刘翔[1]2007年在《低轨卫星地面站导频接收机设计与实现》文中进行了进一步梳理本文针对低轨卫星信道的特点和业务需求，以低轨卫星地面站导频接收机为应用对象，设计了可应用于高动态条件下的低轨卫星通信全数字接收机方案，重点研究了信号的同步，并对接收机进行了硬件电路实现。论文各章节安排如下：第一章为绪论。依次介绍了低轨卫星通信的现状和特点、主要关键技术及研究现状，最后介绍了本文的主要工作。第二章详细介绍了高动态卫星导频信号捕获技术(粗同步)。对捕获系统数学模型加以理论分析，对捕获系统各个模块加以详细的阐述，并分析了捕获过程各个模块及参数对信噪比的影响。最后，结合特定应用条件，提出了适合本系统的捕获策略，对其性能做了详细的分析和仿真。第叁章详细了介绍了导频信号的精同步即跟踪技术。在对锁相环基本理论简单阐述的基础上，详细论述了应用于本系统的叁个环路(锁频环，锁相环以及码跟踪环)，对环路的算法、参数选取、性能误差以及数字化等做了详细的分析。第四章介绍了接收机实现的硬件平台、主要芯片性能和接收机工作流程以及测试结果与仿真比较。第五章对整个论文工作做总结和展望。在总结论文理论分析和实际应用的基础上对工作的进一步改进提出了个人的一些看法。
王碧雯[2]2016年在《低截获直扩信号检测方法研究》文中研究说明扩频通信是把要传送的信息数据采用伪随机编码调制,实现频谱扩展后在进行传输的一种通信方式。直接序列扩频通信作为扩频通信的一种主要工作方式,具有低截获性、抗干扰性强、保密性强、工作信噪比低的优点,被广泛应用于移动通信、雷达、导航和测量领域。与此同时,在通信对抗领域,对直扩通信信号的检测与参数估计也一直是重要研究课题之一。目前,关于直扩通信信号检测与估计已有很多方法,但这些方法都是基于对常规信号(定频信号)的检测与估计,而直扩信号的功率密度谱很低,通常可以淹没在噪声中很难被发现。因此,当直扩信号工作在信噪比较低的环境下时,这些传统检测方法的性能恶化,甚至会出现错误的估计结果。总之,现阶段对直扩信号的检测与估计研究还不够全面成熟。本文以BPSK调制的直扩信号为例,对直扩通信信号的检测和参数估计进行了研究。采用了四种不同的方法对直扩信号的载波频率、伪码速率和伪码周期参数进行了估计。主要研究成果如下1.采用了载波检测算法对直扩信号载波频率参数进行估计,该算法结构简单易于实现,但其信噪比容限较低;为了改善其检测性能,本文提出了一种载波检测—MUSIC联合估计算法,其中MUSIC算法可实现对频率的高精度估计。通过仿真证明,该联合算法估计性能好且易于实现。2.在延时相乘法的基础上,分析了其可在频域检测出伪码速率的特点,并结合直扩信号自相关函数的特性对噪声进行平均,改善了算法的检测性能。在低信噪比条件下,可实现对直接序列扩频信号伪码速率的准确估计。3.在直扩信号伪码周期的参数估计方面,分析了二次功率谱算法和时域自相关检测方法,由于自相关检测器正常工作的条件极其苛刻,故采用二次谱算法对直扩信号码周期进行估计,并在此基础上引入延迟相乘算法来提高其周期分量在频域上的幅度值。仿真证明,改进算法的估计误差较小,检测性能较好。4.综合了以上改进算法,提出了直扩信号参数检测系统,该系统能够对直扩信号的载波频率、伪随机速率和伪随机码周期进行有效估计。
蔡晓磊[3]2017年在《扩频信号检测和跟踪的设计与实现》文中指出扩展频谱通信技术以其在隐藏信息、对抗干扰等方面的优势,近年来在军用和民用领域都得到了迅速发展,并取得了瞩目成就。一般情况下,伪码的周期较长,扩频信号的带宽远大于信息码的带宽,功率谱密度很低,不仅可以降低各种无线信号之间相互干扰的概率,而且能够更好的隐藏信息。在接收方,要用与发送方相同的伪码作解扩处理,恢复原始信息码信号。在各种扩频通信技术中,直接序列扩频通信技术的应用更为广泛。本文研究直接序列扩频信号的接收技术,主要包括伪码的捕获与跟踪、载波的捕获与跟踪。首先介绍扩频通信技术基础理论,接着给出本文研究的直接序列扩频信号接收算法,最后分别在Matlab/Simulink平台以及FPGA上进行了仿真与实现。