一种GNSS信号跟踪环路频相直调控制算法

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机信号跟踪环路正确地锁定导航信号的频率、相位是提取测量值以及导航星历的基础。传统的接收机跟踪环路采用调整频率的方式来调整相位,不能及时消除跟踪误差,并且在弱信号条件下容易受到噪声影响,难以对信号进行精确跟踪。针对这一问题,提出了一种基于非相干预滤波器的频相直调环路控制算法,采用非相干预滤波器提取跟踪误差,并且在本地信号生成阶段直接将载波相位差、载波频率差、码相位差进行消除。实验表明,与传统环路相比,频相直调算法对载波相位、码相位迁入速度分别提高了90%和95%,高动态、弱信号下多普勒估计精度分别提高了69.25%和61.37%,并且频相直调算法能够有效抑制环路参数调整、载体突然机动对载波相位锁定带来的扰动。     

卫星导航基带二次载波剥离跟踪技术

针对现代卫星导航接收机及OEM板低功耗、待机长等需求,本文提出一种卫星导航基带二次载波剥离跟踪技术。首先剥离原始中频,然后对残余载波进行跟踪。该技术可大幅度降低基带数据速率,减小数据量,在FPGA上实现时,复用单个跟踪通道即可完成对16颗卫星信号的实时跟踪。实验结果表明,二次载波剥离跟踪技术较传统跟踪技术节省了30%的硬件资源,且可达到以下性能指标:跟踪灵敏度-139d Bm,伪距测量精度0.5m,载波相位精度0.01m。     

大多普勒频偏SOQPSK信号FFT引导COSTAS环载波跟踪技术

SOQPSK信号包络恒定、相位连续,拥有很高的功率、频谱效率,在卫星通信、深空通信、航空遥测等系统中具有广泛的应用前景.为保证SOQPSK信号能够适应上述系统较大的载波多普勒平移,本文提出一种FFT引导COSTAS环的SOQPSK信号载波跟踪技术.算法首先利用FFT粗略估计多普勒频率,将载波频偏牵引至较小的误差范围,再利用改进的COSTAS环跟踪载波残差及相位误差,进而实现了对大频偏SOQPSK信号载波的稳态跟踪.仿真结果表明,本文所提算法不仅能够跟踪大频偏载波,而且在小频偏时性能亦优于传统方法.     

基于VC++的GPS软件接收机设计

由于GPS软件接收机具有需要硬件资源极少、可移植性强、开发新算法成本低等诸多优点,成为了新一代GPS接收机研制的热点.完成了基于快速傅里叶变换(FFT)算法的卫星信号的捕获算法、基于混合载波跟踪环的载波跟踪和码跟踪算法、卫星星历数据的提取及卫星状态解算算法和伪距测量算法等算法的仿真验证,介绍了基于VC++的GPS软件接收机的设计方法和过程.该软件接收机可以输出各个通道跟踪到卫星信号的载波频率、伪码频率及伪距,卫星星历及卫星状态,接收机的位置、速度信息以及各种DOP值等诸多信息.最后,给出了所开发的GPS软件接收机在实际GPS数字中频信号下的定位结果.结果表明,该软件接收机的定位误差在20 m以内.该GPS软件接收机系统采用纯软件的方法实现了硬件GPS接收机数字中频信号后的所有功能,算法修改灵活,可为进一步研究GPS接收机的各种算法提供一种方便快捷的仿真平台.     

通用载波恢复算法研究及FPGA实现

阐述了通用载波恢复环实现16QAM信号的载波恢复算法及该算法在FPGA上的工程实现。详细介绍了通用载波恢复环的工作原理,并利用System Generator对其进行建模与仿真。仿真结果表明,该环路能够轻松地实现高速解调信号的基带处理,准确的对载波频率、载波相位进行同步,保证了良好的稳态跟踪性能,而且信道噪声对载波同步的影响较小。     

一种适用于突发16APSK信号的载波同步算法

为了实现突发16APSK信号载波同步,介绍了信号模型,给出了开环载波同步算法,分析了开环载波频偏估计和载波初始相位估计,介绍了闭环载波同步算法,重点介绍了载波相位误差提取和闭环载波跟踪。通过载波同步仿真分析了开环频偏和初始相位估计及闭环开环联合算法的性能,验证了其适用于突发16APSK载波同步。     

一种新型结构数字载波跟踪环及其Z域稳态性能分析

 提出一种具有串联环路结构的新型数字载波跟踪环,以解决极低载噪比下高动态载波信号的跟踪问题.在输入纯载波信号时,通过建立Z域全相位模型,对新型载波环稳态性能和稳定条件进行了理论推导,得到稳态相差和稳定条件与环路参数间的解析式.理论分析表明,该新型载波环的动态跟踪能力等价于高阶锁相环,且稳定条件比后者更容易满足.仿真结果验证了上述结论.所得结论可用于评估接收机载波跟踪性能及指导环路设计,并为设计高阶锁相环提供了一种新思路.     

