BDS导航信号抗电离层闪烁载波跟踪的自适应卡尔曼滤波算法

电离层闪烁会引起导航信号幅度和相位的快速衰落,严重影响跟踪环路的精度和稳健性,而相比频率跟踪和伪码跟踪,载波跟踪环路更易受电离层闪烁的影响而失锁。因此,提出一种基于相位锁定指示自适应扩展卡尔曼滤波的北斗导航信号抗电离层闪烁载波跟踪算法,其以同相与正交支路的积分结果估计相位锁定指示值,并采用该指示作为控制参数对不同闪烁场景下扩展卡尔曼滤波的观测向量进行自适应调整,这不仅能够提高跟踪环路的精度和稳健性,而且能够降低扩展卡尔曼滤波发散的概率。实验结果验证了相关分析和所提跟踪算法的有效性。     

北斗导航信号电离层闪烁模拟及其影响

电离层闪烁具有突发性、偶发性和区域性,且难以建模准确刻画。针对电离层闪烁影响下的北斗导航信号复现问题,研究了基于应用伽马分布和零均值高斯分布模型的导航信号电离层闪烁序列生成方法,并基于国防科技大学电子科学与工程学院研制的NSS8000型多体制导航信号模拟器给出了北斗导航信号电离层闪烁模拟的硬件架构。在此基础上,通过中频信号采样和软件接收机处理,分析了电离层闪烁对北斗接收机跟踪环路的影响。结果表明:在相位闪烁指数为0,幅度闪烁指数为0.9时,码环鉴相误差可达0.05 chip;而在幅度闪烁指数为0,相位闪烁指数为0.5时,载波环鉴相误差可达15°,处于失锁的临界状态。     

两种相位鉴别器下的导航接收机跟踪环路性能分析及比较

Costas环路是导航接收机中常用的载波跟踪环路,目前关于环路性能的分析很多,传统的分析方法以及结论均是基于信号功率归一化的乘法鉴别器,且一般认为环路带宽在输入信号信噪比变化过程中是不变的。本文通过对目前数字跟踪环路实现中常用的两种鉴别器(基于总功率归一化的乘法鉴别器和反正切鉴别器)进行精确建模和分析,据此得到了两种鉴别器精确的热噪声跟踪误差表达式,并进行了仿真验证。通过比较可知,在输入信噪比小于4dB时,反正切鉴别器和归一化的乘法鉴别器的性能基本相同,两种鉴别器所能达到的跟踪门限信噪比基本相同。本文的结论可用于精确指导导航接收机的设计。     

高动态环境下GPS信号跟踪算法

在GPS导航定位系统中,高动态环境下产生的多普勒频移直接影响接收机跟踪性能.为了克服多普勒频移影响,对高速飞行旋转体GPS接收机跟踪环路进行研究.根据高速飞行旋转体GPS接收机载波信号的数学模型,提出在GPS接收机跟踪环路建立包含姿态信息的载波信号卡尔曼滤波模型,并对环路的跟踪性能进行MATLAB仿真.结果表明,此算法的跟踪环路带宽窄,能有效抑制噪声干扰,较好地实现了对旋转信号的跟踪.     

选取环路切换策略的高动态载波跟踪算法研究

针对基于环路切换的传统GPS跟踪环路,会因为载体运动背景的复杂性而出现环路切换频繁,造成环路抖动和跟踪效果差的问题,提出了基于环路切换策略的高动态载波跟踪算法。该算法首先利用频率、相位判决器选择带有切换策略的子环路工作,然后利用切换策略模块去控制子环路对信号进行跟踪。仿真结果表明:载体在信号强度为45 d B·Hz,以5 g和10 g加速度分时间段做匀加速运动的场景下,基于环路切换策略的高动态载波跟踪算法能使得环路的切换次数和抖动现象明显减少,跟踪效果更佳。     

电离层色散特性对导航信号接收的影响

电离层是一种典型的色散介质,会对导航信号产生延迟,且不同频点处的电离层延迟互不相同。实际应用中通常只考虑接收信号中心频点处的电离层延迟,而忽略信号带宽范围内的电离层色散特性。建立了电离层色散特性的对导航信号接收的影响分析模型,并定量地分析了电离层色散效应对BPSK(10)、BOC(14,2)以及AltBOC(15,10)等宽带导航信号的影响。分析表明电离层色散效应对BPSK(10)信号的影响可忽略不计,对高阶BOC信号会产生一定程度的与电离层特性相关的相关损耗及载波跟踪偏差,其中AltBOC(15,10)产生的相关损耗最高约1.4dB,载波相位跟踪偏差最高约0.374π。     

一种基于SVD的非平稳信号重叠分段降噪算法

在分析基于SVD的平稳信号降噪原理的基础上,提出了一种基于SVD的非平稳信号重叠分段降噪算法.非平稳信号通过数据分段可近似处理为多段平稳信号.为降低连续分段降噪误差,进行一定比例的重叠分段,应用基于SVD的平稳信号降噪方法对各分段信号进行降噪,相邻段之间的重叠信号经过多次降噪后求平均得到最终降噪信号.仿真结果表明,该算...     

