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星间链路通信收发一体化系统设计

计算机测量与控制 2024年

作者：鲍爱达候世豪郭鑫崔鹤张鑫哲航天恒星科技有限公司中北大学动态测试技术国家重点实验室

随着卫星制造发射成本的降低以及全球通信需求的增加，低轨星间链路技术成为研究热点;星间链路可将多颗卫星互联，建立具有导航和通信功能的自主运行系统，可靠的通信技术是当前的研究重点;为了适应外太空具有较大多普勒频移的高动态环... 详细信息

随着卫星制造发射成本的降低以及全球通信需求的增加，低轨星间链路技术成为研究热点;星间链路可将多颗卫星互联，建立具有导航和通信功能的自主运行系统，可靠的通信技术是当前的研究重点;为了适应外太空具有较大多普勒频移的高动态环境，设计了星间链路通信收发一体化系统;发射端采用UQPSK直接序列扩频技术，双通道架构可同时完成不同速率的导航与通信数据的发射，再运用LDPC编码技术提升数据发射速率与稳定性；接收端采用改进的pmf-fft分段捕获算法与归一化最小和LDPC译码算法，以快速准确捕获星间信息;在FPGA硬件平台经过多次测试，该系统均可在高动态环境下，正确快速捕获到多普勒频移高达■341 kHz的信号，捕获算法时间均可保持在200 ms以内，符合实际应用中的性能需求。

关键词：星间链路 UQPSK直接序列扩频技术 pmf-fft LDPC FPGA

pmf-fft并行捕获扇贝损失补偿方法分析

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上海航天（中英文） 2023年第S1期40卷 101-107页

作者：刘庆张锦李忞詝彭舒文周里上海航天电子技术研究所上海201109

在长征四号运载火箭飞行过程中,全球导航卫星系统(GNSS)接收机与卫星的相对运动使得载波存在较大的多普勒频移,必须尽快完成信号捕获。采用pmf-fft(部分匹配滤波和快速傅里叶变换)方法可以快速捕获GNSS扩频信号,采用频域并行捕获可进一... 详细信息

在长征四号运载火箭飞行过程中,全球导航卫星系统(GNSS)接收机与卫星的相对运动使得载波存在较大的多普勒频移,必须尽快完成信号捕获。采用pmf-fft(部分匹配滤波和快速傅里叶变换)方法可以快速捕获GNSS扩频信号,采用频域并行捕获可进一步扩展单次载波多普勒频移的搜索范围,然而pmf-fft在并行捕获中的扇贝损失降低了捕获性能,需要进行补偿。分析了pmf-fft捕获中扇贝损失的产生机理,并讨论了单通道及通道间扇贝损失的补偿方法。结果表明:给出的补偿方法可改善扇贝损失,为GNSS接收机快速完成卫星信号捕获奠定了基础,适用于运载火箭等高动态环境下的导航接收机设计,对采用pmf-fft捕获的扩频类接收机、应答机设计也有一定的工程实用价值。

关键词： pmf-fft 并行捕获扇贝损失补偿高动态 GNSS

pmf-fft算法中码多普勒频率影响的分析及补偿

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北京理工大学学报 2013年第11期33卷 1176-1182页

作者：罗海坤王永庆罗雨吴嗣亮北京理工大学信息与电子学院北京100081

针对高动态长时间积累下,码多普勒频率会导致pmf-fft算法出现码相位走动问题,不利于直扩信号的捕获的问题,推导了码相位走动与积累损失和参数估计偏差的定量关系.在pmf-fft算法的基础上,提出利用Keystone变换校正码相位走动,从而补偿码... 详细信息

针对高动态长时间积累下,码多普勒频率会导致pmf-fft算法出现码相位走动问题,不利于直扩信号的捕获的问题,推导了码相位走动与积累损失和参数估计偏差的定量关系.在pmf-fft算法的基础上,提出利用Keystone变换校正码相位走动,从而补偿码多普勒频率.仿真结果表明,新算法能有效补偿码多普勒频率,在37dB/Hz载噪比、10ms相干积累时间和10-6虚警概率的条件下,单次检测概率达到98%.

