一种自适应增强谱线算法的优化设计与实现

自适应谱线增强（ALE）算法能够提高高动态、低信噪比信号的 载波频率估计精度。针对实际应用中该算法消耗硬件资源多、结构复杂、使用效率低等问题 ,提出了结合可编程逻辑门阵列（FPGA）优化的ALE算法结构方法,简化了ALE硬件电路。设 计结果表明,改进ALE方法后,可实现信噪比为0～20 dBHz、最大多普勒动态为800 H z/s的测控信号载波频率准确估计。     

低信噪比条件下快变多普勒频偏捕获算法

针对卫星移动通信低信噪比条件下快变多普勒频偏捕获提出了一种新的算法即基于搜索空间压缩的谱线循环平移算法。首先,介绍了现有的载波频偏捕获技术,分析其不能适应快变多普勒频偏条件的原因;其次,分析了多普勒变化率对载波频偏捕获的影响,主要考虑一次变化率与二次变化率将严重限制低信噪比情况下对载波频偏估计时非相干累加的有效性;最后,在此基础上,提出了低信噪比条件下快变多普勒频偏捕获的基于搜索空间压缩的谱线循环平移算法。对算法进行的Matlab仿真结果表明,其具有2~3 dB的改善增益,与最大似然算法相比,在性能仅有0.2 dB损失的情况下运算量大大减少。     

低信噪比下突发通信的同步检测

针对低信噪比下突发通信系统的同步检测问题,提出了一种利用接收信号平均信噪比和瞬时信噪比设置动态检测门限的同步方法,实现了信号检测门限的设置与信号脉冲出现时刻噪声能量的自适应匹配,提高了低信噪比下同步检测概率。计算机仿真表明在同步序列长度为63时,信号的有效检测工作信噪比可以降低到-5 dB。该方法适合于低信噪比下运动平台间的突发通信系统。     

多频段高动态信号载波频偏捕获方法研究

研究了多频段高动态信号载波频偏问题,分析了多频段给频偏捕获带来的困难 ,针对低数据率、大载波频偏的情况,讨论了抽取倍数对捕获范围和精度的影响,并提出对 于不同频段,通过改变相应的抽取倍数来满足不同的频偏和精度,再进行最大功率搜索法估计 频偏的捕获方案。仿真结果表明,与传统方法进行比较,该方案在低信噪比下条件下估计性 能更好,能够适应UHF和S频段,在数据率9.6 kb/s的条件下,估计精度在UHF频段下为 300 Hz,在S频段下为600 Hz。     

基于LFM模型的高动态弱GPS信号载波捕获

根据极大似然估计理论,通过载波频率和频率变化率分段对消、快速傅里叶变换(FFT)结果选大估计载波频率和频率变化率,实现载波信号捕获,建立了高动态全球定位系统(GPS)载波的线性调频(LFM)信号模型,并给出了算法的具体实现。详细分析了该算法中检测统计量的分布特性,推导了恒虚警准则下的检测门限,并讨论了其中关键参数的设计。仿真结果表明,该算法可以实现对18 dBHz的GPS高动态信号的载波捕获。     

基于离散傅里叶变换的高动态突发信号检测及频率估计

针对高动态突发通信应用环境,提出了一种新的基于频率域的突发信号检测及载波频偏估计算法,通过一次离散傅里叶变换（DFT）实现突发信号存在性检测及频率估计,并与经典Power-Law算法进行了比较。仿真结果表明：在低信噪比条件下,新算法检测信噪比门限改善超过1 dB,频率估计均方根误差小于符号率的1‰,并且对载波频偏及信号电平动态不敏感,实现结构简单,适合实时处理及工程应用。     

高准确度数字式时频域实时频率测量系统

针对弱信号条件下的频率精确测量问题,提出了一种新的时域和频域相结合的算法, 实现了一种数字式实时高准确度频率测量系统。搭建了系统测试平台,测试结果表明,测量 时间为1 024个采样点、归一化频率为05条件下,信噪比10 dB情况下相对均方根 准确度约为1.2×1 0-5,信噪比0 dB条件下相对均方根准确度约为77×10－5。在较高信噪 比、10万点测量时间下相对均方根准确度可达71×10－11。     