本文采用基于部分匹配滤波-快速傅里叶变换(PMF-FFT)的方法实现伪码捕获,它是一个二维空间搜索的过程,可同时估计伪码偏移和多普勒频率偏移。伪码捕获采用移动伪码和移动数据两种方法。延迟锁相环的作用是根据伪码捕获的偏移量复制出与扩频输入信号同步的伪码,以实现伪码动态跟踪。伪码同步后进行载波的捕获与跟踪。对于大频偏信号,需要借助FFT处理估计扩频信号频率的大概范围完成载波捕获。载波捕获成功后进入载波跟踪过程,对输入信号的准确跟踪需要借助科斯塔斯锁相环实现。科斯塔斯锁相环是一个动态跟踪过程,当输入信号的频率或相位发生改变时,接收系统能够保持对输入信号的同步。最后,本文用扩频信号源产生信号来验证所提算法的有效性,并对扩频信号接收机的性能做了简单的分析,改进了载波捕获方法。通过仿真和硬件验证,本文研究的扩频信号检测跟踪算法能够实现对直接序列扩频信号的快速解扩解调。
蒋梦媚[4]2011年在《直接序列扩频信号的参数估计和仿真》文中研究指明直接序列扩频通信技术具有低发射功率谱密度、低截获概率、能实现码分多址功能等特点,已广泛应用于军用通信与民用通信领域。由于扩频通信系统具有较强的抗干扰和抗截获能力,给通信侦察系统带来了极大的困难。因此,对直接序列扩频信号的盲检测及参数估计在通信对抗中具有重要意义。本文首先简介了直接序列扩频通信系统的基本理论和伪随机序列的特点,然后介绍了功率谱估计、循环高阶累量和循环谱分析理论在直扩信号检测中应用的基本理论和估计算法。本文的重点是讨论直接序列扩频信号的盲检测和参数估计方法,论文完成的主要工作包括:分析了利用功率谱估计检测信号及估计载频的方法,提出了功率谱估计累加法在低信噪比下检测信号及估计载频的方法,给出了循环高阶累积量识别调制类型和估计载频、循环谱方法估计载频的方法;给出了循环自相关估计码速率、循环谱估计码速率的方法。对各种方法用MATLAB进行了计算机仿真,对比分析了信噪比和样本长度等因素对估计性能的影响,证明了算法的可行性。
杨学兵[5]2001年在《直接序列扩频信号载波频率估计的数字化方法研究与实现》文中研究指明本论文课题来源于工程中要求对直接序列扩频信号载波频率进行精确测量的客观需求。论文的目的是利用现代信号处理技术，研究一种全数字化的解扩及载波频率测量方法，并利用该方法研制一套频率测量及校正系统，以满足工程需要。 针对直接序列扩频信号，本论文提出了利用多假设并行匹配滤波法实现解扩，利用最小二乘法进行频率估计的方法。本论文运用通信原理、信号检测及估计理论以及信号与系统和随机信号处理等理论对该方法的性能进行了深入的分析，给出了理想情况下的性能曲线。 通过对该方法灵活运用，本文用较少的代价完成了频率测量及校正系统的设计，并对该系统进行了性能测试。 测试结果表明，该方法具有伪码捕获速度快，跟踪精度高，频率测量准确等优点，具有广阔的应用前景。
胡霄[6]2013年在《OQPSK信号同步算法在IEEE802.15.4通信中的应用》文中研究表明偏移正交相移键控（OQPSK：偏移正交相移键控）调制技术具备恒定包络调制技术的光谱特性，并具有非常高的频谱效率和功率利用率，在高速无线数据传输系统中广泛应用，特别是卫星通信系统和地面移动通信系统极其重要的研究方向，具有重要的理论和实用价值。随着软件无线电理论和数字通信技术的成熟，数字化无线通信系统也变得越来越普遍，而如何提高OQPSK调制解调技术的性能成为其获得应用的关键。根据某项目要求，论文研究设计OQPSK调制解调系统。在介绍了背景知识和OQPSK调制解调技术的应用现状的基础上，深入研究了OQPSK调制解调的原理及其关键技术。重点研究并构建了主要包括数字下变频、成形滤波器，接收信号同步等的关键算法，解决了在短距离通信系统中关键性的载波同步问题，提高了接收机的同步速率和准确性。搭建了OQPSK调制解调系统的MATLAB仿真平台，验证了算法的有效性。提出了一种改进的载波频率和相位联合估计方案的基于ieee802.15.4的新的调制解调算法，该算法复杂度不高，估计误差较小，对大功率用户产生的多址干扰的估计尤为准确，具有有效消除其对小功率用户产生的多址干扰、使总体误码率下降的能力。据此设计了简单高效的调制解调电路，硬件仿真表明，该解调器在复杂度方面类似于传统的非相干解调，性能方面有约5.1db的提升。