采用副载波参考波形方法的GNSS双载波环多径抑制技术

为了实现对高阶二进制偏移载波(BOC)信号的无模糊和抗多径接收,将码相关参考波形的闸波设计思路应用于GNSS双载波环路接收方法的副载波锁相环。在副载波锁相环中引入设计的闸波参与信号的相干积分过程,使双载波环法具备抗多径性能且不需要额外引入相关器。对该设计方法的理论和具体实现进行阐述和分析,从副载波多径误差包络和跟踪精度两方面对改进的双载波环路方法性能进行评估。仿真结果显示,采用的算法与双载波环路法相比,可以降低BOC(1,1)信号81.1%的副载波多径误差包络面积以及BOC(14,2)信号75.1%的副载波多径误差包络面积。但是,改进的双载波环路法会带来-6 dB的相干积分后载噪比损失,降低跟踪精度。因此,在闸波参数设计上,需要谨慎选择以平衡算法的多径抑制和跟踪精度性能。综合来看,该方法适用于解决非弱信号条件下及多径环境下的高阶BOC信号接收问题。     

基于副载波参考波形方法的GNSS双载波环多径抑制技术

为了实现对高阶BOC信号的无模糊和抗多径接收,本文将码相关参考波形的闸波设计思路应用于GNSS双载波环路接收方法的副载波锁相环,通过在副载波锁相环中引入设计的闸波参与信号的相干积分过程,使双载波环法具备抗多径性能,同时该方法并不需要额外引入相关器。本文对该设计方法的理论和具体实现进行了阐述和分析,从副载波多径误差包络和跟踪精度两方面对改进的双载波环路方法性能进行了评估。仿真结果显示,采用的算法与双载波环路法相比可以降低BOC(1, 1)信号81.1%的副载波多径误差包络面积,以及BOC(14, 2)信号75.1%的副载波多径误差包络面积。但是,改进的双载波环路法将带来-6dB的相干积分后载噪比损失,降低跟踪精度。因此,在闸波设计参数设计上,需要谨慎选择以平衡算法的多径抑制和跟踪精度性能。综合来看,该方法适用于解决非弱信号条件下及多径环境下的高阶BOC信号接收问题。     

基于FLL+PLL的载波跟踪环路设计

载体的高动态所引入的多普勒频移给载波跟踪带来了很大的困难,研究了采用锁频环(FLL)+锁相环(PLL)相结合的方式进行载波信号跟踪,利用FLL对信号的动态适应能力较强的特点和PLL对信号有较好跟踪精度的特点,实现了动态信号的快速、精确跟踪。同时,分析热噪声和动态对环路的影响,得到了环路最优带宽。理论分析以及仿真结果表明,该方法可以实现载波的精确跟踪。     

高阶BOC信号多区域鉴别器的无模糊多径抑制算法

传统的高阶BOC信号多径抑制算法的有效收敛区间较小,不利于信号的稳定跟踪,因此提出一种多区域鉴别器的高阶BOC多径抑制算法。在伪码误差为零的附近区域,采用优化的QStrobe多径抑制鉴别器,而在其他区域采用收敛区间较大的正交BOC鉴别器。利用卡尔曼滤波器对跟踪误差进行开环估计,判断误差所处区域并进行鉴别器的实时切换。对BOC(15,2.5)和BOC(14,2)信号的仿真结果表明,该算法能够实现无模糊跟踪,且6 d B衰减多径误差包络面积比传统QStrobe算法分别改善了57%和51%。     

基于自适应EKF的高动态载波跟踪算法

针对载波跟踪算法在大频偏或动态剧烈变化时易失锁的问题,提出一种无数据辅助情况下基于自适应R/Q扩展卡尔曼滤波(AEKF)的高动态载波跟踪算法。该算法在AEKF代替鉴相器和滤波器的环路结构基础上,引入两倍相位转换来消除数据位跳变的影响,并利用载噪比估计方法和基于加加速度的信号动态监测方法来修正观测噪声协方差(R)和系统状态噪声方差(Q),进而兼顾环路的跟踪精度和动态稳定性。实验结果表明:利用该算法的GPS软件接收机能够在加速度200 g,瞬间加加速度10 000 g/s的动态指标下正常工作。     