非协同突发信号的检测与解调

根据典型的海事三代卫星通信帧格式,首先采用能量检测算法结合匹配滤波法进行有效的突发信号的检测,然后根据信号检测的结果进行了突发信号的频率估计和初相估计,再采用初相注入结合锁相环的方式实现突发信号的解调。理论推导和计算仿真表明,该方法能够适应较低信噪比、较大频偏和起伏动态的影响,当信噪比大于10 dB时,信号检测概率基本达到100%,解调误码率低于2×10-3。     

一种基于频移滤波器的混合信号盲恢复算法

针对单天线接收的频谱混叠的混合信号盲恢复问题,在频移滤波器结 构上,提出了一种基于相关函数误差准则的自适应频移滤波信号盲恢复算法。该算法利用滤 波 器输出信号和参考信号以及混合信号与参考信号之间的相关函数误差来调整自适应滤波器输 出权值。分析了该算法的稳态性能。仿真结果表明：在信噪比大于-5 dB的条 件下, 该算法对混合信号分量的恢复相似度达80%以上,并且该算法仅需已知混合信号分量的循环 频率,无需其它先验信息,具有计算量小、敛速度快的优点。     

基于循环自相关的正弦调频信号参数估计新方法

为解决现有的正弦调频（SFM）信号参数估计方法运算复杂度高、受信噪比限制等问 题,提出了一种基于循环自相关的SFM信号参数估计新方法。首先分析了SFM信号循环自相关 函数特征,推导了信号调制频率的估计表达式;然后对信号延时相乘以去除其正弦调制特性, 得到单频信号并估计信号载频。最后,利用信号频率调制的周期性,对下变频至零频的信号 进行周期累加以减少噪声影响,通过对累加后的信号进行瞬时频率计算得到调制指数估计值 。仿真表明,信噪比（SNR）大于6 dB时,各参数估计值的均方根误差小于-18 dB 。该算法计算量较小,为同等条件下利用卡森准则（CR）方法的16%,便于工程实现。     

脉冲超宽带技术在航天测控系统中的应用

针对当前航天测控系统安全性不足的问题,将脉冲超宽带技术应用于航天测控系统中,构建了一种新的脉冲超宽带测控体制。建立了基本的脉冲超宽带测控信号模型,对脉冲超宽带测控系统的性能和传输链路进行了分析。给出了脉冲超宽带测控系统结构框图,介绍了系统工作过程。针对并行信号捕获方法资源消耗大的不足,提出了两步并行捕获方法。分析表明,脉冲超宽带技术可用于航天测控系统中,完成测距测速和数据传输任务。脉冲超宽带测控系统可有效提高测控系统的隐蔽性和抗干扰能力,同时提高测距精度。在信号捕获方面,与并行捕获方法相比,两步并行捕获方法的硬件资源消耗得到大大降低,同时还可保证较快的捕获速度,但会产生一定的信噪比损失。     

高动态临近空间飞行器海上组网测控方案设计

为解决高动态临近空间飞行器海上测控对测量船数量需求较多、现有船队规模无法满足的难题,在分析测控需求特点的基础上,提出了一种基于测量船与临近空间飞艇组网测控的新模式。结合近中程、远程飞行试验分别进行了测控总体方案设计,并讨论了海上组网测控需要研究的关键技术。相关研究对我国后续开展高动态临近空间飞行器海上测控系统建设具有一定的参考价值。     

基于前向结构的高动态突发信号载波同步算法

为实现高动态突发通信系统载波快速同步，提出了一种新的基于前向结构的突发信号载波同步算法，采用多级处理方案分级实现多普勒变化率、多普勒频偏及载波相位的估计及恢复。理论分析及数值仿真表明，在高动态低信噪比条件下，新算法的载波同步信噪比损失小于1 dB，且对多普勒变化率及信号电平参数不敏感，实现复杂度低，能够满足高实时性应用需求。     

Ka频段大口径天线阵系统及关键技术

地基直接深空测控通信/深空探测难题均在于长达数亿公里的超远距离带来的巨大传输损耗。提出了基于Ka频段分布式大口径天线阵的地基直接测控通信/深空探测设想,探讨了其应用模式及工作机理,对其中共同的关键技术Ka频段上行超大功率空间合成给出了解决措施,具体包括设备自身的ps量级时延稳定性设计、对流层延迟ps量级实时修正、空间传输距离的ps量级预测等。     