一种基于FPLL的载波跟踪算法

介绍了一种基于锁频锁相环(FPLL)的载波跟踪算法.频率跟踪模块可以适应较大动态范围的频率变化,基于软件的数控振荡器(NCO)模块可以达到极高的频率跟踪精度.由于有锁频环的频率牵引,锁相环路滤波器可以设计得很窄,具有很好的抑噪性能,满足精确跟踪载波相位的要求.因此,该基于FPLL的载波跟踪算法可以适应信号存在较大的动态范围和噪声干扰的应用环境;同时,其鉴频鉴相算法表达式简单,易于用可编程数字器件实现.     

一种适用于16QAM的自适应阈值载波锁定检测算法

为避免传统16阶正交幅度调制(16-Quardrature Amplitude Modulation,16QAM)载波锁定指示锁定阈值受输入信号电平的影响,提出了一种基于归一化信号高阶矩的16QAM载波锁定检测算法。针对传统基于固定阈值的检测算法在数据不满足均匀分布时失效的情况,提出了一种基于输入数据统计特性的自适应阈值载波锁定检测算法。实验结果和工程应用结果表明,所提出的自适应门限能更好地适应不同数据下的载波锁定检测。该方法已经在某卫星对接试验中得到了应用验证,取得了满意的效果。     

一种基于数字重采样的多载波调制方法

提出一种基于数字重采样的多载波调制方法,该方法先将不同速率的基带调制信号变换到相同的采样速率,并根据分配的频点分别进行数字上变频,然后进行数字合路,最后再将合路后的数字信号送专用芯片进行数字中频调制。与传统的基于中频合路的多载波调制方式相比,具有硬件实现简单、通道一致性好和易于调试的特点。     

Analysis of a satellite antenna tracking loop driven by BPSK modulated signals

The subject of this paper is an antenna tracking system used to maintain an antenna on board a geosynchronous (GEO) satellite, pointed towards a low earth orbit (LEO) satellite. The tracking system uses the BPSK modulated signals transmitted from the LEO satellite. The signal is received by an electronically switched antenna beam. A suitable processing of the received signal level then generates an error voltage which drives a tracking loop. The measurement of the received signal level is implemented by a power detector. Analysis of the antenna tracking algorithm is carried out and the performance is given in terms of linearized mean-square tracking error. The mean-square tracking error is related to the antenna beam parameters, to the closed loop bandwidth and to the statistics of the power measurement process. In particular, it is shown that a key parameter for the tracking loop performance is the signal-to-noise ratio (SNR) at the power detector output, which is inversely proportional to the variance of the pointing error, and a theory has been developed to find an accurate expression for the SNR. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

星座组网中直扩信号快速同步改进算法

基于直扩体制的时分多址(TDMA)卫星星座组网,信号帧前导段长度越短、净荷长度越长,数据传输的效率就越高.但是,直扩体制信号帧前导段长度越短意味着接收信号捕获增益就越低,捕获概率就越低.另外,前导段长度越短要求锁相环信号跟踪收敛速度越快.星座组网整网数据传输效率受到卫星信号同步算法性能的制约.为了提高直扩信号同步算法的性能,从捕获与跟踪两个部分对同步算法进行了改进,提出了一种直扩信号快速同步改进算法.针对捕获部分,分析了前置低通滤波器带宽对扩频信号的自相关函数的影响,通过选择滤波器参数在保证相关主峰无明显恶化情况下提升1/4码片偏差相关峰能量1 dB以上.针对跟踪部分,提出了一种调整闭环控制系统的零极点分布优化锁相环时域响应的锁相环设计方法,给出了基于控制理论优化锁相环闭环系统的零极点分布的四点原则,利用该方法设计的锁相环能大大降低信号跟踪的收敛时间.仿真结果表明,所提改进算法与传统同步方法相比能有效提高信号的捕获概率,加快信号跟踪的收敛速度,明显减少信号的同步时间.     

