高动态GPS接收机跟踪环路设计与实现

为了解决高动态环境下GPS信号跟踪问题,讨论了跟踪环路类型和参数的选择策略,给出了一组适合高动态应用的环路参数,分析了基于开环频率估计和2阶FLL(Frequency Lock Loop)辅助3阶PLL(Phase Lock Loop)的高动态环境下快速的捕获转跟踪方法,给出了在由FPGA和DSP组成的硬件平台上的具体实现,利用GPS信号模拟器对所设计的跟踪环路的动态性能进行了验证。测试结果表明所设计的高动态跟踪环路能够承受60g视距动态应力。     

基于最大似然估计的高动态GPS载波跟踪环

 基于最大似然估计提出了一种全新设计的GPS载波跟踪环结构,并将该环路应用于高动态、低信噪比条件下的GPS载波频率跟踪. 文中给出了环路的设计细节,并详细讨论了环路中各模块的功能及模块之间的参数传递. 利用具有典型高动态参数的GPS载波信号对环路的跟踪性能进行了测试. 测试结果表明,与普通GPS接收机的载波跟踪环相比,该环路对高动态环境下的失锁门限和门限附近的频率跟踪精度均有显著改善.     

一种双环路高动态QPSK载波跟踪器设计

针对低轨卫星正交相移键控(QPSK)连续波通信,提出一种在高动态环境下载波频率的跟踪方法。采用双环路载波跟踪机制,其中外部环路用于频偏牵引,减少较大频偏引起的匹配滤波器频谱截断失真;内部环路用于精确解调数据,能稳定跟踪含有加速度≤30g的信号。采用加速度补偿方法,解决在百毫秒级中断间隔情况下,残余频偏造成匹配滤波器相位突变的问题。该方法能够快速准确地消除高动态载波频偏,在信噪比为10 dB时经上板测试误码率小于10-5量级。采用FPGA+DSP实现架构,开发敏捷,应用灵活,性能可靠。     

高动态环境载波跟踪环路的设计

为了满足高动态环境下对测轨定位的需求,对数字中频接收机载波同步跟踪关键技术进行了研究。针对高动态环境下载波同步需要解决的捕获带宽、捕获速度与跟踪精度的矛盾,综合利用了传统数字锁频环路和数字锁相环路的优点,设计了一种适合高动态环境下数字中频接收机的锁频联合锁相环工作的环路方案。仿真和测试结果表明:改进算法解决了环路跟踪精度和动态性能不能兼顾的矛盾,信号跟踪环路能在高动态环境中实现对信号的稳定跟踪。     

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。     

引入微分控制思想的辅助GPS载波跟踪环路设计

 载波信号跟踪环路制约着GPS接收机的工作性能,针对其易受高动态和弱信号等环境干扰的缺陷,提出一种引入微分控制思想、应用SINS辅助接收机载波跟踪环路的设计方法.剖析应用于载波跟踪的相位锁定环(Phase Locked Loop,PLL),并将其近似为PI控制模型;在验证辅助信息引入时环路系统稳定的基础上,增加类微分控制项,利用SINS的输出和时钟误差信息估算的多普勒频率作为跟踪环路的中心频率,辅助PLL实现载波信号跟踪;仿真结果表明提出方法能够有效地缩短跟踪环路带宽,缓解热噪声和动态应力之间的矛盾,进而改善载波环路的频率响应和跟踪误差.     

高动态多进制扩频信号的载波跟踪技术研究

针对高动态环境下多进制扩频信号的载波同步问题,在分析锁相环(PLL)和锁频环(FLL)环路各自优点的基础上,研究了采用锁频环和锁相环相结合的方式进行载波信号跟踪。利用FLL动态适应能力较强和PLL具有较好跟踪精度的特点,实现动态信号的快速、精确跟踪。理论分析和仿真结果表明,该方法具有良好的跟踪效果。     

高动态GPS接收机环路跟踪技术研究

为了解决加速度45g、加加速度10g/s的高动态环境下GPS信号的载波跟踪、码跟踪及其精度问题,提出了一种综合考虑动态和精度性能的载波环和码环优化设计方案,探讨了高动态情况下载波环和码环的结构设计及捕获转跟踪技术,分析了FLL/PLL/DLL环路的动态应力、暂态响应和鉴别器特性,总结了实用的控制策略和环路带宽。该方案经自主开发的软件接收机测试验证,可以在达到很高动态特性的同时满足一定的测距精度和定位精度要求。     

高动态条件下测控系统载波跟踪环路优化设计

航天测控系统中载波跟踪误差主要来源于热噪声和航天器动态应力,对载波跟踪环路的优化一般通过调整环路等效噪声带宽来实现.分析了航天测控系统中航天器的动态应力特性及环路跟踪误差特性,导出由载噪比和动态应力决定的环路最佳带宽表达式,提出一种通过环路自身状态估计载噪比和动态应力的方法,通过对载噪比和动态应力的实时估计实现对环路参数的实时调整.仿真结果表明,该算法在动态应力和载噪比时变的高动态场合可以实现稳定的载波跟踪,测量精度得到明显改善.     