任江涛[7]2010年在《北斗接收机基带信号的捕获算法研究》文中研究表明“北斗一号”卫星导航试验系统以区域卫星导航为目标,创建了中国第一个卫星无线电系统,为中国现代化北斗全球系统的建设拉开了序幕。“北斗一号”系统主要为中国及其周边地区提供快速定位、实时导航、简短通信、精密授时等服务,对于满足国民经济、国防建设的需要,具有重大的经济和社会意义。基带信号处理模块是接收机性能的关键,扩频码同步与跟踪是影响接收机性能的关键技术。研究北斗伪码捕获技术是实现导航接收机的工作基础。本文主要任务是对基带信号的捕获算法进行相关研究。论文首先对开展本课题研究的背景进行描述。介绍了北斗“双星定位”导航原理及北斗卫星的信号结构,并对卫星信号模型进行了仿真。第二部分首先提出了北斗接收机数字基带信号处理系统方案。文中对载频与码相位分离算法进行详尽的分析。通过此算法,可以采用FFT对多普勒频偏和PN码相位进行并行捕获。FFT快速卷积相关,以及FFT与循环卷积相结合的算法可以有效提高PN码捕获的速度和精度。最后,结合实际北斗接收机所需的检测概率和虚警概率的检测性能,在低信噪比下,通过相干积分或非相干积分提高检测信噪比,达到满足要求的检测性能。应用雷达信号处理中的二元积累准则可以在较低的信噪比下获得满足系统要求的检测性能。本文利用Matlab对北斗接收机的设计方案及关键算法进行了仿真,对所提出的卫星信号的捕获算法和信号检测给出了性能分析和仿真结果。理论分析及仿真表明,本文所提方案及算法可行,达到了预期设计的目标。
吴铭宇[8]2012年在《猝发式直扩系统载波同步技术研究与实现》文中进行了进一步梳理扩频技术是一种信息传输技术，具有低截获率、抗干扰性、信息隐蔽和多址通信等特点，而猝发传输方式是高数据信令率和短时传输相结合的数据传输方式。由扩频技术和猝发传输方式相结合产生的猝发通信技术，可以在继承扩频技术可靠传输性能的基础上，利用猝发信号发送时间不确定和短时传输的特点，进一步提高信号的抗截获和抗侦听能力，因此被广泛应用于军事通信和导弹制导等军事技术领域。本文以实验室项目“XXXX系统”为研究背景，对猝发式直扩接收机系统的载波同步技术进行了深入研究，通过不同算法的MATLAB仿真分析和性能比较，提出了一种能在低信噪比和大频偏条件下有效工作，在有限长导频序列内快速实现载波同步的高性能算法，并在理论仿真的基础上，基于FPGA平台对该载波同步算法进行了硬件实现。本文首先从扩频技术的发展历史、研究现状和发展前景出发，介绍了直接序列扩频通信的理论基础，包括扩频码性能、同步技术和调制解调技术；其次结合猝发通信特点和同步实现要求，设计了猝发信号的前导字图案，同时给出猝发式直扩通信系统的总体设计方案，并对其中的功能模块进行了简明的介绍，特别是对接收机中的信号处理流程作了详细的数学推导和分析，为系统方案设计提供了有力的理论支持；接着对猝发信号捕获算法和载波跟踪算法进行深入的理论研究和MATLAB仿真，包括对基于数字匹配滤波器和扫频的捕获算法、基于CPAFC辅助的Costas载波跟踪算法以及基于FFT辅助的Costas载波跟踪算法进行仿真实现，并结合仿真结果分析，提出了一种满足系统设计要求，并适合于硬件实现的载波同步算法；然后在前文算法仿真的基础上，基于软件无线电硬件平台，采用FPGA技术对载波同步方案进行硬件实现，通过在QUARTUS II开发环境中编程下载，利用EDA软件SignalTap II工具实时捕获数据进行分析，验证了该载波同步方案的可行性；最后，对全文作了总结，同时指出了下一阶段需要完成的任务。
