“北斗”B2频段导航信号伪码跟踪性能分析

与传统卫星导航信号体制不同,新一代“北斗”B2频段导航信号采用了交替二进制偏移载波调制（AltBOC）体制,因此伪码跟踪性能也与传统信号体制有较大差异。首先介绍了AltBOC调制信号原理及特点,然后根据码跟踪精度理论比较了新型调制信号与传统信号体制的性能差异,分析了不同鉴相器时B2频段信号的码跟踪误差,并对不同相关器间隔、环路带宽、前端带宽、载噪比环境条件下的伪码跟踪误差进行了仿真分析。仿真结果表明,提高信号载噪比、射频前端带宽或减小相关器间隔、环路带宽均能减小码跟踪误差。研究结果对新一代“北斗”导航信号新体制性能的评估以及“北斗”导航接收机的系统设计具有一定指导意义。     

基于跳频图案补偿的DS/FH混合扩频测控信号载波跟踪技术

DS/FH混合扩频测控系统的中频信号携带有多普勒频 率捷变 成分,这使载波跟踪环路不断切换到频率阶跃的响应状态,从而导致跟踪精度下降甚至环路 失锁。为此,提出一种基于跳频图案辅助的DS/FH混合扩频测控信号载波跟踪方法,通过预 知的跳 频图案和当前的载体速度测量值估计出下一个跳频点引入的多普勒捷变量,并将其及时补偿 到跟踪环路的NCO调整量中。Simulink建模仿真证实了该方法的有效性,在一定的跳频图案 时间同步误差范围内,能达到的测量精度与非跳频系统相当。     

INS/GPS紧组合系统PLL最优带宽的选取

在INS/GPS紧组合系统中,通过INS提供的多普勒辅助信息可以消除GPS跟踪环路的动态性,同时降低环路带宽来抑制热噪声的影响,从而提高GPS系统的抗干扰能力。环路带宽是跟踪环路的一个重要参数,不能任意选取,当GPS跟踪环路设置为最优带宽时,系统性能将达到最优状态。为了保持系统性能最优,首先对影响最优带宽的各个误差源进行分析,提出了易于实现的迭代最优带宽算法,最后进行了仿真实验验证,结果表明在相同动态下采用最优带宽比固定带宽的系统具有更高的抗干扰能力和更强的跟踪锁定性能。     

压缩域直扩测控通信信号载波同步技术

为解决压缩感知理论在直扩测控通信应用过程中面临的压缩域信号载波同步问题,针对重构算法复杂度偏高、计算资源消耗过大与系统实时性要求之间的矛盾,提出了一种改进的压缩域Costas环技术,该环路不再需要进行信号重构,可以直接从压缩域信号中提取频率和相位信息。首先通过压缩域信号估计理论分析,给出了压缩域直扩测控通信信号处理框架,并提出了改进的压缩域Costas环路;然后对环路模型及其跟踪精度进行了理论分析;最后通过计算机仿真验证了该环路技术有效性。理论分析和仿真实验表明环路能够在压缩域中实现高动态信号的高精度载波跟踪和解调处理。压缩域Costas环技术可应用在基于压缩感知的宽带扩频测控通信系统、认知无线电等相关领域,具有一定工程应用价值。     

DS/FH扩频测控信号的一种同步方案分析

针对航天测控信号的高动态特点,提出了直扩/跳频混合扩频(DS/FH)测控信号的一种快速同步方案.阐述了采用频率快速扫描和基于FFT算法的三维快捕方法.通过对码多普勒及多普勒频移跳变现象的分析,得到了利用跳频图案和多普勒频移的跟踪结果来实时补偿最大为8.2 kHz的多普勒跳变量的方法.在比较了几种载波跟踪方法的基础上,给出了采用算法嵌入式环路跟踪测控信号的建议.     

GNSS接收机锁相环最佳环路带宽的选取

锁相环环路带宽值的选取对于锁相环的跟踪误差性能有重要影响。基于全球卫星导航系统(GNSS）接收机中常用锁相环结构与数学模型,首先介绍了锁相环及其重要组成部分环路滤波器的结构和原理,然后分析了环路带宽的取值对锁相环两个最重要的误差源——环路热噪声误差和晶振阿伦偏差的影响,给出了低动态下使锁相环总的跟踪误差最小的最佳环路带宽的理论表达式。对基于由现场可编程门阵列（FPGA）芯片、温补晶振和模/数接口电路构建的实际硬件接收机平台进行了验证,结果表明：当根据最佳环路带宽的理论表达式取环路带宽值时,锁相环的跟踪误差最小。所推得的理论表达式不仅可以应用于GNSS接收机,也适用于一般的载波跟踪环设计。     

