先介绍弱GPS信号定义和影响因素,指出要想实现弱信号条件下的捕获,必须增加处理增益.要提高增益,就要进行累积,而累积最重要的限制就是导航电文的变化、多谱勒频偏的影响以及非相干累积的平方损失.而高动态又必须考虑累积时间与多普勒补偿的均衡.针对这些因素,指出在弱信号条件下,FFT捕获较传统算法更具有优势.采用差分累积提高累积时间并减轻了非相干累积平方增益损失.半比特搜索法能够估计出导航数据的最佳组合,实现很长时间的相干积分.高动态高灵敏度情况下,还必须考虑补偿码多谱勒的影响.提出一套完整的弱信号处理方案,采用Monter·Carlo方法进行仿真,实验结果验证了该算法的有效性.     

高动态跳频载波跟踪技术

在无人机或导弹等高速运动目标间建立稳定、可靠的通信链路,需要突破高动态下的载波跟踪技术,考虑跳频通信系统的突发传输模式,本文提出基于开环最大似然估计(maximum likelihood estimation,MLE)和扩展卡尔曼滤波跟踪算法的高动态载波信号跟踪技术.通过理论和仿真分析证实了该算法可有效克服传统环路的缺...     

一种基于FFT的高动态GPS信号快速捕获方法

对高动态GPS信号快速捕获问题进行了研究,提出了一种适应高动态环境,捕获时间短的捕获方法。该方法采用多普勒频域串行捕获,时域由FFT代替滑动相关的并行捕获的二维策略,从而大大提高了高动态GPS接收机的信号捕获性能。分析了基于FFT的快速捕获原理和软件实现,并通过对实测的GPS信号的捕获验证了该捕获方法的正确性。     

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。     

基于水平集方法的动态目标跟踪路径最优仿真

两移动平面运动体因有各自的智能控制器,因此当它们在跟踪控制时,双方必然及时根据对方的策略改变各自的控制策略(方向和速度大小),来达到一种真正的双边最优(主动跟踪者最短时间的追上被跟踪者,而被跟踪者最大化时间避免被追上).首先将平面上任意运动体简化成带速度和加速度的质点,然后利用追逃微分对策理论建立起此跟踪路径最优问题的哈密顿-雅可比-贝儿曼偏微分数学模型.对这种双边极值的难点问题,提出一种水平集数值求解方法.并利用水平集的偏微分方程与哈密顿-雅可比-贝儿曼偏微分方程结构相似性得到水平集的速度函数.对一平面上两无人驾驶飞机的动态跟踪双方进行仿真,仿真编程简单,解决了双边极值的求解.     

基于多关联向量机的动态软测量建模

为了估计工业过程中的质量参数,考虑到实际过程中的动态特性,提出一种基于多关联向量机的动态软测量建模方法.对于动态过渡周期内的二次变量数据,根据不同采样时刻划分为多个计算子空间,在每一子空间内采用关联向量机来建立不同时刻的二次变量对主导变量的影响模型.各个子模型的输出采用一个综合关联向量机进行连接,从而建立了基于过渡周期内不同二次变量采样数据的主导变量动态软测量模型.通过实例仿真,结果验证了所提出方法的有效性.     

基于支持向量机的非线性动态系统辨识方法

讨论了辨识一类非线性系统模型的方法。先假设原非线性动态系统可由静态非线性子环节和动态线性子环节串联——H模型来表示。将H模型的非线性方程转换为类线性形式,从而建立线性过渡模型。对原始测量数据进行组合运算获得线性中间模型的训练样本集,并通过支持向量机线性回归算法求取过渡模型参数。最后再建立过渡模型与H模型系数之间的关系,从而反推出非线性模型参数,实现非线性动态系统辨识。仿真结果表明了该方法的有效性。