马佳佳[9]2012年在《高扩频比直扩系统中的解扩及同步技术的研究》文中认为随着通信技术的发展，未来的信息战也愈演愈激烈。在现代高技术战争的迫切要求下，扩频通信技术凭借其抗干扰能力强、截获率低、信息隐蔽等优良特性，近些年来成为军事领域的研究热点。突发通信由于信号发送时间短而且发送时间不确定，能够有效地躲避干扰，将突发通信技术和直接序列扩频技术结合，可以更好地提高系统的抗干扰能力。而同步是通信系统中一个非常重要的问题，是进行信息传输的前提和基础，是决定接收机性能优劣的关键。本文在一无线通信系统的项目背景下，针对高扩频比直扩系统接收机研制过程中遇到的理论和实际问题进行了研究分析，主要是伪随机码同步和载波同步。文章先对系统的整体框架及发射端的信号体制做了介绍，然后根据系统的具体指标，通过对不同的方案进行比较分析，选择匹配滤波器法来实现伪随机码同步，可以缩短码捕获时间。同时由于受多普勒等的影响，接收机本地载波与接收到的信号之间会有频率差，采用导频序列扫频的方法，可以将频差快速减小到5kHz以内。在搜索相关峰时由于传统的固定门限法不能获得良好的捕获性能，无法适应实际的应用环境，所以选用自适应门限法。当捕获完成后相位差位于1/2码片内时，启用延迟锁定跟踪环，根据误差大小自动调整本地PN码，使本地PN码和接收信号的PN码始终保持精确同步。达到同步之后的接收信号进入解扩单元，解扩出符号位。在载波同步方面，不同于常用的基于闭环的频偏估计算法如叉积法，鉴频范围在±1kHz。本文研究了一种基于开环加闭环相结合的载波同步算法，先是采用FFT开环系统进行快速频偏估计，同时利用复信号频谱具有单边性来判定频偏的正负，可只通过一次FFT便将5kHz的频偏减小到锁相环的快捕带以内，比叉积法的鉴频范围大，剩余的频偏则通过科斯塔斯闭环系统来调节。采用扫频法、FFT、科斯塔斯环相结合的方法比直接用锁相环调节、叉积法等其他方法要节省很多时间，而且纠频偏的范围可达±30kHz，需要的导频序列也少，实现起来比较简单，是算法上的一大改进。最后在MATLAB平台上构建了完整的系统仿真，从信号模型的产生到最后的同步输出，都进行了仿真并对结果进行了分析，硬件平台上也得到了验证。仿真结果表明所采用的同步算法满足项目的各项指标要求，所支撑的最小信噪比大约为-19dB，大于这个值均能实现快速捕获和载波同步，具有很强的实际应用价值。
王雪霞[10]2008年在《基于软件无线电的通信侦察接收机关键技术研究》文中研究说明近年来,随着作战理论的不断发展和作战形式的不断变化,通信侦察面临的环境越来越复杂,迅速发展的先进干扰和抗干扰通信技术也对通信侦察提出了越来越高的要求。为了应对面临的挑战,提高通信侦察系统性能一直是电子对抗领域内的研究热点。作为通信侦察系统的核心,通信侦察接收机的功能是完成对无线电通信信号进行搜索、截获、测量、分析、识别、监视,以及对辐射源进行测向和定位,以便获得信号的技术参数、辐射源位置、相关信息和情报。随着通信对抗技术的发展,基于软件无线电技术的侦察接收机成为通信侦察接收机发展的必然趋势。因此,本论文重点研究了基于软件无线电的通信侦察接收机的关键技术,进一步提高通信侦察接收机的性能,满足我军对信息进行准确的截获和侦察的需求。首先,为了满足电子对抗中对通信侦察接收机提出的宽频段、多模式等要求,本文详细分析了基于软件无线电技术的智能天线的结构和算法,建立了基于智能天线的通信侦察接收机模型,该通信侦察接收机能从时域、频域、空域对接收信号进行叁维处理,工作频段宽,波形适应能力强,系统功能模块化,软件易于升级,可扩展性好。本文研究了该通信侦察接收机中的基于多相滤波的信道化处理模块,推导了基于多相滤波结构的复信号和实信号的信道化处理模块的数学模型,对实信号信道化处理模型进行了仿真分析;并对通信侦察接收机中智能天线部分进行了深入研究,推导了基于信号循环平稳性的CAB盲数字波束形成算法,用该算法对通信侦察接收机中的数字波束形成模块进行仿真分析。由于智能天线具有良好的方向性,基于智能天线的通信侦察接收机不仅在宽频带范围内实现了全概率截获信息,还能够实现测向功能。其次,由于扩频通信在通信对抗中的广泛应用,通信侦察接收机需要对扩频通信信号进行检测和参数估计。因此,本文重点研究了对直扩信号的扩频码周期估计的倒谱法。