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。     

大频偏条件下PN码捕获改进算法

针对大频偏条件下PN码捕获的问题,提出了一种改进的PN码捕获算法,即基于谱线插值的 联合码捕获算法。首先对现有的码捕获技术进行了分析,然后在部分相关值作FFT的码捕获 算法的基础上,提出了基于谱线插值的联合码捕获算法。算法的核心思想是对部分相关值作 FF T处理,并利用插值公式计算出载波频偏的精确估计值,使得后续的载波跟踪环更有利于载 波跟踪。介绍了新的码捕获系统的工作原理,推导了载波频偏估计的插值公式,并将非相干 累加技术应用于码捕获系统,从而提高了低信噪比条件下载波频偏估计的精度。最后,通过 仿真证明了此算法对现有GPS接收机性能有5 dB的改善。     

基于数据辅助的MPSK信号频域信噪比估计

为在载波频率精确恢复前提高多进制数字相位调制（MPSK）信号在低信噪比下的估计精度,提出了一种数据辅助的MPSK信号频域信噪比估计算法。算法在符号定时恢复和帧同步后提取同步段符号,相关运算后在频域进行信噪比估计。仿真结果表明,算法估计均值无偏,不受载波频率误差的影响,在符号长度为512、信噪比为-10 dB时,均方误差与克拉美罗界只有0.15 dB的偏差,特别适合于接收信号包含载波频率误差且要求低信噪比下具有较高信噪比估计性能的应用。     

线性调频-伪码调相复合信号的伪码盲估计新算法

针对线性调频-伪码调相复合信号的伪码估计问题,提出一种基于离散多项式相位变 换和频谱搬移的伪码盲估计新算法。首先采用平方法消去伪码的相位突变,然后利用离散多 项式相位变换估计调频斜率,利用估计的高精度调频斜率重构二阶指数项,对原复合信号进 行解线调,再对解线调后的信号取实部从而可得正弦载波与伪码调相的复合信号,采用频谱 搬移的方法可恢复出原伪码序列。仿真结果表明,该算法在信噪比大于等于3 dB时可正 确估计出伪码,且性能随子脉冲个数的增加而改善,与FM-AM时频分析方法相比具有更好的 估计效果。     

突发模式下PSK信号的载波估计和位同步技术

介绍了一种适合于突发模式下PSK信号的快速载波估计和位时钟恢复的算法,该算法基于特定图案的前导字,在前导字阶段采用匹配滤波相关的前向技术直接获取载波频差估计值和位同步时钟的相位信息,利用数字相关得到载波初相的估计值.此算法结构简单,可估计的载波频差范围约为符号率的±10%,且计算量不大,适合数字硬件实现.实测结果验证了该方法的可行性和有效性.     

伪码信号辅助的CEI载波时延模糊度解算

针对连线干涉测量系统(CEI)在无模型时延或模型时延不准确条件下相位模糊度解算困难的问题，提出了利用伪码测距信号辅助的载波相位模糊解算方法。在测站距离约束下，根据两站所接收伪码信号的相对位置关系计算得到一个时延差作为解载波相位模糊的时延预报值。为了提高解模糊能力，引入了伪码捕获和跟踪的基本方法。仿真分析了不同信噪比下所能达到的最大精度，结果表明在信噪比高于0 dB时，可直接解算S频段的载波相位模糊；在信噪比较低时，可解算宽带群时延的相位模糊。在0dB和-30dB条件下重复试验1 000次，正确率分别达到99.88%和99.91%，证明了算法的有效性。     

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。     

非周期长码直扩信号扩频码盲估计中的时窗划分准则

针对非周期长码直扩信号扩频码盲估计研究中缺乏时窗划分准则的问题,从时窗宽度和重叠宽度两个方面提出了时窗划分的基本准则。首先,通过分析时窗宽度、扩频比和扩频码周期对信息码跳变概率的影响,推导了时窗宽度、信息码跳变概率与误码率间的函数关系,从而确定了时窗宽度的选择依据;其次,以扩频码子段相位模糊的无误判决为原则,通过构造的相位模糊判决函数,推导出重叠宽度的选择依据。上述研究为扩频码子段的盲估计和相位模糊消除提供了理论支撑,进一步完善了非周期长码直扩信号的扩频码盲估计方法。     

低信噪比高动态条件下基于FFT的二维平移累加PN码捕获算法

针对低信噪比高动态条件下直接序列扩频（DSSS）系统中PN码捕获的问题,提出了基于FFT 二维平移累 加的PN码捕获算法。首先对现有的PN码捕获技术进行了分析,然后研究了时变的载波频偏与 码频频偏对PN码捕获的影响,在此基础上,提出了基于FFT二维平移累加的PN码捕获算法。 算法的基本思想是对相关器输出的相关值在载波频偏不确定度与码相位不确定度同时进行平 移,从而消除相关峰“漂移”现象,增大非相干累加的有效性。给出了采用此算法的捕获系 统结构图,并对关键参数进行了分析。最后,通过仿真表明了该算法对捕获系统有6 dB的改 善。     

