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。     

卫星导航信号无模糊抗多径码相关参考波形设计技术

针对目前卫星导航接收机码环多径抑制技术在二进制偏移副载波类信号下鉴别曲线可能出现多个稳定跟踪位置，导致接收机存在伪距测量的系统性误差的问题，提出最优鉴别曲线设计技术，采用奇异值优化的最小二乘方法，设计无多余跟踪点的本地码相关参考波形。从多径误差包络和跟踪精度两方面，对基于最优鉴别曲线的二进制偏移副载波信号码相关参考波形的设计性能进行验证评估。仿真结果表明：该方法可实现二进制偏移副载波信号在有限接收带宽下的无模糊鉴别曲线设计。以前端带宽为8.184 MHz时的BOC(1,1)信号为例，设计的码相关参考波形相比W2波形，多径误差包络面积增加了61.8%，而跟踪精度提高了4~5 dB。     

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%。     

GPS时分二进制偏移载波调制信号的高精度无偏抗多径算法

二进制偏移载波调制信号将在卫星导航系统中得到广泛应用。全球定位系统的L1C信号导频分量采用了时分二进制偏移载波调制,对此信号直接采用码参考波形算法消除多径时的鉴别曲线收敛点存在偏差,从而影响测距偏差。因此,提出一种时分二进制偏移载波调制信号的高精度无偏抗多径算法。通过时分的方式分别生成针对BOC(1,1)和BOC(6,1)分量的本地闸波,以保证鉴相函数在码相位无偏差时等于0。由于更好地利用了BOC(6,1)信号分量,该技术在实现无偏跟踪的同时,还能提高跟踪精度。     

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。     

基于伽利略卫星导航系统的多径误差仿真

着重讨论伽利略卫星导航系统中采用的线性偏移载波调制技术,对GALILEO中可能用到的几种信号的基本特性作具体分析,提出对于BOC信号,应采用余弦副载波调制方式,并在此基础上对GALILEO各种信号的多径误差、平均多径误差进行仿真验证.仿真结果表明,在参数相同的条件下,余弦副载波类型BOC信号的平均多径误差均优于同参数下的正弦副载波类型BOC信号的平均多径误差.     

自适应强跟踪卡尔曼滤波器载波环设计

针对自适应Q_k/R_k卡尔曼滤波算法在大频偏或运动场景切换时存在收敛速度慢、易失锁问题,提出了一种自适应强跟踪滤波算法,该算法从自适应Q_k/R_k卡尔曼滤波算法出发,引入强跟踪技术。在稳态场景下,采用自适应Q_k/R_k算法保证跟踪环路有较好的跟踪精度;当场景变化时,自适应强跟踪算法保证跟踪环路有更稳健的动态性能。仿真结果表明,所提出的设计方法能够有效提高载波跟踪环路的跟踪精度和鲁棒性。     

利用实时小波降噪的抗电离层闪烁载波跟踪

电离层闪烁影响下的导航信号载波跟踪呈现非平稳、非线性和非高斯特性,这使得传统基于鉴别器和Kalman滤波的载波跟踪改进算法并不能有效减弱电离层闪烁的影响。提出了基于实时小波降噪的抗电离层闪烁载波跟踪算法,其能够更好地刻画闪烁信号的非平稳特性。通过对跟踪环路同相与正交支路的积分结果进行小波降噪,有效滤除了电离层闪烁引入的非高斯噪声,减弱了闪烁对环路鉴别器的不良影响,提高了跟踪环路的精度与稳健性。实验验证了相关分析和小波降噪跟踪算法的有效性。     

带限信道中准相干码相关参考波形技术多径抑制性能分析

码相关参考波形(CCRW)技术以其设计灵活、抗多径性能优异等特点成为卫星导航多径抑制研究的热点,但目前相关文献在分析CCRW技术时常假设单边信道带宽无限或远大于扩频码率,且仅研究特定参考波形的性能,缺乏具有工程指导意义的定量结论.根据CCRW技术一般原理,推导了在无限带宽时任意参考波形的鉴别曲线计算公式,给出了满足稳定跟踪的波形约束条件.分析了不同带宽和闸宽参数的W2/W4/W5三类参考波形的准相干多径误差包络性能,仿真表明带限信道中W4、W5波形抗多径性能优于W2波形;以GPS L5和Galileo E5a/E5b的QPSK(10)信号为例进行原理样机试验,结果表明W2、W5算法比窄相关技术的3dB衰减多径误差包络面积减小达63％和72％.结论可用于现代化导航接收机的多径抑制设计.     

