谱密度的分析 信号稳定度的频域规范和测量

频域稳定度通常是通过谱密度来说明的。谱密度概念是简单而非常有用的,但在应用中必须小心。有若干不同但关系密切的谱密度,它们切合于信号的频率、相位、周期、振幅以及功率等的稳定度的规范和测量。本评述中将对一些有用的谱密度作扼要的指导性的叙述。叙述中包括(a)相位、(b)频率、(c)相对频率,(d)振幅,(e)时间间隔,(f)角频率以及(g)电压等的起伏的谱密度。还包括了射频功率的谱密度及其两个归一化成份,即草写的(f)和草写的 m(f),分别为相位调制和振幅调制部分。列出了这些不同谱密度中某些简单而常用的关系式。建议采用单边谱密度。阐述了与双边谱密度的关系式。讨论了这相关谱密度、与时间有关的谱密度的谱密度,以及平滑谱密度的概念。     

微弱扩频信号捕获的积分时间延拓技术

相对于普通扩频接收机,微弱扩频信号捕获需要更长的积分时间以获得处理增益。然而,伪码多普勒频偏导致能量不能在一个码相位上持续积累,限制了积分时间的进一步增加。为此,提出了一种扩频信号捕获时间延拓技术,增加了扩展积分单元,通过对扩展积分结果进行路径搜索,从而有效地减少了码多普勒引起的相位滑动对相关运算积分时间的限制。仿真和实测结果表明所提技术突破了传统全球导航卫星系统（GNSS）捕获算法的积分时间上限,提高了系统灵敏度。针对带内信噪比低于-50 dB的GPS L1 P码捕获,给定硬件资源约束和5 kHz多普勒范围,算法的捕获概率优于传统算法约3 dB。     

传输参考超宽带信号功率谱的改善设计

通过对传输参考超宽带(TR-UWB)信号功率谱密度特性的理论分析,发现离散谱的消除和限波 带 的产生能有效降低对同频段其它无线通信系统的干扰。将参考部分随机化可以消除频谱中 的离散谱部分,并优选跳时码产生5.2 GHz频段的限波。仿真结果表明,通过这种方法离 散谱得以明显消除,5.2 GHz频段的限波对该频段其它通信系统的干扰降低了30 dB 以上。该方法简单灵活,改善后的频谱特性可以满足传输参考超宽带系统与其它无线通信 系统共存的需要。     

基于AR功率谱和ZAM变换的FSK-BPSK复合信号参数估计

为了解决频率编码-二相编码(FSK-BPSK)复合调制信号参数估计精度低的问题,提出利用自回归(AR)模型功率谱估计联合ZAM（Zhao,Atlas,and Marks）变换的方法。首先,利用AR模型功率谱估计方法对信号相位不敏感的特点,对FSK-BPSK复合调制信号的跳频分量数以及跳频码元序列进行估计;然后,利用ZAM分布对相位变化极其敏感的特点,提取信号ZAM分布的各跳频频率下的截面,对相位编码的码元宽度和跳频码元宽度进行估计。仿真实验表明,在全频段信噪比不小于0 dB时,AR模型功率谱联合ZAM变换的方法能够精确地估计出该复合信号的各参数。     

多径环境下TDDM-BOC信号伪码周期估计

针对低信噪比下存在多径效应的时分数据调制二进制偏移载波(TDDM-BOC)调制信号的伪码周期估计难题,提出了一种基于二次谱的TDDM-BOC信号伪码周期估计算法。该算法首先推导出多径环境下TDDM-BOC信号模型,然后求出多径TDDM-BOC信号的功率谱,再求其二次谱,最后通过检测二次谱的尖峰脉冲间的间距得到多径环境下TDDM-BOC信号的伪码周期。实验过程中采用累加平均的方法可以达到降噪和精确估计的目的。仿真结果表明：该算法能够在多径环境下对TDDM-BOC信号伪码周期进行有效估计,且估计性能与多径环境有密切关系,这为今后我国“北斗”导航接收设备的开发提供了一定的理论参考。     

利用Kalman滤波修正卫星导航差分RTK定位坐标

卫星导航差分RTK(Real Time Kinematic)定位方法的定位精度极易受到载波相位整周模糊度固定算法的影响,在模糊度固定失败的情况下,差分RTK定位将出现大幅偏差。针对该问题,基于Jerk模型提出了一种利用Kalman滤波修正差分RTK定位坐标的方法。在传统Jerk模型基础上,将卫星导航系统输出的载体运动速度信息引入状态空间模型的观测方程。基于扩展状态空间模型,利用Kalman滤波器实时修正载体的位置坐标。半实物仿真表明,所提方法能大幅改善卫星导航差分RTK定位精度。     

