测控信号数字处理关键技术研究

论文摘要

测控通信系统是航天器和导弹系统的重要组成部分,担负着对航天器和导弹的遥控和遥测任务。目前,我国测控通信系统的信号形式正从非扩频体制向扩频体制发展;中频端的处理方式正从模拟电路或数-模混合电路向全数字处理方式发展;实现功能正从单一的分散模式向综合基带处理模式发展;设备形式正从专用设备向通用设备发展。本论文正是在这一背景下,对测控信号数字处理的关键技术进行了深入研究,目的是实现可靠性高、通用性强、复杂度低和安全性好的测控设备。首先,研究了短时突发直接序列扩频信号的快捕问题。在同时采用时分多址和码分多址技术的通信系统中,伪码同步性能对系统性能具有重要的影响。论文提出了一种改进的伪码相位-载波频率二维搜索的算法,并推导出该算法捕获性能指标的近似计算公式。与改进前的算法相比,它具有捕获时间短、硬件实现复杂度低、高精度捕获灵活性强和信噪比大动态时残留载波频差小的特点。其次,研究了大频偏弱直接序列扩频信号的快捕问题。在有同步字段的情况下,设计了一种快速捕获算法,并推导出了各性能指标的计算公式,分析了各参数对性能指标的影响;分析了伪码异步对常用捕获算法的影响,提出一种改进算法并分析了性能。在无同步字段的情况下,提出了一种快速捕获算法,推导出了各性能指标的计算公式。在推导出分段匹配滤波器对应性能计算公式的基础上,与改进算法的性能进行了详细比较。再次,研究了双模式信号的快速识别与捕获问题。提出了一种双模式信号的快速捕获算法和评价双模式信号识别与捕获性能的指标,推导出了详细的计算公式,并与现有实现算法进行了比较。最后,研究了相干模式下信号的全数字重构问题。提出了一种未知调制侧音频率和调制指数时FFT频率引导的算法,推导出了其性能指标的计算公式,并与当前实现方式进行了比较。分析了目前硬件水平下采用低性能频率源作为数字器件处理时钟时对载波恢复性能和侧音恢复性能的影响,并对分析结论进行了系统验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 测控系统的相关背景
• 1.1.2 直接序列扩频信号捕获方法概述
• 1.1.3 频差估计方法概述
• 1.1.4 相干模式中信号重构方法概述
• 1.2 研究问题和主要工作
• 1.3 主要创新点
• 1.4 组织结构
• 第二章 短时突发直接序列扩频信号的识别与捕获
• 2.1 引言
• 2.2 算法描述
• 2.3 性能分析
• 2.3.1 判决分量的分布函数
• 2.3.2 算法捕获性能指标分析
• 2.4 高动态环境下捕获门限的相关问题
• 2.4.1 问题的提出
• 2.4.2 解决方法
• 2.4.3 新门限设置算法对系统性能的改进
• 2.5 直接序列扩频信号的高精度捕获方法及其性能
• 2.5.1 问题的提出
• 2.5.2 改进的高精度捕获方法
• 2.5.3 改进高精度捕获算法的捕获性能
• 2.6 某直接序列扩频通信系统伪码捕获的实现
• 2.6.1 系统描述
• 2.6.2 伪码捕获方案及其性能分析
• 2.7 小结
• 第三章 微弱直接序列扩频信号的识别与捕获
• 3.1 引言
• 3.2 含同步字段的微弱直接序列扩频信号的识别与捕获
• 3.2.1 算法描述
• 3.2.2 性能分析
• 3.2.3 观测窗口效应
• 3.3 无同步字段的微弱直接序列扩频信号的识别与捕获
• 3.3.1 算法描述
• 3.3.2 性能分析
• 3.3.3 观测窗口效应
• 3.4 小结
• 第四章 双模式信号识别与捕获
• 4.1 引言
• 4.2 算法描述
• 4.3 性能分析
• DS和V_DS 的统计特性'>4.3.1 U|—_DS和V_DS的统计特性
• PM和V_PM 的统计特性'>4.3.2 U|—_PM和V_PM的统计特性
• c'>4.3.3 双模式信号正确识别概率P_c
• d'>4.3.4 双模式信号正确捕获概率P_d
• 4.3.5 各指标仿真分析
• 4.3.6 与TDRSS 第四代用户应答机相关性能的比较
• 4.4 数值结果
• 4.5 小结
• 第五章 相干模式下信号的全数字重构技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 相干模式下全数字中频应答机的结构
• 5.3 高动态情况下载波的快速引导技术及其性能
• 5.3.1 改进的快速引导算法
• 5.3.2 改进算法的性能分析
• 5.4 晶体振荡器性能对数字重构信号的影响
• 5.4.1 晶体振荡器性能对载波重构性能的影响
• 5.4.2 晶体振荡器性能对侧音重构性能的影响
• 5.5 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 频域相关器与匹配滤波相关器的关系
• 附录B 关于Monte Carlo 实验次数的估计
• 附录C AGC 场强指示（RSSI）与信噪比的关系
• 附录D 检测性能评估的部分指标之间的关系
• 附录E 正态分布随机变量的常用参数定义
• 附录F FFT 分析子带的幅频特性及其噪声等效带宽