北斗三号B1频点卫星导航信号的调制复用及实际接收性能

导航信号结构是卫星导航系统的核心技术之一,也是我国北斗三号卫星导航系统独立建设、自主运行的标志.本文分析了北斗三号B1频点卫星导航信号设计的需求与挑战,详细介绍了为满足北斗三号新一代导航信号性能提升、多样化接收以及与其他导航系统兼容与互操作等方面的迫切需求,我们为北斗三号主用信号B1C提出了一种新型的正交复用二进制载波偏移(Quadrature Multiplexed Binary Offset Carrier,QMBOC)调制技术,以及为解决北斗三号B1频点新旧两代和军民两类导航信号并存的重大技术难题,提出了一种通用的多频多分量导航信号恒包络复用(CEMIC)技术,并通过对北斗三号组网卫星实际播发的信号接收处理与分析,验证了新一代B1频点信号的先进性能.QMBOC调制和CEMIC复用构成了北斗三号B1信号的核心结构,在很大程度上决定了信号的时频域特性、接收性能及发射效率,目前已经部署在北斗三号所有的组网卫星上并开始向全球提供服务,成为北斗三号赶超世界先进水平的重要特征.     

岸基多星多参数北斗GEO反射信号海面风速反演

开展北斗GEO卫星B3I信号岸基近岸海域海面风速反演研究.在GNSS反射信号相干时间和归一化时延波形面积两个观测量的基础上,本文提出了主成分分析和线性无偏最小方差的多星多参数海面风速反演方法.为了验证北斗GEO卫星B3I信号反演海面风速以及所提方法的有效性,在山东东营青东五验潮站开展了外场试验.试验结果表明反射信号的相干时间能够提供比波形面积更好的反演性能;多星多参数的反演结果比单星单参数的更好;线性无偏最小方差能够提供精度为1.15 m/s的最佳反演结果.      

基于FPGA+DSP的北斗信号快速捕获算法设计与实现

为了解决北斗卫星接收机中传统并行频率捕获算法傅里叶变换需要处理的数据量大而影响卫星信号捕获速度的问题,提出了一种基于相干降采样的北斗信号快速捕获算法。利用FPGA+DSP（高速数字信号处理器+现场可编程逻辑门阵列）,在传统的并行频率捕获算法中加入相干降采样模块,当信号进行载波剥离和伪码剥离后,通过降低采样频率的方式减小傅里叶变换需要处理的数据量,再对卫星信号进行三维搜索。结果表明,理论上所提算法计算量减少了80%以上,对实际北斗信号进行捕获时,平均每颗星的捕获时间为9.95 ms,内存资源消耗相比于传统并行频率捕获算法减少了42%。因此,新算法能在节约资源的同时有效提高捕获速度,可为进一步提高软件接收机的捕获性能提供参考。     

卫星导航增强系统中一种天线阵抑制多径方法研究

本文对卫星导航增强终端的天线阵多径抑制方法展开研究,设计多相关器数字接收机结构.天线阵各阵元接收信号数字化后,在导航接收机的每个通道内,相关处理出各阵元接收该通道跟踪卫星的载波相位,进行相干信号二维来波方向估计、数字波束形成,跟踪相应卫星信号,抑制其多径.本文研究分析了立体阵来波方向估计方法,及立体阵估计相干来波方向的去相干方法.电偶极子组成立体天线阵——球体阵,接收相干来波,体积小,结构紧凑.X,Y,Z轴三个线阵分别采用前后向平滑技术去相干,组成去相干后的接收数据相关矩阵,用MUSIC方法估计出相干来波的二维方向,不需要对估计出的来波方向进行匹配.结合卫星直达信号来波方向的导航电文处理结果,确认多径的来波方向.本文仿真中用估计出的卫星直达信号来波方向和多径信号来波方向形成权值,使天线阵波束形成指向卫星直达信号方向,零陷指向多径入射方向,抑制多径干扰.     

基于子空间技术的常规多波束形成抗干扰算法

卫星导航系统(GPS)的很多抗干扰技术是以卫星信号来向估计为基础的,当估计卫星信号来向有困难时,这些算法将失效.提出了一种基于子空间投影的常规多波束抗干扰算法.该方法先进行子空间投影抑制干扰,然后在固定方向上采用常规波束形成方法(CBF)形成多个主波束,最后对每个波束得到的无干扰数据进行捕获及定位解算等.该方法的特点是...     