关键词：高动态长时间积累 pmf-fft 码多普勒频率补偿

基于pmf-fft的星载扩频通信系统捕获算法

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通信技术 2022年第7期55卷 844-849页

作者：王家明孙晨何勇殷鹏程张博上海航天电子技术研究所上海201109

针对传统捕获算法在星载扩频信号上捕获性能的不足,提出了一种基于分段匹配滤波器和快速傅里叶变换的高动态快速捕获(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform,pmf-fft)算法。在详细分析了pmf-fft的数学模型和改进方法的基础上,对... 详细信息

针对传统捕获算法在星载扩频信号上捕获性能的不足,提出了一种基于分段匹配滤波器和快速傅里叶变换的高动态快速捕获(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform,pmf-fft)算法。在详细分析了pmf-fft的数学模型和改进方法的基础上,对pmf模块和fft模块分别加调谐系数为1.712的改进窗,大幅度降低了捕获系统的输出增益衰减和扇贝损失,并且算法捕获时间缩短至45 ms。在基于XC7V690T的星载应答机上对该算法的捕获性能进行验证,结果表明,改进后的算法将在大多普勒下的捕获时间缩短至2 s。

关键词： pmf-fft 扩频通信扇贝损失加窗

Research on An Improved pmf-fft Fast PN Code Acquisition Algorithm

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Communications and Network 2013年第3期5卷 266-270页

作者： Ning-qing Liu Bin Sun Chun-meng Guan Communication Research Center Harbin Institute of Technology Harbin China

To solve the problem of the large Doppler frequency offset in the LEO communication system, this paper studies a rapid PN code acquisition method based on the pmf-fft architecture, which searches the phase and frequency offset and at the same time reduces the acquisition time. It presents an improved method equivalent to windowing function and uses windowing process to overcome the attenuation of related peak envelope caused by partial matched filters.

关键词： Doppler Frequency Offset Rapid PN Code Acquisition Algorithm pmf-fft Windowing

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基于pmf-fft的时频域双并行捕获

电讯技术 2014年第12期54卷 1663-1668页

作者：王艳艳葛海波王雯婷西安邮电大学电子工程学院西安710061

为了解决传统的pmf-fft(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform)捕获算法在信号捕获方面的不足,提出了一种新的基于pmf-fft的时频域双并行捕获方案。对pmf加改进的汉宁窗,通过调整窗系数,选择最优化的参数,减小了捕获系统输出增... 详细信息

为了解决传统的pmf-fft(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform)捕获算法在信号捕获方面的不足,提出了一种新的基于pmf-fft的时频域双并行捕获方案。对pmf加改进的汉宁窗,通过调整窗系数,选择最优化的参数,减小了捕获系统输出增益的衰减。利用fft频谱分析的特点,对fft的输入进行合理补零,输出加改进的汉宁窗,调整窗系数,基本上消除了扇贝损失。理论分析和MATLAB仿真结果证明,该方案在尽量不增加系统复杂度的情况下提高了捕获速度和频率估计精度,能够适应多普勒频偏较大的扩频伪码快速捕获。

关键词：高动态扩频信号时频域双并行捕获 pmf-fft 多普勒频移加改进窗

pmf-fft方法在P码捕获中的改进及参数设计

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全球定位系统 2018年第4期43卷 29-35页

作者：袁葱林唐小妹韩春阳孙广富国防科技大学导航与时空技术工程研究中心湖南长沙410003 北京卫星导航中心北京100084

部分匹配滤波器与fft相结合的捕获模型使用在高动态环境下导航信号的捕获中,由于它对多普勒频率误差有较高的容忍度,因此可以直接进行频域的并行搜索,大大降低了平均搜索时间,并使整个系统依然具有较高的检测概率.文中通过建立数学模型,... 详细信息

部分匹配滤波器与fft相结合的捕获模型使用在高动态环境下导航信号的捕获中,由于它对多普勒频率误差有较高的容忍度,因此可以直接进行频域的并行搜索,大大降低了平均搜索时间,并使整个系统依然具有较高的检测概率.文中通过建立数学模型,对pmf-fft捕获算法的原理及特性及其在捕获流程中的各部分损耗进行了详细的分析,并针对P码的非周期特性,使用重叠保留法对pmf-fft算法进行了改进,使用基于fft的并行码相位搜索的方法,在频域内实现了时域相关运算,进一步减少了捕获时间.最后依据"达到等效判决信噪比时总运算时间最少"原则,对算法中各项参数的设计提出了指导意见,具有一定的参考价值。

关键词：导航信号捕获 pmf-fft 捕获性能参数优化

多普勒效应对高动态GNSS信号pmf-fft捕获方法的影响研究

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多普勒效应对高动态GNSS信号PMF-FFT捕获方法的影响研究