基于TDOA/FDOA相位条纹的高精度GPS信号跟踪方法

针对传统GPS接收机跟踪环路结构复杂,以及在低信噪比(SNR)、高动态条件下跟踪性能较差的问题,该文提出一种基于相位条纹斜率检测的跟踪新方法。通过采用到达时差(TDOA)的频域相位测量伪码时延,到达频差(FDOA)的时域相位测量载波多普勒频偏。该方法降低了环路实现的复杂度,同时提高了跟踪精度。仿真结果验证了该方法的有效性和稳定性,在载噪比为32 dB-Hz时,相比传统方法,基于TDOA/FDOA相位条纹法的码相位测量精度提高了60%,载波多普勒测量精度提高了31%,且在高动态环境中也能实现精确跟踪,对改善GPS接收机跟踪性能具有研究意义。     

全新卫星双向时间比对调制解调器设计

卫星双向时间频率传递是目前被广泛应用的远距离高精度时间频率量值传递方法,其核心组成设备是双向时间比对调制解调器.文章介绍了由北京无线电计量测试研究所研制的卫星双向时间比对调制解调器,该设备采用直接序列扩频(DSSS)和二进制相移键控(BPSK)方式完成时间信号的调制,采用快速傅里叶变换(FFT)算法实现对信号的快速搜索和捕获;利用二阶锁频辅助三阶锁相环路达到动态性能和跟踪精度的平衡;采用二阶延迟锁定环(DLL)来实现对码相位的精密跟踪和测量.采用两个1.2m口径天线的双向比对地球站进行短基线卫星双向时间比对试验,试验结果表明当系统工作在2.5MChip/s码速率时,该调制解调器的时间比对精度(标准偏差(1σ))能够达到0.13ns.     

基于IMM-EKF的高动态“北斗”导航信号频率估计算法

高动态环境下的"北斗"导航信号含有较大的多普勒频率及其变化率,传统锁相环(PLL)在跟踪时难以保证较高的跟踪精度.在分析高动态环境下"北斗"信号模型的基础上,提出了一种基于交互式多模型-扩展卡尔曼滤波(IMM-EKF)的自适应滤波算法,对载波相位及其高阶分量进行估计.IMM-EKF采用多个跟踪模型来解决滤波过程中单个模型不准确的问题,并结合改进的Sage-Husa自适应算法,在线估计和修正过程噪声及测量噪声的统计特性,增强了滤波的稳定性.仿真结果表明,IMM-EKF相比于PLL和EKF,估计精度更高,算法稳定性更强.     

GPS卫星捕捉及跟踪算法研究

为了能完成卫星定位,需要对卫星信号进行捕获、追踪。文中针对带有C/A码的L1频段的GPS信号进行定位研究,捕获能从接收的信号中粗略地估算出可见卫星的信号参数,用于帮助接收机初始化跟踪环路,并开始跟踪信号。码跟踪和载波跟踪模块则将这些参数细化,跟踪后即可解调出导航数据。仿真结果表明,算法可准确快速地从32颗卫星中捕捉和跟踪预定的卫星信号。     

满足高精度测量的GNSS自适干扰抑制算法

日益复杂的电磁环境严重干扰了全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）的正常有效运行.多天线空域自适应处理能够有效抑制电磁干扰,但是空域自适应处理算法可能会引入卫星信号载波相位误差.此外,多天线组成的阵列本身存在各种不理想因素也会引入误差,这些对高精度测量系统来说是不可容忍的.为此,本文首先分析了GNSS中常用的空域自适应处理算法在抑制干扰的同时对载波相位测量的影响,在此基础上提出了一种不需要阵列流形信息的盲波束形成算法——二次解重扩算法.其核心思想是在解重扩（De-spread Re-spread,DR）算法的基础上增加频率精估计环节,并根据精估后的载波频率重新构造本地参考信号与接收数据进行相关,从而最小化波束形成权矢量与卫星信号的导向矢量之间的误差,减小了空域抗干扰对卫星信号载波相位的影响.     

一种短时突发PSK信号的自适应解调方法

短时突发相移键控（PSK）通信具有隐蔽性好、信道利用率高的特点，得到广泛应用。将已调信号非线性放大、限幅处理，使其幅度稳定在一定范围，基于锁相原理得到与已调信号同步的本地载波，是PSK信号解调相干载波恢复的常用方法。然而接收信号的非线性处理，会使PSK信号信噪比急剧下降，影响载波相位跟踪精度，给帧同步信号生成和码元抽取带来不确定性，导致误码率升高。针对常规方法存在的问题，提出了基于Hilbert变换的短时PSK信号自适应解调算法，通过信号归一化，在不降低解调信号信噪比情况下，确保载波恢复运算不受数据信号幅度的影响，具有恢复速度快、跟踪精度高、帧同步信号解调可靠、码元采样时间准确的特点。