脉冲超宽带测控信号时延精密跟踪方法

脉冲超宽带测控新体制可有效提高测控系统的安全性能，且具有潜在的高精度测距能力。为了实现其高精度测距功能，提出了一种基于延迟锁定环路的脉冲超宽带测控信号时延精密跟踪方法。该方法在传统伪码跟踪环的基础上进行改进，利用基于非相干积分的非线性反馈环路对接收信号的脉冲相位进行精密跟踪。理论分析和仿真结果表明，该延迟锁定环路可以完成对脉冲超宽带测控信号的时延精密跟踪。与直扩测控信号相比，在相同条件下，脉冲超宽带测控信号的时延跟踪相对误差更大，但由于脉冲宽度很窄，在一定载噪比条件下，其测量精度仍可达厘米量级甚至更高。     

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。     

基于信号估计的扩频测控信号快捕方法

为进一步提高扩频测控系统的捕获速度,研究了借助辅助序列估计伪码相位的方法,分析了该估计算法的精度。针对该算法在高动态条件下估计偏差较大引起捕获概率骤降的问题,提出引入最大似然频偏估计修正相干载波的方法,显著提高捕获概率。设计了基于码相位估计和载波频率估计的快速捕获算法,仿真结果表明,该算法在载噪比较好的情况下可以有效完成捕获。为提高算法在较低载噪比时捕获的可靠性,提出将估计值作为部分匹配滤波辅助快速傅里叶变换(PMF-FFT)初值的综合捕获方法,与传统捕获方法相比,平均捕获时间显著降低,且并没有带来硬件复杂度的提高,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

航天测控技术的过去,现在和未来

本文综述了航天测控体制的三个发展阶段－分离测控系统阶段、统一载波测控系统阶段、天基测控系统（ＴＤＲＳＳ和全球定位系统（ＧＰＳ））的阶段。并对近代测控系统的新应用进行了介绍，如载人航天、小卫星测控、巡航导弹测控以及深空跟踪测控。最后概述了航天测控的发展方向。     

基于最大似然频率精细估计的载波捕获算法

深空通信中,星上对载波的主动捕获主要利用频率估计的方法。在实际载波捕获电路 中,精确的频率估计值导入锁相环,使得锁相环捕获带余量充足。在锁相环带宽一定的情况 下,估计精度的提高可以减少FFT实现点数。在FFT频率粗估计的基础上,通过频率精细估计 算法可提高估计精度。为获得估计精度更高的频率精细估计算法,利用最大似然泛函不变性 推导了频率精细估计的最大似然算法。载噪比在5 dB时,估计精度可以提高到FFT分辨率的1 0 -4。仿真结果表明,该算法估计性能优于其他频率精细估计算法。     

混沌扩频测控系统码跟踪性能分析

混沌信号的非周期性有助于解决距离测量中的模糊问题,使得它在测控系统中具有巨大应用吸引力。混沌扩频测控系统的码跟踪抖动,除了来源于加性噪声影响之外,还受到数字化混沌序列相关函数旁瓣随机性的影响。根据码跟踪原理与混沌码特性,给出了混沌码相关函数旁瓣随机性影响下码跟踪环路鉴相增益随机性的计算方法,分析了混沌扩频测控系统的码跟踪性能。结果表明,混沌码相关函数随机性的存在,使码鉴相增益产生随机性,它与环路稳态误差的相互作用对跟踪精度产生有限影响。分析结果可以为混沌序列在扩频测控系统中的应用提供支持与参考。     

航天测控单脉冲跟踪系统干扰分析

针对航天测控单脉冲跟踪系统的抗干扰问题,通过对雷达系统单脉冲对抗技术分析,从信号形式、测控体制、天线与目标运动特性、任务实施以及地面跟踪站布署等方面讨论了航天测控单脉冲系统对抗特点,分析了可能的干扰平台,给出了干扰强度估算公式和扩频体制下有效干扰的约束条件,就交叉眼干扰、AGC干扰和延迟转发干扰对航天测控单脉冲跟踪系统的影响进行了探讨,为航天测控单脉冲系统对抗问题构建了基本的研究框架。     

