Abstract:

Turbo 码是一种高效纠错编码技术,其性能可以接近香农极限,已被广泛用于信道编码领域。本文介绍了Turbo译码算法原理,并基于此给出了FPGA中的译码器设计实现方案。使用HDL语言完成了Turbo译码器的实现,并进行了验证。

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本文梳理美军项目管理的发展脉络,研究其采用项目-项目群-项目组合管理的原因和采用的方法,通过整理美军国防部、空军和海军部分数据链项目管理情况,提出数据链项目组合管理整体框架,分析其发展规律,从管理维度推动数据链互操作能力的提升。

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本文提出了超低信噪比下信号同步算法。一方面采用二次扩频保证同步段总长度,另一方面采用二次相关和差分技术抵消动态影响,实现信噪比小于-20dB下的信号同步。本文对算法进行了MATLAB仿真,最终在复旦微电子FM7VX690T器件上实现。

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精密单点定位（PPP）相较于差分技术具有明显的优势，可借助国际全球导航卫星系统服务（IGS）网站的先验数据进行外部校正，能够精确测量全球导航卫星系统（GNSS）流动站的位置。但是，PPP要完成快速静态厘米级的标定颇具挑战性，需要使用多种方法对电离层延迟、对流层延迟、卫星轨道和钟差、码相位偏差、天线相位中心效应、相位缠绕和站点位移效应等诸多误差源进行修正，以此提升标定精度并缩短收敛时间。深入剖析PPP的各种误差源，探究用于校正这些误差的PPP模型以及校正数据来源。

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针对现有D8PSK解调方法频偏估计时间长、过程繁琐等问题,本文提出一种基于相关解调的直接相位补偿方法,通过对同步时刻获取和偏差纠正算法的优化改进,提高VDB信号D8PSK解调精度,该方法在FPGA硬件平台测试表明能够满足VDB接收机大动态范围变化的误码率要求。

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传统脉冲压缩FPGA实现方法采用ROM存储波形表中所有线性调频信号的脉冲压缩系数，在整机调试过程中，如遇到调整或者新增不同时宽、带宽的线性调频信号时，传统方法需要更新或新增ROM存储脉冲压缩系数，并重新编译程序，编译耗时严重影响整机调试周期，本文提出了一种改进的线性调频信号脉冲压缩系数生成FPGA实现方法，该方法支持任意时宽和带宽线性调频信号的脉冲压缩处理，FPGA程序无需重新编译，大大减少雷达整机调试周期。最后，通过FPGA与Matlab联合仿真验证了所提方法的可行性。

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面向编队飞行的高精度定位需求，针对飞机机动性复杂的特点，提出了一种交互式多模型的改进自适应无迹卡尔曼滤波算法（IMM-IAUKF），首先引入改进的 Sage-Husa 噪声估计器，对测量时变噪声进行实时估计，增强滤波算法的实时性和稳定性；然后针对模型转移概率的先验不确定性造成的滤波精度损失问题，采用模型似然函数对模型转移概率进行自适应修正，提高了 IMM 算法模型匹配精度。实验结果表明，所提出的 IMM-IAUKF 相对传统的 UKF 算法有更高的收敛速度和滤波精度，能够为编队飞行提供高精度定位服务。

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在机场附近构建类星导航系统，为飞机进近过程提供导航引导服务，类星导航系统的完好性与飞机进近过程的安全性紧密相关。传统接收机自主完好性监测（RAIM）算法大多检测单星故障时有效，在类星导航系统出现多星故障时，容易造成漏检及误检，难以准确识别出故障星。在最小二乘残差法的基础上，采用双星局部检测统计，结合标记双星与其他星之间的相关性分析计算，一次可检测标记出 4 颗故障星，再通过回代全局统计检测验证，最终确定故障星， 提高了检测效率并降低了漏检或误检概率。通过仿真分析验证，该方法能够对多星故障做出有效准确检测。