基于运动方程的动态模拟方法

通过分析点目标的矢径运动方程,提出基于运动方程的动态模拟方法,可实现距离和速度的 精确相关并实现深空的超距离模拟。给出了“自检模拟源”和“基地模拟试验”两种方案及误差修正 方法,为测控信号的动态模拟提供了一种新方法。     

一种高灵敏度GPS信号快速捕获算法

为了提高GPS软件接收机捕获算法的灵敏度和快速性,提出了一种高灵敏度GPS卫星 信号快捕方案。首先对GPS信号进行频率补偿,然后进行相干滤波提高卫星信号的信噪比, 从而提高捕获算法的灵敏度。再采用延迟、累积捕获结构寻找输入信号中各颗卫星的C/A码 起始点,引入延迟累加器实现各卫星多普勒频移成分的分离、估计,将传统的二维捕获过程 简化为两个一维搜索过程,捕获时间仅为传统FFT快捕算法的几十分之一,提高了捕获算法 的速度。分别通过实测和GPS数字中频信号发生器仿真生成的GPS数字中频数据对所设计的捕 获算法进行了验证,实验结果表明该捕获算法行之有效。     

深空天线组阵相关合成算法的Simulink仿真与分析

为对深空网天线组阵中几种相关合成算法进行分析比较,构建了一种新的Simulink仿真模型。将其应用于某测控站天线组阵试验数据,验证了模型的可行性。在此仿真模型下,对Simple、Sumple和Matrix-free 算法进行了频标同源/频标不同源、弱信号/强信号、2/3/6个天线等组阵情况下的仿真分析。三种算法在频标同源情况下的合成效率均优于不同源的情况;强信号组阵情况下,三种算法的信噪比合成性能基本相当;Simple算法在6天线情况下,信噪比合成性能下降;Sumple算法在组阵的天线数目很少时,合成信噪比较低且不稳定,在天线数目较多时性能良好;Matrix-free算法性能稳健,合成效率始终大于95%。该Simulink仿真模型对于进行天线组阵信号相关算法的分析具有一定的价值。     

一种USB测控应答机的健壮捕获算法

在统一S频段（USB）测控应答机中频数字化处理的基础上，提出了一种健壮的相位调制(PM)信号捕获算法。针对USB测控应答机输入信号存在副载波时捕获易于假锁的问题，采用快速傅里叶变换(FFT)与锁频锁相环结合的算法，利用PM信号频谱对称的特点，快速获得残差载波的正确频率，防止捕获到副载波信号或者其他干扰信号上；采用锁频锁相环实现PM信号的精确捕获与跟踪，适应USB测控应答机大动态多普勒变化及高灵敏度的要求。通过仿真试验验证了该方案载波正确捕获的有效性，且接收灵敏度达到-121 dBm。     

基于动态分组的球形译码算法

在MIMO信号检测中,采用最大似然算法可以使系统的误码率最低,但最大似然算法要搜索整个信号空间,计算速度相当慢。球形译码算法性能最接近最大似然算法,它通过减少需要比较的信号点可大大降低计算量。提出了动态分组的球形译码算法,对传统球形译码算法进行了改进。仿真结果表明,所提算法可以根据M IMO系统的需要进行动态调整,可在小信噪比时降低误码率,大信噪比时提高译码速率。     

采用压缩感知的直扩测控信号处理

鉴于扩频测控系统宽带化带来的高速采样压力和高数据率问题,研究了基于压缩感知的直扩测控信号处理方法。通过深入分析直扩测控信号稀疏性,构造了延时-多普勒基字典,提出了基于压缩感知直扩测控信号处理框架,并针对直扩测控信号特点给出了改进正交匹配追踪重构算法,最后针对该信号处理方法的可行性和性能分别进行了仿真实验。仿真结果不仅验证了方法的可行性,同时表明可以在不影响解调性能条件下大幅度降低采样率或数据率,并具有一定的降噪效果,这将为直扩测控通信系统提供一种高效的模数转换和同步解调处理方式。