INS辅助GNSS高动态捕获跟踪技术研究

在高动态的环境下,由于载体的运动速度及加速度非常大,卫星与载体之间的相对Dopple很大,超出了常规全球卫星导航(GNSS)收机的捕获搜索范围与跟踪门限,因此会造成搜索不到卫星或失锁。针对这一问题开展了利用惯导测量系统(INS)辅助GNSS接收机捕获与跟踪技术研究,GNSS接收机利用INS提供载体的速度、加速度和位置参数,预测载体的多普勒(Dopple)频移,结合接收机的星历及环路信息,共同调节环路中的NCO,及时重新设定环路搜索中心频率,从而解决了高动态引起大的Dopple频移这一问题。仿真结果表明,相比传统的接收机,通过INS辅助的GNSS接收机可以在超高动态模拟环境下,加速度100 g和速度为4 000 m/s时仍可以快速捕获及稳定跟踪信号。     

光电目标图像自动跟踪技术研究

概括介绍了相关跟踪、特征跟踪和对比度跟踪等技术,根据各种复杂环境下的算法适应性的需要,提出了一种改进的相关跟踪算法,即对图像进行粗采样预处理,降低匹配图像的分辨率,再进行图像归一化分区域相关匹配算法.实验证明,此方法有效地提高了算法的适应性.     

Tracking and back‐tracking

This paper presents a review of back‐tracking geometry not only for single axis but also for two‐axis tracking and analyses the corresponding energy gains. It compares the different back‐tracking strategies with the ideal tracking in terms of energy yield concluding, on the one hand, that back‐tracking is more useful for single horizontal axis than for the single vertical one, and on the other hand, that back‐tracking is more efficient when applied in the primary axis of a two‐axis tracker. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

智能跟踪策略研究

用成像方式提取目标的图像信息,用估值理论求取目标状态的最佳估值,用自适应方法调整跟踪滤波器的参数以实现智能跟踪。模拟结果表明了良好的跟踪效果。     

星载光电跟踪系统跟踪精度分析

根据星载环境的特殊性及跟踪系统设计要求,对星载光电跟踪系统的跟踪精度做了较全面的定性分析和阐述。在理论分析的基础上,对工程实例的跟踪精度做了定量分析且提出了切实可行的提高系统跟踪精度的方法。最后试验证明提出的稳定跟踪技术满足了系统跟踪精度指标的要求。     

一种机载红外跟瞄器动态跟踪精度测试方法

针对红外跟瞄器在机载大角速度运动条件下的使用要求,提出实验室内目标跟踪精度的动态测试方法。利用原有“静态测试”的方法,结合红外跟瞄器的特点,对“目标信息”的生成和测试系统数据通讯进行详细设计,实现多源数据的有效交联。对测试原理和测试系统进行了简要介绍,并对数据进行了详细分析,实验结果表明,利用提出的动态跟踪精度测试方法可在实验室条件下实现对红外跟瞄器动态跟踪精度性能参数的有效测试,为客观评价机载红外跟瞄器的目标跟踪性能提供了有效的测试方法。     

编队目标的仅方位跟踪

编队目标跟踪是多目标跟踪领域中的一个特殊问题.一般认为,在巡航状态下编队中的所有目标以同样的速度和航向匀速运动.这一事实可以用来帮助目标跟踪器改善跟踪效果.给出了在仅方位测量条件下编队目标跟踪的3种模型:分开模型、耦合模型和协作模型.分开模型实质上是多个单目标的同时跟踪,与单目标跟踪没有区别;耦合模型是将多个目标的待估状态耦合成一个综合的目标状态,各目标的测量信息也是合在一起使用;协作模型则是利用跟踪效果好的目标的速度和航向解算结果来帮助跟踪效果差的目标.对这3种方法进行的理论和仿真比较分析的结果表明,协作模型更有优势.     

具有记忆跟踪功能的质心跟踪算法

针对质心跟踪算法对目标跟踪时容易出现目标丢失的问题,提出了目标置信度函数,通过对目标的位置、面积、灰度和形状综合判断目标是否被遮挡,如被遮挡则对目标的位置进行预测,直至目标重新出现,使算法具有记忆跟踪的功能。改进算法基本不受目标大小、旋转变化的影响,跟踪算法的稳定性和可靠性得到提高。实验结果也表明,改进算法较好地克服了原跟踪算法易丢失目标的问题,扩展了质心跟踪算法的适应范围。     

天线跟踪和控制测量方法分析

介绍了卫星通信地球站天线跟踪精度的定义和目前通用的测量方法,并用射击实例来对跟踪精度的定义和测量方法的精确度进行了分析和讨论。目前通用的测量方法给出的只是跟踪精度的一部分,没有完全覆盖跟踪精度定义所表达的内容。在此基础上提出了跟踪精度测量和计算方法的新见解,并计算天线跟踪准确度的测量不确定度。     

多方位-速度目标跟踪法性能分析

对潜艇水下跟踪目标的一种方法-多方位-速度法进行了深入分析,发现它具有独特的性能.首先分析了系统的观测性,得出了系统可观测的两个必要条件.之后对两种可能的建模思路进行了分析,指出了一种常见的建模错误,它使得已知的目标速度未能得到利用,效果等同于仅方位法.最后对目标航向的多解现象进行了分析,指出多解性是多方位一速度法的一个基本性质.结合有关性能,还将多方位-速度跟踪和仅方位跟踪进行了比较.     

一种新的多目标角度功率联合跟踪算法

提出了一种新的多目标角度、功率联合跟踪算法。首先,利用高分辨处理估计出目标的个数、初始角度、初始功率及噪声功率。接着,通过相邻时刻估计得到的协方差矩阵的差推导出了一组关于角度差和功率差的线性方程组,重复解方程组可以得到不同时刻各个目标的角度以及功率。该算法可以减小阵元噪声带来的影响,在跟踪过程中,不需要进行子空间分解,参数自动配对,而且相邻时刻估计得到的角度和功率之间是自动关联的,省去了运算量较大的数据关联过程。进一步,给出了一种修正方法减小了算法中三个近似带来的误差。仿真结果表明,该算法的运算量低,跟踪精度高。