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.     

高动态环境下高灵敏度GPS跟踪环路算法的研究

随着用户对接收机性能要求的不断提高,GNSS接收机在高动态环境下实现高灵敏度、高定位精度的定位性能成为研究的热点。在GNSS接收机中,传统跟踪环路在高动态情况下难以满足用户对定位精度的要求。针对复杂环境下GNSS接收机定位精度不高的问题,提出了高灵敏度GPS跟踪环路算法以改善GPS接收器的定位精度,通过经典超前—滞后延迟锁定环对码延时跟踪,并结合三阶PLL对载波相位跟踪。仿真实验表明:通过对中频信号码相位和载波相位估计,避免了使用传统FLL进行频率估计引起的码延迟效应和近似误差。与传统跟踪环路相比,在动态环境下码跟踪误差明显小于传统跟踪环路。     

锁频环辅助下锁相环的跟踪误差分析

为适应高动态环境,卫星导航接收机采取锁频环辅助锁相环的技术进行载波跟踪.锁相环在锁频环跟踪频率基础上锁定载波相位.现基于经典的二阶锁频环辅助三阶锁相环结构,研究其中的载波相位跟踪误差,包括动态应力误差与热噪声跟踪误差.通过推导,得到了2个误差的计算公式.仿真结果表明,有关载波相位跟踪误差的分析是准确的,有助于之后的载波跟踪环路设计.     

一种GPS/MIMU深组合滤波器算法

研究一种GPS/MIMU超紧组合下的矢量跟踪算法.引入惯导信息计算载波延时来建立中频信号模型,计算C/A码、载波频率和载波相位与伪距、伪距率的关系,构建预滤波器动态模型.引入惯导状态信息和量测信息构建主滤波器模型,形成闭合矢量跟踪环路.仿真结果表明:GPS/MIMU超紧组合下的矢量跟踪算法能够增加同向即时支路数据信号的功率,缩小初始载波相位误差和码相位误差,从而提高载波相位和码相位的鉴别精度;当信号载噪比低至26 dB·Hz时,矢量跟踪环所能跟踪到的码相位和载波相位比标量跟踪环路分别提高了0.14码片和0.15 rad,同向即时支路信号的幅值也提高了2～3倍.     

惯性辅助下高动态高灵敏度GNSS Kalman跟踪环路设计

高动态卫星导航接收机使用宽带宽载波环来获得动态范围,而高灵敏度接收机使用窄带宽载波环来获得更长的积分时间,因此在高动态和弱信号场景中,存在带宽选择的问题。该文引入惯性辅助来消除接收机的动态应力,设计了一种惯性辅助的二阶Kalman跟踪环路。惯性辅助消除了加速度对接收机环路的影响,使接收机工作于准静态场景,允许使用低阶环路来改善瞬态响应,并压缩环路带宽来延长积分时间,抑制噪声影响的同时也改善了载波相位测量精度。采集航迹发生器和卫星信号模拟器输出信号并进行仿真实验。实验结果表明:使用20ms相干积分时间,接收机加速度大于50g的情况下,该环路可以跟踪载噪比为24dB·Hz的弱信号。     

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.     

一种新的有效抑制相位噪声的载波恢复环路

相位噪声对高阶OAM解调器的性能有很大影响,而载波恢复环路与相位噪声密切相关．通过理论分析和性能仿真,优化了载波恢复环路的位置及环路滤波器的参数,使之能有效地抑制相位噪声．将该载波恢复环路应用到DVB—C解调芯片中,芯片测试结果说明该解调芯片抑制相位噪声能力较强,性能上达到了准无误码（QEF）的标准．     

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.     

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).     

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.     

一种Eureka-147数字声音广播系统频率捕获算法

提出了一种新的Eureka-147数字声音广播(DAB)系统的频率捕获算法.该算法采用了基于相邻子载波之间差分检测的频率估计,消除了符号定时误差引起的相移影响,根据频率估计测度的最高值与其左右邻近值关系将粗频率估计分辨率提高到0.5,频率捕获残留的载波频率偏移减少到-0.25～0.25,避免了通常的精频率偏差估计算法在±0.5左右时性能严重恶化的问题.     

短波宽带OFDM系统的一种同步方法

提出了一种适用于短波宽带OFDM系统的联合同步方法.该方法根据Schmidl和Minn的符号定时原理,传输并处理文中构造的PN序列,并且利用该PN序列的相关性来进行同步判决.此PN序列经反傅里叶变换运算以后产生了OFDM符号,可利用该OFDM符号的特点,通过逐点滑动的自相关运算来判得时间同步的最大值,而后通过OFDM符号每部分之间的相位关系来完成整数频偏与小数频偏的估计.这一过程可同时完成定时偏移估计和频率偏移估计.计算机仿真了三种信道模型,结果表明在三种不同信道下,这种方法都可在较低信噪比条件下很好地完成时间同步和载波频率同步.     