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随着卫星信号调制技术在低轨卫星星座领域的快速发展，如何对高动态的低轨星载导航信号进行捕获已成为学术界关注的焦点。选取国际学者提出的基于扩频码和导航电文的认证结构（SNAP）信号作为分析对象，研究了改进型快速傅里叶变换（FFT）算法对该高动态信号的适用性，给出了 SNAP 信号分时捕获算法的数学模型，重点解决了码周期不连续信号在捕获阶段存在的难题，并通过 Matlab 仿真工具进行验证。仿真结果表明，在信噪比为-12 dB 时，能够捕获到多普勒频移为 100 kHz 的信号；当参与捕获信号时长为 3 ms 时，可有效克服比特跳变引起的相干积分损失现象。研究成果为新一代低轨导航接收机的捕获算法设计提供了一定参考。

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目前，多种军民用应用平台均同时部署了通信设备与全球卫星导航系统（GNSS） 接收设备，并且随着当前低轨卫星导航系统的发展，通信与导航系统之间的共存与互干扰问题已不可忽视，因此以 L 波段通信系统对北斗导航接收设备的影响为切入点，完成了二者信号兼容性的评估与试验。通过对北斗卫星导航接收设备的原始观测数据进行分析，验证通信设备对附近北斗卫星导航接收设备的影响，为提高北斗接收设备的抗干扰能力以及下一代北斗卫星导航系统建设提供技术参考。

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讨论了天线阵列对北斗空时抗干扰性能的影响，研究基于同一自适应抗干扰算法， 选取四阵元方型阵、十字型阵和 Y 型阵进行对比分析。计算机仿真给出了不同布阵方式在无干扰、 单干扰、两干扰和三干扰模式下的天线阵列方向图，并对各个布阵方式的优缺点进行了对比分析， 对北斗抗干扰天线设计有一定借鉴意义。

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精密单点定位（PPP）相较于差分技术具有明显的优势，可借助国际全球导航卫星系统服务（IGS）网站的先验数据进行外部校正，能够精确测量全球导航卫星系统（GNSS）流动站的位置。但是，PPP 要完成快速静态厘米级的标定颇具挑战性，需要使用多种方法对电离层延迟、对流层延迟、卫星轨道和钟差、码相位偏差、天线相位中心效应、相位缠绕和站点位移效应等诸多误差源进行修正，以此提升标定精度并缩短收敛时间。深入剖析 PPP 的各种误差源，探究用于校正这些误差的 PPP 模型以及校正数据来源。

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针对现有 8 进制差分相移键控（D8PSK）解调方法频偏估计时间长、过程繁琐等问题，提出一种基于相关解调的直接相位补偿方法，通过对同步时刻获取和偏差纠正算法的优化改进，提高甚高频数据广播（VDB）信号 D8PSK 解调精度，该方法在现场可编程门阵列（FPGA） 硬件平台测试表明能够满足 VDB 接收机大动态范围变化的误码率要求。

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提出了超低信噪比下信号同步算法。一方面采用二次扩频保证同步段总长度，另一方面采用二次相关和差分技术抵消动态影响，实现信噪比小于-20 dB 下的信号同步。对算法进行了 Matlab 仿真，最终在现场可编程门阵列（FPGA）器件上实现了超低信噪比下信号同步算法。

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传统脉冲压缩现场可编程门阵列（FPGA）实现方法采用只读存储器（ROM）存储波形表中所有线性调频信号的脉冲压缩系数，在整机调试过程中，如遇到调整或者新增不同时宽、 带宽的线性调频信号时，传统方法需要更新或新增 ROM 存储脉冲压缩系数，并重新编译程序， 编译耗时严重影响整机调试周期，提出了一种改进的线性调频信号脉冲压缩系数生成 FPGA 实现方法，该方法支持任意时宽和带宽线性调频信号的脉冲压缩处理，FPGA 程序无需重新编译，大大减少雷达整机调试周期。最后，通过 FPGA 与 Matlab 联合仿真验证了所提方法的可行性。

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为保证雷达电磁信号在机械转动时顺利传输，旋转关节对于传输馈线而言是雷达系统中的重要组成部分。设计了一种五路双频段宽带旋转关节，介绍了该旋转关节的关键部分设计方法，并给出了仿真验证结果。

