分析非线性效应对BOC调制信号的影响

由于卫星上高功率放大器的非线性效应,使带宽受限的二进偏移载波（BOC）调制信号失真加剧,这将影响导航信号的功率谱和码跟踪误差．针对这个问题,本文首先建立分析导航信号非线性失真的一般模型,提出利用带外功率损耗,相关损耗和鉴别器曲线过零点的偏移量来评4bBOC调削信号受到的影响,并以正弦相位的BOC（1,1）和BOC（10,5）信号为例,分析带宽限制和非线性效应带来的联合影响。     

GPS L5信号双分量联合跟踪

GPS Block-IIF卫星发射的L5信号为许多新的GPS应用敞开了大门.本文探讨不同的L5信号跟踪策略,包括单导频跟踪、单数据跟踪和双分量联合跟踪;着重研究联合跟踪方式下3种不同组合方法的跟踪门限和跟踪精度,并基于所仿真的数字中频信号的跟踪结果进行了测试和评估.结果表明,对于载波跟踪,相关器输出组合方式跟踪精度最高,但是其跟踪门限介于单数据分量跟踪和单导频分量跟踪之间;对于码跟踪,滤波器输出组合方式只有在低信噪比时其跟踪精度才会略优于相关器输出组合方式,但是其接收机实现上需要用到双倍的码鉴别器和滤波器,复杂度稍高.文中对于所采集的SVN62信号的处理结果同样证明了这些结论.     

单频干扰下卫星导航信号的码跟踪性能评估

基于伪码为离散频谱推导了单频干扰下码跟踪误差的解析式,提出将鉴别器曲线的最大偏移量作为码跟踪性能的评价标准,对不同卫星导航信号的码跟踪误差进行仿真.仿真结果表明:GPSL1信号的部分卫星更易受到单频干扰的影响;采用BOC(1,1)赋形和MBOC(6,1,1/11)赋形的卫星导航信号受单频干扰的影响大于采用矩形赋形的;采用窄相关技术可以减小单频干扰对信号码跟踪性能的影响.     

GPS/INS超紧组合导航滤波器的优化设计

在极高动态条件下,GPS （global positioning system）接收机即使采用基带信号预处理技术,也无法精确地估计载波频率.而各通道的跟踪误差会通过传统导航滤波器相互耦合,并最终导致GPS/INS （inertial navigation system）超紧组合系统的崩溃.为解决这一问题,对伪距率跟踪误差建模,并将其扩充为导航滤波器状态量.但此时扩维导航滤波器维数过高,因此又通过星间单差和两阶段Kalman滤波对该滤波器进行了降维处理,从而在不损失导航精度的前提下,大幅降低了系统的计算复杂度.最后,以某次火箭弹试射时所遥测的惯性器件输出值为基础,通过半实物仿真验证了新型导航滤波器的有效性.      

基于改进码环鉴别器的航天器间多径抑制方法

针对现有多径抑制方法在航天器间测距系统短时延多径场景下性能下降的问题,提出了一种基于改进码环鉴别器的多径抑制方法.通过对短时延多径情况下的超前、滞后和对准相关器进行分析,定义了一种改进的对准支路.所设计的鉴别器通过比较改进的对准支路相关值和滞后支路相关值,保证了当本地估计码相位与直达信号码相位同步时鉴别器输出为零,克服了传统鉴别器过零点偏移的缺陷.通过理论分析和仿真,证实改进的码环鉴别器的短时延多径抑制性能优于现有的多径抑制方法的,提高了航天器间测距场景下接收机的测距精度.     

基于双卡尔曼滤波及贝叶斯估计的微弱GPS信号跟踪方法

提出了一种基于卡尔曼滤波的平方根算法以及贝叶斯估计理论的微弱GPS信号跟踪方法.采用2个耦合的扩展卡尔曼滤波器,即双卡尔曼滤波器来完成码跟踪和载波跟踪,同时,减少信号累加积分时间,以降低运算复杂度而提高收敛速度;采用基于贝叶斯估计理论的未知导航信息位处理方法,以降低在信号微弱的情况下未知导航位所带来的不利影响.仿真结果表明,利用该方法可以精确跟踪载噪比低至19 dB-Hz的微弱GPS信号.     