MC-CDMA系统载波同步性能分析与仿真

将载波同步误差综合到端到端的系统传递函数中，得到一个等效时变滤波器，进而分析载波同步误差对MC—CDMA系统性能的影响，给出了系统接收信噪比和误码率公式，并对载频偏移、载波相位抖动、时钟频率偏差及定时抖动对系统信噪比下降和比特误码率的影响做了全面、细致的分析与仿真。仿真结果验证了理论分析得出的结论，即MC—CDMA系统对载波同步误差非常敏感。在载波频率偏移或时钟频率偏移作用下，系统性能呈迅速下降趋势，并且严重依赖于载波数量。     

OQPSK调制快速位定时和载波相位捕获算法

在高速数字突发通信中,需要快速、高效地对接收信号的位定时和载波初始相位信息进行估计.针对OQPSK调制的特点,提出一种能够同时进行位定时和载波初始相位捕获的并行算法,与传统的先进行载波恢复,再进行位定时捕获的串行处理相比,同步速度更快,实现结构简单,适于数字化实现.     

一种改进的编码辅助载波同步算法

编码辅助同步算法利用译码软信息迭代更新同步参数,有效地实现了低信噪比环境下的载波同步。针对目前这类算法存在频偏估计范围小且估计精度受限的问题,设计了一种新的迭代载波同步系统,利用译码软信息分别进行去调制和更新误差信号,在通过改进的频偏估计器补偿频偏之后又结合科斯塔斯环(costas loop)进一步修正相偏,使得译码器和同步器均趋于收敛。仿真结果表明,提出的算法能够大幅提高频偏估计范围,且与理想同步译码相比,最大性能损失不超过0.2 dB。     

正交频分复用系统中采用离散导频的频偏估计方法

针对采用正交频分复用(OFDM)调制的欧洲数字电视地面广播系统，提出了采用离散导频的载波频偏估计方法。将接收信号中的离散导频与接收机本地生成的离散导频进行相关运算，由相关峰值的偏移量求得整数倍载波频偏，由相关峰值的相位求得每个符号的绝对相位偏转量，再由相邻两个符号的绝对相位偏转量之差求得单个符号时间间隔内的相位偏转，从而得到小数倍载波频偏。仿真结果表明，与传统的采用连续导频的载波频偏估计方法相比，在高斯白噪声信道和慢衰落信道下，采用离散导频的载波频偏估计方法的性能有明显的提高；在快衰落信道中性能则稍差，但仍然保持在系统性能允许的误差范围之内。将离散导频用于载波频偏估计可以提高系统的频谱利用率。     

可变速率QPSK Modem中码元定时恢复电路的研制

本文介绍了一种利用混合数字锁相环(HDPLL)实现码元定时恢复的新方法。HDPLL中定时误差检测器、环路滤波器是全数字的,而VCXO使用了模拟器件。定时误差检测器从基带眼图中提取定时相位误差。此信号与载波相位信息无关,因而容许码元定时和载波相位恢复操作同时进行。     

基于导频辅助的预编码连续相位调制(CPM)信号精确同步算法

针对连续相位调制(continuous phase modulation,CPM)信号同步问题,提出一种基于导频辅助的位定时与载波同步算法?导频信号由伪随机码构成,采用二进制预编码连续相位调制,在不破坏恒包络特性的基础上同时保留其伪随机特性?利用该导频信号可以实现位定时误差?载波频偏?相偏各参数并行独立估计?算法首先推导出同步头相关函数的闭合表达式;然后利用相关函数的单峰特性,通过搜索第1大和第2大采样值,实现对定时误差?相位误差的精确估计,并利用相位估计值通过差分计算实现对频偏的估计;最后通过计算机仿真,给出了该算法关于定时?相位?频偏估计的抗噪性能和估计范围 ? 结果表明,该算法在加性高斯白噪声信道中具有良好的性能,各同步参数在估计范围内和较低信噪比条件下能够接近修正的克拉美罗(modified Cramer-Rao bound,MCRB)?     

一种新的CPM信号载波同步算法

针对连续相位调制(CPM)信号载波同步中存在的估计精度低、信噪比适应能力弱以及计算复杂度高等问题,提出了一种基于数据辅助的CPM信号载波同步算法。首先分析建立了预编码CPM调制同步系统的数学模型,并据此推导了信号相位估计值的对数似然函数;然后利用后验概率均值实现对载波同步参数的精确估计,同时对算法的相偏估计精度和频偏估计范围进行了理论分析;最后利用蒙特卡罗仿真实验验证了所提算法的有效性。理论分析和仿真结果表明:新算法对CPM信号载波同步精度高,信噪比适应能力强,且能够适用于大频偏环境,同时在计算量上相比EM算法具有一定优势。     

一种适合软件无线电的载波相位和频差估计算法

提出一种适合软件无线电的载波相位和频差估计算法.该算法利用并行方法估计有频差时的载波相位.在此基础上,基于MMSE准则计算载波相位的轨迹,得到频差和初始相位.该算法计算量小,可全数字实现,适用于线性和非线性调制,利用QPSK调制信号进行仿真.结果表明,用该算法可以精确估计载波相位和频差,有效地降低系统的误码率.