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研究了多节点水声定位问题。对于此问题，传统的定位方案首先对各节点的接收数据进行处理，估计接收信号的到达时间参数。然后，利用估计的信号到达时间求解声源位置。由于到达时间的估计在各节点独立进行，忽略了各节点信号均对应于声源位置的事实。为此，提出了一种最大似然定位方法，该方法使用匹配滤波器的输出作为输入，直接确定声源位置。根据声源位置和匹配滤波器输出之间的关系设计了似然函数，所设计的似然函数考虑了各节点信号均对应于声源位置的事实，以充分获取多节点的处理增益。基于所设计的似然函数和最大似然估计理论，声源位置可以被直接确定。通过精度分析，从理论上分析了此方法的定位精度，验证了所提方法的有效性。结果表明，所提方法在阵内大部分区域的定位精度优于传统定位方案。

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水声信道具有传播时延长、径损耗快、通信带宽窄等特点，需要通过设计有效的 MAC 协议来合理分配信道资源，提高水下网络的性能。时分多址接入（TDMA）协议在中心不间断接收数据时的通信效率最高，很适合信息汇集业务移动组网。针对传统的 TDMA 协议存在信道资源在时间上的浪费问题，在 OPNET 仿真平台下设计了基于时隙再分配的 TDMA 协议，能够将时隙进行适应性的分配，可以近似做到中心节点不间断的接收数据包，更加充分地利用信道资源从而提高网络整体的工作效率。

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Turbo 码是一种高效纠错编码技术，其性能可以接近香农（Shannon）极限，已被广泛用于信道编码领域。介绍了 Turbo 译码算法原理，并基于此给出了现场可编程门阵列（FPGA） 中的译码器设计实现方案。使用硬件描述语言（HDL）完成了 Turbo 译码器的实现，并进行了验证。

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通过研究美军项目管理中遇到的问题，分析其采用“项目—项目群—项目组合管理” 的思路和方式，提出数据链项目组合管理整体框架，分析总结其发展规律，推动数据链装备建设与管理能力的有效提升。

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地基增强系统(GBAS)作为一种民用航空领域的新兴技术，能够为飞机提供 I 类精密进近(CAT I)甚至更高精密进近、着陆引导服务，电离层活动是影响 GBAS 服务性能的重要因素之一，因此需要对电离层活动情况进行监测并评估。基于单站法利用实际接收的双频 GPS 数据对咸阳机场的电离层活动进行长期监测，并对监测期内 GBAS 服务性能进行仿真评估。结果表明，监测期内西安咸阳国际机场电离层活跃程度较低，GBAS 服务性能未受电离层影响，可以满足 I 类精密进近的性能要求。

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传统的北斗定位可以解决大部分场景下的位置定位问题，设计了一种北斗与超宽带的组合定位模型，主要应用在卫星信号受到严重遮蔽的区域，此时利用超宽带辅助定位可以对缺少的北斗观测量进行补足，同时对超宽带基站的合理布设进行进一步分析，使其在复杂的区域内依旧满足用户的定位需求。

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北斗星基增强系统(BDSBAS)作为北斗卫星导航系统的重要组成部分，不仅是解决关键行业高完好性需求的重要手段，也是应对国际激烈竞争的重要举措，还是北斗应用走向国际的重要助力。BDSBAS 地面监测站负责卫星信号的采集、分析、预处理工作，作为提供关键数据的基础设施，合理的选址在北斗星基增强系统建设过程中尤为重要，直接影响着 BDSBAS 系统的性能。主要研究分析电磁干扰、GNSS 天线遮蔽角、多路径干扰、收星数、精度因子(DOP)、 观测值精度等因素对监测站站址选择的影响，结合理论基础与真实数据，提出了一种基于理想解排序算法的综合评价办法，来解决在有限方案中监测站最佳位置的选择问题，为后续的站点布设提供参考数据与依据。

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针对星敏异常量测对组合系统状态估计性能的影响，提出一种基于 Huber 鲁棒性估计理论的惯性/天文组合导航滤波算法。通过对广义极大似然估计理论的详细推导，给出了基于 Huber 鲁棒性估计的 Kalman 滤波（简称 H-EKF）算法流程，并基于跑车数据进行算法性能对比验证。结果表明，该算法对星敏异常量测噪声具有很好的鲁棒抑制性，与传统 Kalman 滤波算法相比，对陀螺常值漂移的估计精度和稳定性均有所提升，有效保证了惯性/天文组合系统导航精度。