一种低轨航天器与北斗卫星高精度时间传递方法及其初步试验验证

低轨卫星系统近年来在空间目标探测、手机移动通讯、卫星导航系统增强、载人航天等方面都得到了快速发展和应用.我国载人航天工程近几年取得重大突破,在空间站设计搭载的高精度时频科学实验系统,预计可以建立日稳定度和不确定度在10^-17量级的空间时间频率基准.利用空间站精密时间信号向北斗卫星进行高精度时间传递,可以进一步提升北斗时间系统性能及北斗卫星自主时间维持能力.另一方面,我国北斗三号卫星导航系统具备全球组网星间链路功能,能够实现全星座的高精度定轨和时间同步.本文基于空间站和北斗卫星现有可用资源,提出一种基于双向测量方式的低轨航天器与中高轨卫星高精度时间传递方法.根据低轨航天器运行速度快等特点,给出相对高速运动环境下双向测量链路的运动时延误差修正方法.通过进一步建立仿真模拟平台、搭建真实天地试验场景等方式,对双向时间传递性能进行验证.仿真和试验结果表明,基于双向测量方式的低轨空间站与北斗卫星时间同步精度优于0.3 ns.本文可为实现天基高精度时频传递、空间站精密原子钟授时服务、提升北斗系统自主运行能力等提供理论和工程技术参考.     

一种GPS信号的快速捕获算法研究

利用快速傅立叶变换和反变换（FFT/iFFT）在频域实现循环相关是一种GPSC/A码快速捕获的有效方法,可以将时烦二维的联合滑动相关搜索转化为一维频域搜索,实现了伪码的并行搜索,可以有效地缩短GPS信号的捕获时间.同时,本文针对弱信号捕获提出了相干累积和非相干累积的方法,并给出了试验结果.     

基于分段FFT的脉冲伪卫星信号捕获方法

建立了脉冲伪卫星信号捕获模型,并针对传统的饱和接收方法无法适应脉冲伪卫星组网应用下信号接收的问题,提出一种基于分段快速傅里叶变换(FFT)的脉冲信号捕获方法. 该方法是一种串并行结合的捕获方法,既保证了捕获概率,又能极大地降低捕获时间. 对分段FFT捕获方法和串行捕获方法的捕获时间进行了比较,研究了FFT方法在不同分段策略下的捕获性能,并针对脉冲截断问题提出了脉冲截断检测算法和分段调整方法. 仿真验证了该方法的有效性.     

无源北斗探空测风系统误差分析

为了分析无源北斗探空测风系统的误差,研究减小其测风误差的方法,从分析"北斗一号"无源定位接收机测距定位误差入手,分析了"北斗一号"无源定位的误差来源.对与卫星、卫星信号传播、气压计算高度和接收机有关的误差这4个影响伪距测量精度的因子进行了研究,分析了其误差性质和提高伪距测量精度的方法.试验表明,"北斗一号"无源定位误差小于100 m,则"北斗一号"探空测风系统误差小于2 m/s.     

基于多约束波束形成的伪卫星远近效应抑制方法

提出一种基于多约束波束形成的伪卫星远近效应抑制方法(CLCMV),通过约束优化伪卫星的波束方向,对伪卫星信号功率强度进行抑制,使得伪卫星信号功率与真实导航信号强度一致,数字仿真和性能分析验证了这种方法的有效性。     

基于FPGA的GPS信号频域捕获算法设计及其实现

GPS信号捕获是GPS接收机的关键技术,针对常用的GPS接收机中采用的串行滑动相关捕获技术速度慢的缺点,设计了基于FPGA的频域快速捕获算法.与传统的时域相关捕获算法相比,采用FFT技术的频域捕获算法可以快速捕获到多普勒频移及C/A码相位延时.同时使用了系统级建模工具System Generator设计快速捕获算法的FPGA硬件方案,并采用时分复用的方式使每次相关运算共用一个FFT核,节省了大量的硬件资源.     

Costas序列短波MFSK通信时频联合同步方法

针对低信噪比与强多径传播导致短波MFSK信号捕获困难、同步精度低的问题，提出一种基于Costas序列的短波MFSK信号时频联合同步方法。利用Costas序列二维图案优异的自相关特性进行信号检测与同步，将传统的滑动窗口法由时域扩展到时频域，同步获得时间和频率的估计值;为了降低计算量，给出了频偏与时延的精估计方法。仿真结果表明，与传统伪随机码(PN码)同步方法相比，提出的方法具有更好的抗噪声和抗频偏性能。在信号带宽为50 Hz、同步序列长度为1.28 s的ITU-R中纬度短波信道上，该同步方法能够达到98%的捕获率，虚警概率低于10^-2;时间同步误差低于12 ms;频率估计误差低于1 Hz。     

调制跳变系统同步捕获方法及性能分析

调制跳变技术是一种以伪随机方式控制调制方式跳变,通过缩短每种调制方式持续时间对抗调制识别的新型抗截获技术.为实现调制跳变信号有效、快速捕获,提出了匹配相关双驻留并行捕获方法,并对其性能进行了分析.该方法通过对调制标识码进行匹配相关实现调制识别,采用双驻留并行方式进行同步捕获,确保了低信噪比、小样本数据条件下的捕获性能.分析结果表明:AWGN信道下该方法具有较好的信号识别性能以及较短的平均捕获时间,但瑞利衰落信道下性能相对较差,此时采用基于RAKE接收的匹配相关法将有效改善双驻留并行捕获的性能.     