极低信噪比高动态信号的载波跟踪锁频环鉴别器

提出一种新的锁频环(FLL)鉴别器设计思路.在回波信号多普勒变化率较小的前提下,将正交解调后的差信号视为线性调频(LFM)信号,同时提取其起始频率和频率变化率作为FLL误差控制量,增强了FLL容忍高动态信号的能力. FFT鉴别算法和点积叉积鉴频算法在频率跟踪的不同阶段相互配合构成鉴别器,既获得了宽的鉴别范围又获得了高的鉴别精度. 针对极低信噪比情况下偶发鉴别野值的问题,提出了行之有效且实现简单的野值识别与剔除算法. 仿真结果表明上述思路可行,采用该鉴别器的FLL在信噪比低至-40 dB时能够容忍较高动态变化,且频率跟踪精度达0.2 Hz.     

针对BOC信号的低复杂度无模糊跟踪技术

针对正弦相位二进制偏移载波(BOC)信号的伪码同步问题,提出了一种低复杂度的无模糊跟踪方法.该方法通过设计特殊的本地参考辅助信号,将其与接收到的BOC信号相关,得到的互相关函数与BOC信号的自相关函数相结合,从而构建出一种新的非相干码鉴别器函数.该鉴别器函数只有一个锁定点,可以实现稳定的无模糊跟踪.区别于传统的超前减滞后无模糊方法,该方法只需要即时支路相关器的输出,可以减少至少3/4的相关器,显著降低接收设备的复杂度.理论分析和仿真结果表明:本方法的跟踪精度介于类二进制相移键控(BPSK-LIKE)方法和峰跳(BJ)方法之间,同时也表现出较好的跟踪稳健性.     

零幅相误差跟踪控制器

非最小相位系统的不稳定零点给前馈控制器的设计带来了很大的困难。零相位误差跟踪控制器 (ZPETC)的提出部分地解决了这一问题。为了进一步提高跟踪精度 ,减小幅值误差 ,提出了调幅滤波器 ,与 ZPETC串联构成零幅相误差跟踪控制器。理论上可以实现理想跟踪控制 ,即输出可以完全复现输入信号。仿真结果表明 ,该前馈控制器可以精确跟踪方波输入信号     

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.     

GBAS中相位平滑伪距差分修正改进算法

针对卫星导航精度问题,提出一种载波相位平滑伪距差分修正算法的改进方案.通过无码载偏离平滑滤波技术来解决电离层对伪距和载波相位观测值带来的不一致性导致的电离层误差加剧问题.利用信号传播中误差模型预测值、载波信号和码伪距确定滤波器的衰减因子,把接收到的双频载波信号相位值和伪距值线性组合,输入滤波器滤波.同时用卫星修正信息对平滑伪距值中钟差进行修正.仿真结果表明通过该算法能够减少滤波后的信号残差,提高载波相位平滑伪距差分修正值标准差的可用性,减少电离层误差对星基导航精密进近阶段定位精度的影响.     

数字伪码跟踪环中的野值剔除新方法

针对伪码跟踪环中由于相位误差鉴别结果出现野值而导致跟踪性能下降的问题,提出了一种野值剔除方法. 该方法根据伪码跟踪环中鉴别器的鉴别范围及环路的跟踪状态,调节野值剔除门限. 与常规伪码跟踪环相比,采用该方法的环路具有更高的跟踪精度和抗干扰能力. 仿真结果表明,设计方法通过有效剔除环路鉴别器输出的野值,提高了伪码跟踪环的跟踪精度和稳定性.     

卫星导航MSK扩频调制及跟踪技术研究

针对基于最小频移键控（MSK）扩频调制的卫星导航信号的跟踪问题,建立了通用的MSK调制的信号功率谱密度模型,分析了基于MSK调制的二进制偏移载波（MSK-BOC）信号的跟踪模糊现象,提出了一种基于本地码余弦脉冲成形的稳定的MSK-BOC（n,n）卫星导航信号无模糊跟踪方法,仿真并论证了使用该方法的MSK-BOC（n,n）信号的无模糊码跟踪误差和多径误差包络. 分析结果表明,该方法可以完全消除MSK-BOC（n,n）信号的跟踪模糊现象,简化跟踪环路的软硬件设计,并保证较好的跟踪精度.      