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。     

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。     

用于目标跟踪的自适应广义调频波形设计算法

提出了一种用于雷达目标跟踪的自适应广义调频波形设计算法。该算法根据跟踪器的动态需求,以广义调频信号为样板波形自适应设计下一时刻的发射波形,其目的是使预测的目标跟踪均方误差最小化,并假定高信噪比条件,且目标跟踪运动模型和观测模型均为线性。利用与某一波形相对应的克拉美-罗下限(CRLB)以及卡尔曼滤波器,通过最小化预测的跟踪均方误差来实现广义调频波形的自适应设计。仿真结果表明:在信噪比相同的情况下,与使用固定参数、自适应参数的线性调频波形设计算法相比,所提出的算法能够获得更低的目标跟踪均方误差。     

高阶BOC信号电离层色散效应的模拟算法*

导航信号模拟器需要模拟电离层引起的信号延时和色散效应,对于传统BPSK信号,模拟器基于单频假设,通过直接调整码相位和载波相位之间的相对关系来模拟电离层的影响。新一代卫星导航信号广泛采用的BOC (Binary Offset Carrier)调制信号具有更宽的带宽,作单频假设会引入不可忽略的电离层延迟建模误差。论文提出了基于双边带模型的高阶BOC信号高精度模拟方法,并仿真验证了算法的正确性。该方法可应用于导航信号模拟器实现BOC信号电离层色散效应的模拟。     

二进制偏移载波调制信号畸变误差评估指标研究

随着全球卫星导航系统的发展，二进制偏移载波（BOC）调制信号被广泛采用。全面评估BOC信号的畸变误差对于导航系统的信号完好性评估与监测具有重要意义。前文对于BOC信号的畸变研究较少，没有解析评估BOC信号畸变误差的指标与方法。本文针对三种常见的信号畸变，给出了完善的畸变误差评估指标，能够全面评估畸变误差。同时采用提出的评估指标对北斗全球系统B1频段上的基线信号BOC(14,2)及MBOC(6,1,1/11)信号进行评估。文中提出的畸变误差评估指标能够用于评估现代卫星导航信号的畸变误差，对现代导航信号体制设计及完好性监测均具有指导意义。     

多径条件下米波OFDM-MIMO雷达波束性能及特性分析

针对米波正交频分多路复用-多输入多输出(Orthogonal Frequency Division Multiplexing-Multiple Input Multiple Output, OFDM-MIMO)雷达波束形成问题,建立了米波条件下频分复用MIMO雷达阵列信号模型,理论导出了该体制下多径特性定量分析的理论框架、直达波和多径回波模型及其联合发射-接收双程方向图增益闭合表达式。提出了利用米波OFDM-MIMO雷达阵列双程方向图具有距离-角度二维分辨能力抑制多径算法。所提方法能够有效抑制阵列法线方向多径回波,同时有效抑制输出信干噪比周期性损失,且随频偏带宽的增大抑制能力进一步提升。     

Anti-follower jamming wide gap multi-pattern frequency hopping communication method

This paper deals with the follower jamming (FJ) resistance for the frequency hopping (FH) communication system over additive white Gaussian noise (AWGN) channel. Conventional FH systems are susceptible to be jammed by FJ, and multi-pattern frequency hopping (MPFH) has good resistance to FJ. To further improve the FJ rejection capability of MPFH, we propose a wide gap multi-pattern frequency hopping (WGMPFH) scheme. WGMPFH uses channels to represent messages, and the data channel and complementary channel are hopping on orthogonal frequency slots according to wide gap FH patterns. The transmitted signal lures FJ to aim at the data channel and the complementary channel is away from FJ by adopting wide gap frequency patterns. FJ does not affect the complementary channel but increases the signal energy in the data channel, thus the effect of FJ is reduced. Its bit error rate (BER) is derived under FJ and the effects of three FJ parameters (tracking success probability, jamming duration ratio and jamming bandwidth ratio) on the BER performance of WGMPFH are investigated versus the conventional FH/BFSK and MPFH system. Numerical and simulation results show that when under the worst-case FJ, the proposed WGMPFH outperforms the MPFH by about 1–3 dB and outperforms the conventional FH/BFSK by more than 4 dB. The proposed WGMPFH shows superior jamming rejection performance under FJ especially in severe signal-to-jamming ratio (SJR).