针对短码周期估计,提出了基于经典谱估计的改进倒谱法,对传统倒谱法进行了叁方面改进:利用有偏自相关函数对功率谱进行估计、对自相关函数加窗处理、对所求倒谱进行频谱校正,仿真结果表明改进后的倒谱法比传统倒谱法的峰值更加突出、平滑,利于周期峰值搜索,信噪比容限提高了2.1dB。同时,还提出了基于现代谱估计的改进倒谱法,先用Yule-Walker法或Burg法进行功率谱估计,然后再求其倒谱并进行频谱校正,本文还总结出了适用于倒谱法的确定AR模型阶数的经验准则。仿真结果表明,应用现代谱估计的倒谱法比应用经典谱估计的倒谱法估计效果更好。针对长码周期估计,研究了m序列延迟相乘的特性,并在此基础上提出用基于延迟相乘的改进倒谱法来估计长码周期,先对待估计信号进行延迟相乘预处理,再用针对短码的改进倒谱法进行周期估计,仿真结果表明,延迟相乘预处理使改进后的倒谱法对长码信号也能进行周期估计,解决了已有的扩频码周期估计方法无法对长码周期进行有效估计的问题。然后,为了对接收到的非扩频信号或解扩后的信号进行调制方式的识别与分类,首先要提取信号特征,并选择适当的特征构成特征向量作为后续的调制识别分类器的输入。本文研究了信号基于瞬时信息的特征提取方法、基于小波分解的细节特征提取方法、基于高阶累积量的特征提取方法和基于分形理论的特征提取方法,由这四组特征参数构成了原始特征集。本文提出用遗传算法进行特征选择,在深入研究了遗传算法的原理、基本操作、运算流程与主要特点的基础上,进行了基于遗传算法的信号特征选择器设计,并用离散小波神经网络(DWNN)分类器验证遗传算法应用于数字调制识别的有效性。仿真结果表明,遗传算法能够对不同的模式组合选择出适用于该模式的特征向量,降低了特征向量维数,从而提高了后续的分类器的性能。最后,为了实现对多种信号调制方式的自动识别与分类,本文深入研究了DWNN和ART2A神经网络,在此基础上提出了基于ART2A-DWNN组合神经网络的调制识别分类器。DWNN分类器的收敛速度快,不存在局部极小点,具有较强的抗噪性,且识别特征相近的调制方式的能力较强,但是不具备可扩展性,在同时识别很多种调制方式时识别效果不佳。而ART神经网络具有良好的可扩展性和识别性能。组合神经网络分类器将ART2A-E神经网络和DWNN结合起来,ART2A-E神经网络作为组合网络的第一层,将相近模式归为一类,即进行粗糙分类,DWNN作为组合网络的第二层,分别对每一类进行详细分类。经过粗糙分类后,每个类内的模式数目变少,使得DWNN能够快速收敛,且识别准确性较高。仿真结果表明,ART2A-DWNN分类器识别信号范围广,正确识别率高,具有可扩展性,同时还具有很强的抗噪性,并且训练与识别速度快,弥补了单个神经网络分类器的不足。
参考文献：
[1]. 低轨卫星地面站导频接收机设计与实现[D]. 刘翔. 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）. 2007
[2]. 低截获直扩信号检测方法研究[D]. 王碧雯. 电子科技大学. 2016
[3]. 扩频信号检测和跟踪的设计与实现[D]. 蔡晓磊. 西安电子科技大学. 2017
[4]. 直接序列扩频信号的参数估计和仿真[D]. 蒋梦媚. 西安电子科技大学. 2011
[5]. 直接序列扩频信号载波频率估计的数字化方法研究与实现[D]. 杨学兵. 西安电子科技大学. 2001
[6]. OQPSK信号同步算法在IEEE802.15.4通信中的应用[D]. 胡霄. 西安电子科技大学. 2013
[7]. 北斗接收机基带信号的捕获算法研究[D]. 任江涛. 合肥工业大学. 2010
[8]. 猝发式直扩系统载波同步技术研究与实现[D]. 吴铭宇. 杭州电子科技大学. 2012
[9]. 高扩频比直扩系统中的解扩及同步技术的研究[D]. 马佳佳. 杭州电子科技大学. 2012
[10]. 基于软件无线电的通信侦察接收机关键技术研究[D]. 王雪霞. 哈尔滨工业大学. 2008
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