卫星导航接收机定点环路跟踪精度研究

针对浮点与普通定点环路控制在运算量和资源占用方面的问题,基于对卫星导航接收机传统信号跟踪方法及精度的研究,提出了一种改进的定点环路控制方法,并分别从鉴相器量化误差、滤波器系数近似以及滤波器运算误差3方面,对其相对于浮点环路控制的跟踪精度损失进行了理论分析和实测验证.实测结果验证了误差分析的正确性.     

基于kalman滤波的智能小车GPS轨迹跟踪

在满足线性高斯模型下,kalman滤波能够对目标状态进行最优化估计并能得到理想的跟踪效果。GPS导航卫星中信号被人为加入了高频振荡随机干扰信号后,可看成是GPS定位的观测噪声,会对卫星信号产生较高频率的抖动,从而影响智能小车轨迹跟踪的精度。通过建立系统状态方程,在matlab环境下建立仿真模型,对GPS轨迹跟踪中小车速度及位置的观测信号进行了kalman滤波,结果显示Kalman滤波比较明显地降低了干扰噪声的影响,提升了智能小车GPS跟踪的稳定性。     

借助Z变换和零极点设计数字陷波器

滤波器的设计,实质上是数学逼近理论的应用.通过计算让物理可实现的实际滤波器频率特性逼近理想的或给定的频率特性,以达到去除干扰提取有用信号的目的.借助Z变换和零极点来设计滤波器就是利用离散时间系统中Z变换和对该系统中零点和极点的分析来设计滤波器.借助Z变换和零极点对滤波器频率特性的分析,设计了一个实际的数字陷波器并用MATLAB语言进行了仿真实现.     

预失真系统的采样率和滤波器带宽的设计

给出了预失真系统中信号源采样率和滤波器带宽的合理设计方法.考虑到腔体滤波器能较好地滤除射频信号的高阶互调分量,预失真信号通常只需补偿功放的3阶互调失真,因此3阶互调分量应尽可能少地有混叠、有损失送至功放.根据奈奎斯特定理,应对信号源进行3～4倍过采样,带通滤波器的带宽应取3～4倍过采样对应的带宽.仿真结果表明,设计方法合理,能以较低的计算复杂度和硬件成本获得良好的线性化性能.     

目标跟踪的尺度参数优化研究

鲁棒的尺度判别一直是视频目标跟踪领域中一个富有挑战性的问题.现有的算法在处理复杂图像序列的尺度变化问题时,跟踪速度和精度方面都还有待提升.本文构建两个相关滤波器,加入尺度变换,对目标跟踪的尺度参数进行优化,以提升跟踪速度和精度.首先,构建一维和二维相关滤波器,其中二维位置滤波器实现目标的跟踪以确定目标的位置,一维尺度滤波器对尺度变换进行初步计算得到目标的尺度.然后,组合一维和二维相关滤波器形成三维滤波器,实现最终的目标定位;最后,分析尺度因子参数的取值对跟踪中的速度、中心位置偏移、位置精度和重叠精度的影响.在OTB-2015数据集进行实验,获得了目标跟踪尺度参数的优化取值.     

四旋翼无人机的参数辨识方法

研究了四旋翼无人机的参数辨识问题,建立了 6自由度的四旋翼无人机的动力学模型,运用递推最小二乘法进行模型的参数辨识,并引入互补滤波器处理噪声,引入跟踪微分器观测输出信号的微分信号,从而提高参数辨识的精度.仿真结果表明,互补滤波器对来源不同的、分别带有高频和低频噪声的信号有良好的滤波效果,参数辨识的精度也是令人满意的.     

基于平方根卡尔曼滤波的微弱GPS信号跟踪方法

针对全球定位系统(GPS)的微弱信号跟踪容易失锁问题,提出一种新的跟踪方法.利用平方根卡尔曼滤波算法,在运算过程中运用误差协方差矩阵的平方根形式进行迭代,有效减小了舍入误差带来的影响.提出了一种新的GPS信号跟踪测量模型,在连续积分的基础上,加入了非连续积分过程,通过有效处理,避免了导航信息位翻转对信号相关运算产生的影响.仿真结果表明,新方法可跟踪载噪比低至17 dB-Hz的微弱GPS信号.