作者：孙清龙哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

接收机在捕获信号时除伪码外还要对多普勒频率进行搜索。但高动态环境下动辄上百千赫兹的多普勒频偏以及几千赫兹每秒的变化率不仅会增加接收机的捕获时间,还会使伪码同步时的相关峰值大幅度衰减。尤其是接收到的信号又是弱信号的情况下... 详细信息

接收机在捕获信号时除伪码外还要对多普勒频率进行搜索。但高动态环境下动辄上百千赫兹的多普勒频偏以及几千赫兹每秒的变化率不仅会增加接收机的捕获时间,还会使伪码同步时的相关峰值大幅度衰减。尤其是接收到的信号又是弱信号的情况下,过大的多普勒频偏和变化率很可能使接收机捕不到任何信号。是以在高动态条件下实现卫星信号尤其是弱信号的快速捕获,具有很大的研究价值。而pmf(Partial Matched Filter)-fft算法虽然非常适合高动态环境下的应用,但是在上述情况下其应用也受到极大的限制。为解决这一问题,本文以高动态GNSS信号为研究对象,分析了多普勒效应对pmf-fft算法的影响,在Keystone变换的基础上提出了三种多普勒补偿方法,改善了算法在高动态条件下进行长时间相干累加的性能。本文的主要工作及成果如下:1.系统地分析了高动态条件下相干捕获时间较短时影响fft-pmf算法性能的因素。针对pmf频域衰减特性的影响研究了加窗的处理方法,针对fft扇贝损失的影响研究了补零法和加窗处理两种办法。另外,研究了pmf个数和伪码长度对算法性能影响,指出分段数越多算法能搜索到的多普勒频偏越大,相应地作fft的点数也越多,而且在伪码长度不够分段时不能通过补零解决,这样会降低算法性能并带来新的问题。2.详细研究了高动态条件下长相干捕获时多普勒效应对pmf-fft算法的影响。从多普勒效应的原理出发,推导了高动态GNSS信号模型,接着在此基础上分别分析了码多普勒和载波多普勒对pmf-fft相干积累的影响。针对码多普勒的影响提出了基于Keystone变换的补偿方法,而针对载波多普勒1、2阶频率变化率的影响则提出了基于DCFT(Discrete Chirp-Fourier Transform)和PCT(Polynomial Chirplet Transform)的补偿方法,并且针对DCFT又提出了延迟自相关加fft的简化方法。3.通过试验验证算法的性能,主要包括检测概率和多普勒频率捕获精度的测试。试验结果表明:在检测性能上,基于Keystone变换和DCFT的补偿方法性能最好,基于Keystone变换和延迟自相关加fft的方法最差;在多普勒频率捕获精度上,当相干捕获时间足够长时,基于Keystone变换和PCT的补偿方法性能最好,基于Keystone变换和延迟自相关加fft的方法最差。本文的研究为提高我国北斗导航系统在高动态下的捕获性能提供了理论依据。

关键词：高动态GNSS信号 pmf-fft Keystone变换 DCFT PCT

基于pmf-fft的北斗B1I弱信号捕获算法研究

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测控技术 2015年第10期34卷 15-18页

作者：任志玲杨春燕牛江龙空军工程大学信息与导航学院陕西西安710077

北斗B1频点信号中,由于NH码调制的影响,使得相干积分时间限制在1 ms,因此,在弱信号条件下,使用传统的捕获方法将无法捕获到卫星信号。针对B1I信号特点,提出了弱信号的捕获算法,该算法以pmf-fft为单元,采用改进的相干积分的算法并结合差... 详细信息

北斗B1频点信号中,由于NH码调制的影响,使得相干积分时间限制在1 ms,因此,在弱信号条件下,使用传统的捕获方法将无法捕获到卫星信号。针对B1I信号特点,提出了弱信号的捕获算法,该算法以pmf-fft为单元,采用改进的相干积分的算法并结合差分相干积分算法捕获北斗信号,改进的相干积分算法可以克服NH码调制的影响,而差分相干积分相对于非相干积分算法可以降低平方损耗。仿真实验结果表明,当取改进相干积分次数为10,差分相干积分次数为3时,该算法能够成功捕获信噪比为一37 dB左右的微弱信号。

关键词：北斗卫星导航系统 pmf-fft NH码改进的相干积分差分相干积分