深空测控系统1 Hz低相噪频率合成技术

针对深空测控系统高精度测量对于信道附加相噪的要求,采用直接数字频率合成（DDS）正交调制方法设计频率综合器。通过巧妙的试验和外推方法,择优选取电压型鉴相器,在锁相环相噪模型的基础上,全面分析各部分相噪的贡献,综合设计环路带宽,有效控制附加相噪,实现低相噪频综器最理想的目标,即环路带内的相噪完全由参考决定,带外的相噪由压控振荡器（VCO）决定,并采用两源互比的方法完成1 Hz极低相位噪声的测试,测试结果为-73 dBc/Hz,与设计结果完全一致。该方法对于测控站极低相噪的设计具有一定参考价值。     

基于宽窄带功率比值法的GNSS载噪比估计改进方法

为了降低载噪比估计算法的实现复杂度，提出了一种改进的宽窄带载噪比估计方法。该方法利用接收机良好跟踪信号时信号能量主要分布在I支路这一特点，将传统的宽窄带功率比值法中的宽带进行简化变为仅取I支路信号，而窄带保持不变来进行载噪比估计。在详细推导了改进后算法的载噪比估计的理论表达式后，通过仿真测试进行了验证与分析，最后对K值的选取进行了讨论。测试结果表明，改进后的算法与传统算法的性能基本相当，但相比传统的宽窄带功率比值法而言，在算法复杂度方面加法和乘法次数都减少了1000次左右，约为传统算法的60%，使算法复杂度得到了有效降低。     

四相鉴频器辅助的高动态BOC信号载波跟踪

叉积鉴频器的输出频率范围比较窄,捕获信号以后的多普勒频偏可能不在其跟踪范围内。针对此问题,提出了使用四相鉴频器（FQFD）算法辅助已经成型的二阶锁频环加三阶锁相环模型。首先,利用四相鉴频器的非线性特性将接收信号频偏大步长牵引到较低范围,然后使用锁频环消除其大部分动态性,最后利用锁相环跟踪精度高的特点实现高动态二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)信号载波的快速准确跟踪。在分析各跟踪模块算法的基础上,讨论了其本身的热噪声误差、动态适应力以及最优带宽等相关问题,理论分析和仿真结果验证了该方法比原有跟踪算法提高了300 Hz左右的鉴频范围,并且跟踪效果良好。     

电离层色散效应对宽带BOC信号的影响

电离层色散特性导致宽带二进制偏移载波（Binary Offset Carrier,BOC）信号的码片时域波形和相关函数曲线产生畸变，影响BOC信号完好性和跟踪性能。为了评估电离层对BOC信号传输的影响，构建了宽带BOC信号的电离层影响分析框架，分析了电离层色散效应对码片时域波形和相关特性的影响，并评估了三类典型BOC信号的带内电离层色散效应在码跟踪环路和载波跟踪环路引入的偏差。研究结果表明，电离层色散效应会导致宽带BOC信号时域码片实部和虚部边缘产生抖动现象，色散信号与标准信号间的互相关函数会产生明显的相关损耗；在电离层活跃期间，电离层色散效应在码跟踪与载波相位跟踪中均引入明显的鉴别误差。该结果对BOC信号的电离层误差的评估与校正有一定的参考意义。     

混合型四阶锁相环

本文描述了用于跟踪测量设备的混合型四阶锁相环路。给出了环路传递函数的一般型式和它的等效噪声带宽,讨论了它对动态信号跟踪的稳态误差和环路的稳定性,叙述了它的牵引范围和捕获时间。给出了用于某设备上的窄带混合型四阶锁相环主要性能的实际结果。     

深空接收机关键技术分析

通过对JPL、ESA等深空接收机技术进行研究,并结合当前国内信号处理技术发展状况,分析了深空接收机的诸多关键技术,从信号处理角度讨论了提高接收灵敏度的方法和适用技术,以解决深空微弱信号的捕获、跟踪和解调.着重介绍了微弱信号频率捕获、超窄带锁相环、边带辅助残留载波环、环路加窗技术、加权IDF、SSME信噪比估计技术、变环路带宽与变窗口技术等关键技术,对我国自主设备研制具有一定的参考价值.     

星载统一测控载波跟踪环相位噪声分析

为了保证测速和测距精度,有效手段之一是在星载统一测控应答机上采用嵌套环路结构的载波跟踪环完成相干载波提取。由于利用了相干本振补偿多普勒频移,必须考虑输入相位噪声对本振相位噪声的影响。为了准确预测环路输出相位噪声性能,对环路中各部件贡献的相位噪声进行了分析。针对不同噪声源,运用信号流图的分析方法建立了对应的环路相位噪声模型,通过仿真计算得到了不同输入信号功率条件下的环路输出相位噪声功率谱,与实际电路的测试结果对比,证明了该环路相位噪声模型的准确性。应用该模型能提高环路设计的准确性和效率。