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由于航向台电磁辐射场的有效覆盖范围与其部署的海拔高度、周边地形条件存在密切关系，因此，针对航向台周围的地形环境，设计了 LOC 天线模型，搭建了高性能 GIS 平台， 构建了基于 SRTM 数据的高程数字地形模型，并结合无线电信号传输模型和衰减模型，运用 Deygout 算法预测无线电在地形遮蔽下的衍射损耗值，最后实现了对航向台无线电在地形下的覆盖范围仿真评估系统的软件设计，该软件可对航向台无线电的有效覆盖范围进行仿真分析评估。

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下一代导航系统拟纳入低轨卫星（LEO）作为增强和备份。研究了地面基准站网与星载GNSS融合的高中低轨卫星联合精密定轨（POD）理论与方法，基于实测国际地面站（IGS）和低轨卫星星载GNSS数据，通过建立高精度动力学模型和观测模型，根据全球测站和区域测站两种情况进行了导航星与低轨星的联合精密定轨试验。结果表明，联合定轨可同时获得导航星和低轨星厘米级的定轨精度。低轨星作为高动态天基测站，对导航星定轨精度的提升程度可达20%~90%。

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概括介绍了GBAS进近服务类型及技术，总结了基于单频实现I类、II/III类精密精进的GBAS进近服务类型GAST C和GAST D的要点、国际标准现状和应用实施情况，详细介绍了SESAR DFMC GBAS概念框架下GAST F的技术要点，并重点分析和介绍了播发原始观测量的技术体制下实现DFMC GBAS的解决方案，包括算法处理流程、回退模式、电文和数据链路容量，为兼容北斗的DFMC GBAS的技术发展提供参考。

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针对卫星导航接收机经常受到窄带干扰影响的问题，研究块处理频域抗窄带干扰算法性能及参数选取，给出了可应用的信号处理框图，并仿真块处理频域自适应抗窄带干扰算法效果，验证了所用算法的性能及优势。

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针对当前信息化战争背景下卫星导航装备对无线测试环境的应用需求，结合现阶段国内外暗室发展现状，对矩形、穹形两种暗室进行选型分析，从静区特性、应用性能等方面进行系统仿真分析，最终采用穹形暗室作为暗室选型方案。通过满天星天线布局，模拟真实环境中的卫星轨迹和信号，构建与真实环境高度逼真的无线测试环境，能够有效支撑卫星导航装备尤其是波束成形抗干扰终端的测试，填补了国内在穹形满天星暗室方面的设计空白，可指导工程实践应用。

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推导了大方位失准角条件下，捷联惯导系统(SINS)静基座初始对准非线性误差模型，提出一种基于插值粒子滤波(DDPF)的 SINS 静基座初始对准方法。分析了插值非线性滤波原理，结合插值滤波和粒子滤波的特点，利用二阶插值滤波算法得到粒子滤波的重要性密度函数。 在静基座状态下分别基于 DDF 和 DDPF 滤波算法进行初始对准仿真实验。仿真结果表明，大方位失准角的情况下，DDPF 非线性滤波具有更快的收敛速度和更高的对准精度。

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针对日益增长的北斗授时时统零值标定需求，在建立北斗授时链路时间传递模型的基础上，深入研究了 5 种北斗授时时统零值标定技术的标定原理及其优势和不足，并利用不同型号北斗授时时统开展了零值标定实验验证。结果表明，5 种零值标定技术可分别实现不超过 0.1 ns、 0.9 ns、1.5 ns、2.0 ns、2.8 ns 的零值标定，分别适用于少量超高精度标定、小批量较高精度标定、 大批量自动化标定、日常巡检标定、快捷粗略标定等不同类型的北斗授时时统零值标定应用场合， 具有良好的工程应用价值。

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介绍了国内外星基增强系统的概况，并研究了基于卫星导航系统的性能评估技术， 结合中国拥有完整知识产权的北斗星基增强导航系统的应用，设计并实现了一套基于北斗星基增强系统的性能评估系统，通过对位置和保护级进行解算，进而对精度、完好性、连续性及可用性等性能指标进行分析与评价。

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在卫星通信链路中，串口通信故障往往涉及多个设备，若不能准确定位故障点，将影响通信任务执行。为快速定位串口通信问题，在研究串口通信模式和通信协议基础上，选取适当硬件模块，设计相应控制软件，搭建串口检测平台，将信道设备与检测平台进行连接和测试， 实现待测设备性能评估和串口状态诊断功能，为快速处置设备问题、提升设备维护效率提供支持。