面向卫星导航信号的外辐射源雷达软件化模拟器设计

面向全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号的外辐射源雷达,是一种利用环境中GNSS信号作为非合作照射源进行探测的雷达。为满足基于GNSS信号的外辐射源雷达系统仿真和信号处理算法设计评估的需要,通过对该雷达系统组成与工作原理的分析,完成了面向GNSS信号的外辐射源雷达软件化信号模拟器的设计与实现。给定仿真场景下软件化模拟器输出信号处理和分析的结果验证了该模拟器可根据输入参数与模型正确完成信号仿真。     

GNSS空间覆盖性仿真分析

全球导航卫星系统（GNSS）对空间用户的应用价值在于GNSS信号对空间的覆盖性能,这不仅取决于星载信号发射器的信号辐射角范围,而且取决于用户自身的最小观测角。针对该问题,对GNSS空间覆盖性原理进行了分析,给出了判别依据,然后对GPS、GLONASS、GALILEO系统、北斗区域服务系统、“北斗”全球导航系统及“北斗”与其他GNSS组合共8种仿真方案,不同轨道高度用户的空间覆盖性进行了仿真。在实际应用中,可以根据仿真结果针对不同的应用任务选取不同的卫星星座或选取多星座互操作,以保证最大同时可见卫星数,从而更好地提升GNSS卫星星座的应用价值。     

ADC量化位数对阵列天线GNSS接收机的影响

在处理全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）卫星信号时,针对模数转换器（Analog-to-Digital Converter,ADC）量化位数不同导致输出的信号信噪比下降的问题,推导了阵列天线波束形成后输出信号的信噪比理论计算模型,分析了ADC量化位数对阵列天线抗干扰GNSS接收机的性能影响。在7阵元天线且ADC量化位数为10的条件下,理论模型分析和数据仿真结果表明最大抗干扰能力约为85 dB。通过确定ADC量化位数与抗干扰GNSS接收机抗干扰能力之间的关系,其结论为工程应用中抗干扰GNSS接收机的ADC选型和设计提供了理论依据。     

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。     

GNSS信号多门延迟结构的多径抑制性能分析

多径干扰不具备空间相关性,难以通过差分方法消除,是影响全球导航卫星系统定位精度的关键因素之一。从接收机处理的导航信号受前端带宽限制以及近距离多径干扰更需抑制两个角度出发,提出了一种基于多门延迟(MGD)结构的多径干扰抑制方法,推导了带宽受限时MGD结构的多径误差的数学表达式,以加权和非加权多径误差包络面积最小作为目标函数,优化了该结构中早迟门系数,并以典型导航信号SinBOC(10,5)为例来说明该方法的性能。结果表明：对于SinBOC(10,5),该方法多径误差包络面积小于高分辨率相关器(HRC)方法至少15%;当前端带宽较大时,该方法对于较小和中等延迟的多径信号的抑制能力优于HRC方法。     

一种单层双频宽带GNSS测量型天线设计

基于单介质层结构,设计了一款双频宽带全球卫星导航系统（GNSS）测量型天线,天线采用单层高性能轻质复合材料作为双频微带天线共用的辐射介质基板。双频辐射贴片单元采用共面齿轮结构设计,并在天线单元外围设置一系列短路销钉来有效改善天线轴比带宽、低仰角辐射增益等参数,四馈点馈电技术和宽带耦合相移馈电网络的应用保证了天线相位中心稳定度更加可靠。设计结果表明,该双频天线单元大于等于5 dBi的辐射增益带宽均大于245 MHz,高低频3 dB轴比带宽分别为-76°~76°和-116°~116°,低仰角90°增益滑落均小于11.5 dB,经实物样机对比测试分析,实测结果与仿真结果基本吻合。实测频谱显示,该天线工作频段覆盖目前在运行的四大导航系统全部工作频点,较好满足GNSS精确测量与定位系统终端设备应用需求。     

基于软件无线电的GNSS干扰和多径监测系统设计

针对干扰和多径导致全球导航卫星系统（GNSS）不能精确、安全和可靠地提供位置、速度和时间服务等问题,分析了研制GNSS干扰和多径监测系统的意义,介绍了当前干扰和多径常用的检测方法,设计了一套针对当前四大导航系统（美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟Galileo和中国BDS）各信号带内以及附近频率的干扰和多径监测系统。系统基于软件无线电（SDR）思想,采用模块化设计,具有良好的功能扩展性和配置灵活性。根据不同干扰的特点,结合实际应用改进了其检测算法：采用能量阈值法检测不同形式的压制式干扰,采用基于捕获多相关峰法判别欺骗式干扰,采取基于最大似然准则的多径估计延迟锁定环（MEDLL）技术估计多径信号的参数。实验结果表明系统能够有效检测各种干扰和多径信号的存在,使用户获取其特征参数,为干扰源的定位、查处、排除、规避以及多径信号的抑制提供决策依据。