卫星测控系统混沌复合码设计及同步技术研究

论文摘要

随着通信与航天技术的不断发展,卫星测控系统功能需求不断增加,扩频系统是实现测控系统通信、测距融合统一的有效途径,扩频测控逐步成为应用趋势。扩频测控系统的性能主要由两方面决定,一方面是扩频码的设计性能,另一方面是实际接收机的精度,而决定接收机精度的主要是信号同步的性能。扩频系统的抗干扰、多址复用等特性都要求精确的载波、扩频码、时钟同步,而扩频信号的同步包含捕获与跟踪两部分。因此,本课题基于混沌序列,分别从混沌复合扩频码的设计与性能评估、非相干扩频信号的捕获与跟踪开展研究。以期提高扩频测距系统同步能力,从而提升卫星测控系统服务质量。基于上述目标本课题研究的主要内容如下:首先,针对传统伪随机码安全性差,常规二值量化混沌码平衡性差的问题,提出一种可以满足扩频码平衡性强约束的混沌复合码。利用Welch界的评估方法,该方法涉及扩频码捕获、跟踪、抗干扰及平衡度等方面的评估。对本文设计的混沌复合码进行建模与仿真,对比分析其与GPS、北斗系统扩频码的性能差异。理论分析与仿真结果表明:所提出的混沌复合码平衡度满足强约束,抗截获能力强,相关特性好,满足捕获、跟踪和抗干扰要求,且码字空间大。其次,研究非相干扩频信号的捕获技术。在经典并行捕获算法原理基础上,针对高动态非相干扩频信号的特殊体制,分析PMF-FFT（部分匹配滤波傅里叶变换）捕获算法。仿真结果表明:通过增加非相干累积次数可有效解决弱信号的捕获问题,PMF-FFT算法可有效增大高动态信号的捕获范围并解决非相干扩频信号信噪比损失问题。最后,研究非相干扩频信号的跟踪技术。针对非相干扩频信号信息比特与扩频码时钟非同源,扩频比连续可调的信号体制,提出一种可以动态改变跟踪环路相干积分时间的比特跟踪环。在常规载波跟踪环和扩频码环的基础上融合比特跟踪环实现三环联动,克服了比特跳变时刻可变、环路更新时间不确定的难点,实现同步跟踪非相干扩频测控信号。系统仿真结果表明:所设计的比特跟踪环路可有效解决非相干扩频信号比特翻转引起的相干解调信噪比损失,保证跟踪环路正常工作,在归一化载噪比为51dB·Hz条件下,信息速率低于17.5Kbps时,误码率可满足10-5。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 扩频码的研究现状
•     1.2.2 同步技术研究现状
•   1.3 论文研究内容及结构安排
• 第2章 混沌复合码的设计与性能评估
•   2.1 扩频码通用设计框架
•   2.2 扩频码的性能测度
•     2.2.1 基于Welch界的捕获性能指标
•     2.2.2 基于Welch界的跟踪性能指标
•     2.2.3 基于Welch界的抗窄带干扰性能指标
•     2.2.4 平衡度指标
•     2.2.5 综合性能指标
•   2.3 混沌复合扩频码构造
•     2.3.1 常规混沌映射
•     2.3.2 混沌序列的生成及分析
•     2.3.3 混沌复合扩频码的设计
•   2.4 混沌复合扩频码的性能评估
•   2.5 本章小结
• 第3章 非相干混沌复合扩频码捕获
•   3.1 系统模型
•   3.2 常规捕获算法
•     3.2.1 捕获原理
•     3.2.2 并行频率捕获
•     3.2.3 并行码相位捕获
•   3.3 PMF-FFT捕获及改进
•     3.3.1 PMF-FFT算法原理
•     3.3.2 PMF-FFT参数分析
•     3.3.3 弱信号累积
•   3.4 仿真与分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 非相干混沌复合扩频码跟踪
•   4.1 跟踪环路设计思路与原理
•   4.2 载波跟踪环路分析及实现
•     4.2.1 载波环结构
•     4.2.2 鉴相分析
•     4.2.3 载波环的实现
•   4.3 码跟踪环路分析及实现
•     4.3.1 延迟锁定环
•     4.3.2 鉴相分析
•     4.3.3 扩频码环的实现
•   4.4 比特跟踪环路设计及实现
•     4.4.1 比特环路设计
•     4.4.2 参数设计
•     4.4.3 比特环与载波环、码环的组合
•   4.5 系统仿真与分析
•   4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 熊洋

导师: 薛睿

关键词: 扩频测控,非相干扩频,混沌码,捕获,跟踪

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 哈尔滨工程大学

基金: 上海航天科技创新基金——“新一代GNSS系统星间链路通信测距一体化技术研究”

分类号: TN927.2;O415.5

总页数: 80

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