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当降级采用综导信息进行传递对准时，由于舰艇综导信息与舰载装备距离较远，舰船的挠曲变形、信息时延与不同步对主、子惯导之间的传递对准精度有较大的影响。借鉴大型舰船变形模型，将舰船挠曲变形、量测时延等相关变量列入状态方程，能够显著降低挠曲变形、时延对传递对准精度的影响；并针对不同步量测信息设计序贯卡尔曼滤波器，完成对子惯导姿态的估计。仿真结果表明，该方法满足舰载制导武器传递对准的高精度和快速性要求，具有工程应用价值。

Abstract:

随着全球导航卫星系统（GNSS）地基增强系统（GBAS）在机场的长期使用，能够实现回溯历史数据、模拟卫星系统故障、进行GBAS运行性能的验证分析和问题定位，就显得很有必要，而如何使用GBAS系统记录的历史数据是实现以上功能的先决条件。通过研究实现了一套针对于GBAS原始数据的数据回放系统，方便了GBAS系统后期历史场景复现、问题定位和系统的性能验证和分析。

Abstract:

基于数据链测距的相对导航是卫星拒止情况下编队任务的重要导航手段，介绍了相对导航系统组成和工作原理，针对异步到达时间（TOA）测量、可观测性欠缺和惯导误差持续发散，尤其是成员间距较近、距离估计误差与实际距离相比占比较大时极易错误的相对定位问题，研究了基于误差累加校正的相对导航算法架构，建立了滤波状态和量测方程，开展了外场情况下的试验验证。研究表明，采用的相对导航算法，对于成员间距较近情形下相对导航定位精度和稳定性具有良好的性能表现。

Abstract:

海洋存在温度、盐度突变的海水跃层，会大幅改变海水浮力导致水下潜航器急剧下沉或上浮造成巨大危害，因此温度、盐度和深度数据是潜航器在水下导航的重要环境参数，已越来越多地被应用于潜航器的水下多源融合导航。近年来随着水下导航精度的不断提升，对温盐深数据的精度要求也越来越高，而提高传感器及采集电路的稳定性与精度、优化数据标定方法是保障数据精度的关键。传统温盐深数据采集与标定方法存在稳定性差、精度低等缺点，因此提出了一种基于最小二乘法的温盐深数据采集与标定方法，旨在提高测量精度的同时降低成本与设计难度，便于产品的工程实现。相比传统方法，本方法精度提升1个数量级，达到JJG 763-2019的一级计量要求。

Abstract:

通过国际卫星导航服务组织（IGS）采集的10 km 短基线测量数据，分析了BDS 双频、GPS 双频和BDS/GPS 组合双频的相对定位精度，结果表明，三种组合的定位精度误差均可达到厘米级，BDS 相对定位精度优于GPS，BDS/GPS 组合系统精度最高，相比单系统在E、N、U 三个方向均有明显提升，其中E 方向最大提升16%，N 方向最大提升18%，U 方向最大提升17%。

Abstract:

卫星信号地面监测系统无人值守、长期运行的特点，以及设备数量众多、交互复杂的现实状态使得对监测系统健康状态进行评估至关重要。通过对监测系统运行数据进行合理设计和处理，设计并训练回归神经网络学习挖掘监测系统运行数据的内在规律，从而实现监测系统全生命周期内健康状态评估预测，对运行数据表达出系统出现故障隐患的状态进行识别，达到故障预警的效果，从而将监测系统的事后运维方式提前至事前运维，减少监测系统故障发生率，有利于提高监测系统稳定可靠能力。

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地磁暴是地球近空间环境中经常发生的一种自然现象，为了分析地磁暴这一自然现象对全球卫星导航系统（GNSS）伪距定位性能影响情况，基于国际GNSS服务（IGS）的5个测站观测数据对2023年3月24日地磁暴事件发生前后GPS定位的伪距单点定位性能进行分析。结果表明：在发生地磁暴现象时，电离层GPS-K8改正模型的精度显著下降，影响单频基本导航用户的定位结果，但伪距单点定位精度仍在标准范围内。