一种简单快速的GPS信号捕获方法

结合一般的GPS信号捕获算法,提出了一种更为简单快速的GPS信号捕获方法。此方法在1023个码片时间约1ms,可以完成一颗卫星在一个多普勒频移下的全码捕获检测。 FPGA仿真表明,与传统的捕获方法相比,所提方法减少了资源消耗与时间消耗,同时保证了 能在一个C/A码周期内获取一个多普勒频移下的C/A码相位,捕获更简单快速。     

一种面向深空测距的大多普勒频偏信号捕获算法

在深空测距任务中,高精度的伪码捕获是后续执行伪码跟踪的关键前提。传统基于时频二维搜索的频偏估计算法对于深空测距中频率偏移范围较大的情况难以满足伪码捕获实时性要求。为此,提出了改进的时频二维搜索算法,通过在传统时频二维搜索算法的前端引入快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT)算法对多普勒频偏进行预估,避免在大多普勒范围的频点遍历,能够有效降低频偏估计的时间开销。实验表明,该方法能够在大多普勒频偏环境下利用有限的硬件资源快速地实现伪码捕获,满足伪码捕获的实时性要求。     

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。     

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。     

基于瞬时测频的BPSK和QPSK信号参数估计

针对RWR/ESM中瞬时测频(IFM)无法对相位编码信号脉内参数进行测量的问题,提出了一种对载频的估计方法和两种对码元的估计方法。通过采用高采样率ADC采样、解模糊、平滑和取均值的处理流程对信号载频进行估计;利用相位跳变和相干解调两种方法分别对码元进行估计。仿真结果证明了上述方法对载频和码元估计的有效性。在对码元的估计中：相位跳变法实时性好,但需要一定的先验知识;相干解调法不需要任何先验知识,但实时性不好。所得结论对工程应用研究具有一定参考价值。     

调频遥测信号载波频率的精确估计

传统调频遥测信号载波频率估计算法对输入信号降采样后直接进行快速傅里叶变换,实现方法虽然简单,但测量精度较差,无法适应高动态、低信噪比等复杂场景。为此,提出了一种调频遥测信号载波频率的精确估计算法。两并联补偿支路先分别采用正、负调频频率对输入信号进行频率预先补偿,低通滤波后完成降采样处理,削弱调频频率的频谱影响;频率搜索状态对采样数据进行载波多普勒变化率的频率补偿,经过快速傅里叶变换、非相干积分和频谱重心搜索完成频率解算,提高载波频率的检测性能。试验与分析表明,所提算法在高动态、低信噪比等复杂场景下可显著提高调频遥测信号载波频率的估测性能。     

基于谱相关的CBOC信号参数盲估计

针对低信噪比下组合二进制偏移载波(CBOC)调制信号的参数盲估计问题,提出了利用谱相关对CBOC信号进行参数估计方法。首先给出了CBOC信号模型,然后根据CBOC信号的数据通道和导频通道之间有良好的正交性特点,详细推导出其谱相关函数可以化简为两个BOC信号谱相关函数的叠加,最后根据CBOC信号循环频率截面的特点进行峰值检索后,实现对伪码速率、载频速率和副载波速率的盲估计。推导结果和计算机仿真分析表明,该方法可以实现在低信噪比下对伪码速率、载频速率和副载波速率的有效估计。     

一种改进载波相位恢复算法

为了解决载波相位恢复算法频偏估计范围小、估计精度低、计算复杂度高等问题,提出了一种基于Q次方的极性环与极性判决（Polar Decision,PD）算法相结合的Q次方极性判决（Q-th Power Polarity Decision,QPD）算法。首先对判决导向（Decision Directed,DD）算法、PD算法、基于Q次方的极性环进行性能分析;然后结合基于Q次方的极性环和PD算法的优点,提出性能更好的QPD算法,并分别在不同频偏和不同信噪比条件下对这四种载波相位恢复算法进行性能仿真与性能比较;最后,在QPSK、8PSK、16APSK和32APSK这四种调制方式下,分析QPD算法的误码率、资源消耗和吞吐率。仿真结果表明,该算法相比于DD算法、PD算法、基于Q次方的极性环具有频偏估计范围较大、估计精度较高、资源消耗相对较少、吞吐率较高等特点,且适用于多种调制方式。     

用于正弦波频率估计的修正Kay算法

Kay算法能够估计出采样点较少的正弦波频率，但低信噪比下估计性能不佳。针对此问题，提出了修正Kay算法。首先基于最大似然估计准则，推导了观测信号模值与相位的条件概率密度函数，进而重建了Kay算法的相位差噪声矢量协方差矩阵与权值矩阵。实验结果表明，修正算法能够有效估计正弦波信号频率，与Kay算法相比，抗噪性更强。