一种新型的用于深空高动态微弱信号载波跟踪环

发布时间：2025-01-04 06:19

　　 分析了深空通信中高动态微弱信号载波跟踪方法,提出并分析了载波跟踪中状态方程非线性与量测方程的非线性取舍问题,分析了滤波过程中影响高动态与低信噪比的决定因素,给出了两个推论,提出了强跟踪算法的必要性。并以此选择了以传统卡尔曼滤波(KF)为基础,以锁相环(FLL)、无迹卡尔曼滤波(UKF)为辅助使用两种工作模式来应对不同环境。针对组合跟踪环路状态转换过渡易出现的频率阶跃问题,给出新型环路的工作模式及切换门限的数学表达式,在环路中添加计算判别器,实时控制环路输出的同时不浪费计算力地剔除了野值,提高了环路稳定性。仿真表明,该新型环路算法与现有的算法相比有很好的低信噪高动态适应能力,消除了切换峰值,剔除了野值。

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【部分图文】：

图1 载波跟踪环路结构

本文提出的新型载波环路如图1所示,在通常的低信噪比高动态环境下,使用强跟踪KF算法进行跟踪,KF算法解决了动态性和跟踪精度的矛盾问题,强跟踪算法在一定程度上修正了算法模型的不准确,增强算法的鲁棒性。而在更低的信噪比下使用非线性滤波即强跟踪UKF算法。FLL为环路提供初牵引。三者的....

图2 工作模式示意

设定FLL工作时为状态A,KF工作时为状态B,UKF工作状态为C。整个环路模式切换如2图所示。本文提出的新型环路增加了一个计算判别模块控制3种模式转换,考虑到复杂度与环路锁定速度,该模块内的算法应尽量简单,以求和运算、条件判断为主,尽量避免出现乘法、指数运算及循环。计算判别模块有....

图3 主程序算法流程

综合前文所讨论计算判别器的功能,图3给出了其主程序算法流程。4仿真校验

图4 低载噪比高动态信号载波跟踪曲线

传统的3阶锁相环无法跟踪载噪比为25dB·Hz的高动态模型。在500ms处突然加入-25gn/s的加加速度。如图4所示,在四维状态模型下,加加速度无法实时精确跟踪,明显观察到KF已然发散,强跟踪UKF能最快回归收敛。为对比在低信噪比时的性能,令输入信号载噪比为25dB·Hz....

本文编号：4023031