一种直接序列扩频系统的大频偏二次捕获算法

研究多普勒频偏大于码元速率的扩频信号捕获问题和大频偏估计的模糊问题,提出了一种扩频系统的大频偏二次捕获算法,并提出了二次捕获概念.该算法采用时频并行搜索的大频偏估计完成频偏预估计和补偿,将准基带信号的频偏预估解扩值进行预处理后构造相邻频点,并依据该频点对输入信号进行二次捕获消除频偏粗估计的频点模糊,完成大频偏下的正确捕获输出原始数据信息.仿真和实测结果表明,该算法采用时频并行搜索的大频偏预估计、FFT细频偏估计与二次捕获相结合的方法可以有效缩短二次捕获的时间,满足大频偏下载波快速同步要求,提高了低信噪比通信环境下的捕获概率,算法实现简单、灵活,频偏估计精度高.     

MBOC信号捕获算法性能分析

现代化的GPS和Galileo系统在L1/E1频点增加使用MBOC调制的民用信号。MBOC调制相比BOC(1,1)增加了BOC(6,1)分量,增加高频分量可以提高信号的伪码测量精度和多径抑制性能,但同时也提高了信号捕获的复杂度。文中介绍了MBOC信号3种常用的捕获算法,并从硬件资源和检测性能两方面比较其性能,结果表明窄带匹配滤波捕获算法以损失部分能量为代价,极大降低了实现复杂度。     

基于点互信息的全局词向量模型

提出了一种基于点互信息的全局词向量训练模型。该模型为了避免GloVe词向量模型中使用条件概率刻画词语关系时所产生的缺点,使用了另一种相关信息——联合概率与边际概率乘积的比值——来刻画词语间的关系。为了验证模型的有效性,在相同条件下,利用GloVe模型和我们的模型训练词向量,然后使用这2种词向量分别进行了word analogy以及similarity的实验。实验表明,模型的准确率在word analogy的Semantic问题中比GloVe模型表现更好,分别在100维、200维、300维的词向量实验中,准确率提升了10.50%、4.43%、1.02%,而在similarity的实验中,模型准确率提升也达5%~6%。结果表明,模型可以更有效地捕捉词语的语义。     

声发射信号的激光检测和分析

泄漏信号可以看成一种声发射源,通过传感器对它进行采集和分析可以获取泄漏的特点。提出采用激光传感器(激光测振仪)和信号采集系统,通过非接触方式采集用来模拟压力容器的易拉罐的泄漏信号,对采集到的信号进行短时傅立叶变换得到泄漏的特征。实验结果表明激光传感器对泄漏信号进行检测是可行的。     

基于PCO+FFT的B1C导航信号捕获算法

为了对采用BOC调制的B1C导航信号进行捕获,提出了基于PCO+FFT的导航信号捕获算法。首先,在深入分析B1C信号特点的基础上,对分段长度和FFT点数进行选择;其次,从相干积分增益、非相关积分增益、多普勒测频范围与测频分辨率、检测概率等几个方面对该算法进行了深入地推导;再次,给出基于新算法的FPGA实现方案;最后,通过仿真验证算法的有效性。在FPGA硬件平台上进行实测的结果显示了方案的正确性。将副载波剥离的方式以及基于状态机的控制核心的实现思路可为导航信号捕获算法的改进提供参考。     

基于非下采样contourlet变换的压缩感知图像重建

受传统采样定理限制,直接从信号采集系统得到高分辨率图像较困难,且信号获取过程会导致大量的采样数据.压缩感知理论指出可用特定测量矩阵将高维信号投影到低维空间上,求解数值优化问题准确重构原始信号,突破了传统采样定理的限制.传统压缩感知图像重建算法对所有系数测量,需进行多层小波变换保证图像质量,且小波捕捉方向信息有限,重建图像质量较差.故此提出采用非下采样contourlet变换(NSCT)做信号稀疏变换,并针对变换系数的特点,选择性的对系数测量,利用正交匹配追踪算法进行重构.实验结果表明,仅用单层NSCT变换可重建出高质量图像,克服传统算法需进行多层小波变换的缺点,降低采样和存储的数据量且重建的图像质量得到极大提升.     

浮点数字信号处理器Data-RAM的RTL模型设计

提出了一种双精度浮点数字信号处理器Data-RAM的RTL模型设计方法.分析了Data-RAM的结构和访问机制,采用自顶向下的方法和VHDL语言,实现了Data-RAM 的RTL模型设计并验证了其功能的正确性.该模型支持3地址独立进行数据存取,支持字节、半字、字的读写访问和双字的读访问.在访问地址不冲突的前提下,最大可以在同一时钟周期进行2次64 bit的读操作和1次32 bit读写操作.Data-RAM的RTL模型设计为门级和物理级的性能设计提供了参考.