基于EMD的改进小波阈值降噪法在超声信号处理中的应用

针对超声检测回波信号中的大量噪声,分析了超声检测回波信号的特性,考虑经验模式分解（EMD）和小波哗噪的优点,在改进阈值函数基础上提出一种基于EMD的小波阈值降噪方法．该方法利用EMD对超声信号进行分解,对高频分量用改进小波阈值函数方法进行处理,再结合低频分量重构得到降噪信号．仿真实验结果表明,该方法降噪效果优于小波软、硬阂值降噪,进一步提高了重建信号的信噪比,降低了其均方根误差,是一种可行的超声信号降噪方法．     

利用支持向量机的矢量跟踪通道故障检测算法

为了克服卫星导航矢量跟踪接收机中故障通道对其他正常通道的影响,提高矢量跟踪接收机的鲁棒性,提出一种利用支持向量机的通道故障检测算法,利用矢量跟踪接收机的导航滤波器的新息序列作为支持向量机的输入。支持向量机的输出为通道的状态,根据支持向量机的输出通道的状态来判断该通道是否纳入导航滤波器,用来跟踪滤波器状态值,这样能够有效地避免故障通道对导航结果的污染。仿真实验结果表明:该方法能准确地检测出有故障的通道,提高矢量跟踪环路的鲁棒性。     

宽带、多体制兼容引信仿真平台载波提取

针对不同引信发射信号载波频率分布范围大,且各引信体制、载波频率、调制脉冲宽度、脉冲重复周期及伪码调制周期不同等特点,对通用化引信复杂调制信号相干载波提取技术进行了研究,提出了一种宽带、多体制兼容引信相干载波提取方法。该方法采用高速鉴频、大范围自动锁频环及特殊的同相-正交锁相环相结合,可快速精确锁定引信的工作频率,实现相干载波提取及稳定跟踪。系统调试表明,采用该方法可满足系统要求。     

适用于GPU处理的长更新周期卫星导航信号载波相位跟踪环路

针对短环路更新间隔下GPU处理效率受限而长更新间隔下传统跟踪环路在高动态场景下不稳健的这一矛盾,提出一种可适应高动态场景的长更新间隔载波相位跟踪算法,该算法设计了一种低复杂度线性调频信号参数估计方法,实现跟踪初始阶段多普勒及变化率的精确估计进而消除大部分信号动态,在跟踪过程中采用4阶卡尔曼滤波对残余信号相位及动态进行精细跟踪。经仿真验证,200 ms更新间隔下,可实现多普勒一次/二次变化率分别达800 Hz/s、64 Hz/s²正弦运动场景下载波相位的快速稳定跟踪,1次更新即可收敛,跟踪灵敏度低至23 d B-Hz,相位跟踪精度远优于传统3阶锁相环路。     

基于小波去噪半参数回归模型的卫星轨道测量数据预处理方法

由于卫星轨道测量数据中含有非线性误差,使用传统的最小二乘多项式拟合方法对其进行预处理必然会降低定轨精度.在半参数回归模型的基础上,应用小波阈值去噪算法估计并消除观测数据中存在的非线性误差,提出了基于小波去噪半参数回归模型的卫星轨道测量数据预处理方法,以提高数据预处理的精度.对某卫星USB跟踪数据应用该方法进行了仿真,仿真结果表明:该方法可以分离出观测数据中的白噪声和非线性误差,从而可以在观测数据中消除非线性误差的影响,提高数据预处理的精度.     

无人机保距跟踪中的视觉跟踪算法研究

针对固定翼无人机对地面目标进行保距跟踪过程中不能稳定获取目标图像的问题,设计了一种提高视觉目标跟踪稳定性的算法。该算法基于核相关滤波算法,提出了线性旋转子空间的概念,用于估计平面外旋转后的目标图像,在跟踪的过程中通过跟踪效果判断是否对线性旋转子空间进行校正。这种更新机制提高了在相对位置不断变化的情况下视觉跟踪的稳定性和准确性,有效地降低了跟踪漂移的程度。算法在无人机跟踪视角的视觉跟踪数据集中进行了测试,结果显示在跟踪的准确性和鲁棒性上明显好于当前主流跟踪算法。并使用固定翼无人机进行了实机飞行,验证了算法的可行性。