北京航空航天大学学报

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李惠峰, 葛亚杰, 李昭莹

2013, 39(5): 569-573.

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针对高超声速飞行器末段打击问题,提出了具有自适应能力的比例导引律,实现了高精度定点定向打击.通过纵向进入条件的分析,设计了一种提高比例导引进入时间的收敛策略,从而使飞行器有足够的时间进行横纵向调整,保证了落角落点约束的满足.由于制导参数直接影响落点和落角的精度,而飞行器动力学约束会导致无法理想响应制导指令,因此设计了一种闭环非线性自适应律,通过在线选择制导参数确保飞行器以高精度命中目标.仿真结果表明了该末制导方法的有效性和准确性.

太阳中纬度探测共振借力轨道设计

李小玉, 郑建华

2013, 39(5): 574-579.

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针对太阳中纬度探测任务,设计了共振借力轨道方案.根据离开超越速度的解析表达式得到借力后日心轨道的可行集并将结论推广到任意借力行星.进而提出RRpInc图形化设计方法,通过RRpInc图分析得到共振借力的超越速度大小直接决定了最终轨道倾角.以共振借力行星作为目标星体设计借力转移轨道,以逃逸速度和到达超速作为性能指标,采用多目标优化算法优化.给出了两个设计方案:方案1选择金星作为共振借力行星,探测器通过"金星-地球-地球"借力飞行增加金星共振借力前的超越速度;方案2选择地球为共振借力行星,探测器在木星借力后返回地球共振借力.两个方案最终轨道倾角分别约为30°和35°.

空中最小操纵速度的人机闭环数学仿真计算

贾重任, 黄成涛, 王立新

2013, 39(5): 580-584.

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空中最小操纵速度V_MC的确定是民机适航符合性验证的一项重要内容,其取值大小是飞机方向舵与发动机布局设计的重要依据之一.基于对飞机空中最小操纵速度的适航符合性验证试飞过程的物理认识,提出了初步确定V_MC的数学仿真计算新方法.根据V_MC验证试飞过程中驾驶员的操纵行为特点,建立了驾驶员的数学模型,进而构建了相应试飞任务的人机闭环飞行数学仿真模型.通过对飞机的V_MC验证试飞过程进行准确的数学仿真模拟,可得到不同验证条件下的空中最小操纵速度.该方法对于指导飞机的方案设计与适航符合性验证试飞等都具有一定的理论指导意义与实际的工程应用价值.

修正的动力盘模型与三维模拟螺旋桨滑流比较

段中喆, 刘沛清, 屈秋林, 刘振臣

2013, 39(5): 585-589.

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比较用于研究螺旋桨滑流对机翼影响的4种数值模拟方法,即未进行修正的动力盘数值模拟、修正的片条理论应用于动力盘模型的数值模拟、有旋转的修正的片条理论应用于动力盘模型的数值模拟及定常三维实体螺旋桨数值模拟求解RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程.以某半径为1.008 m三叶螺旋桨在转速为2 575 r/min,飞行速度为 66.889 m/s 工况下螺旋桨后的轴向和环向诱导系数作为评估依据进行比较,结果表明:修正的动力盘模型和三维实体模型数值模拟能预测螺旋滑流区内的流动情况,而三维实体模型能更多地反映流动细节,但是会增加计算成本,表明动力盘模型可以替代三维实体螺旋桨进行数值模拟.

DES方法对返回舱气动热环境数值模拟

刘佳, 阎超, 赵瑞, 蒋海军

2013, 39(5): 590-594.

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脱体涡模拟方法(DES,Detached Eddy Simulation)由于结合了湍流模型(RNAS,Reynolds Averaged Navier-Stokes)和大涡模拟(LES,Large Eddy Simulation)两者各自优势,是模拟非定常大分离流动的有效方法.采用基于SA(Spalart-Allmaras)湍流模型的DES方法,对高超声速返回舱外形进行数值模拟,计算所得的返回舱表面压力及热流分布与实验结果吻合,证实了DES方法的优越性.最后,在DES方法中加入可压缩修正,结果证实在高超声速流动中,可压缩修正方法在一定程度上能够提高原始模型的预测性能.

大型飞机起落架收放控制系统仿真

屠毅, 肖翔, 李楠

2013, 39(5): 595-599.

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起落架收放控制系统设计需考虑多种约束条件和影响因素,系统仿真平台的使用是辅助系统设计的重要手段.基于流体系统仿真软件Flowmaster,建立了大型飞机起落架收放控制系统液压附件仿真模型,在此基础上构建了完整收放控制系统仿真模型.基于建立的系统仿真模型,进行了正常飞行状态下起落架收上过程仿真分析,仿真结果给出了液压作动器尺寸设计对收放过程中系统入口压力需求、系统液压流量及起落架收放时间的影响.该仿真方法可用于起落架收放控制系统初步设计及多种飞行状态下设计方案的校核.

空舰导弹纯方位攻击目标指示优化方法

孙涛, 谢晓方, 唐江, 薛文国

2013, 39(5): 600-604.

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纯方位攻击是中远程空舰导弹适应复杂电磁环境下作战的有效途径,但由于目标距离信息缺失,其目标指示和火控解算问题难以解决.在分析机载传感器方位角量化误差的基础上,提出了基于机载传感器方位角速度测量的目标参数优化估计方法,对优化前后的误差进行了分析和对比;从机载无源雷达和全向告警器两个途径分析了所提出优化方法的定位精度分布情况.仿真结果表明:该方法的定位误差受目标方位与机载传感器量化误差的共同影响,存在误差发散区域.在此基础上,提出纯方位攻击条件下载机机动优化的策略是对目标定位误差发散区域进行规避,并尽可能远离该区域.

基于弱耦合的翼伞气动变形数值模拟

张春, 曹义华

2013, 39(5): 605-609.

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对不带气室翼伞和带气室翼伞的气动特性和结构变形进行三维数值模拟,分析气室对翼伞气动特性和结构变形的影响.流场方面,采用有限体积法求解Navier-Stokes控制方程,选用剪切应力输运(SST,Shear-Stress Transport)k-ω湍流模型;结构方面,假定翼伞有初始形状,使用插值方法映射传递流固交界面的压力数据,通过ANSYS计算翼伞伞衣的气动变形.结果表明:气室对阻力影响不大,对升力的影响主要表现在大迎角情况下;翼伞柔性和尺寸大小对其有利迎角的范围影响不大;翼伞的气动变形和最大主应力主要集中在气室中前部分,带气室翼伞由于有肋片加强的缘故,伞衣气动变形较小,一定程度上保证了翼伞的气动特性.

基于聚类PSO算法的舰载机舰面多路径动态规划

韩维, 司维超, 丁大春, 宋岩

2013, 39(5): 610-614.

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对舰载机舰面多路径动态规划问题,提出了基于聚类粒子群(PSO,Particle Swarm Optimization)算法进行解决的方法.首先建立了舰载机舰面多路径动态规划问题数学模型;其次,在建立航母舰面环境模型、舰载机"凸壳"模型、碰撞检测模型的基础上,利用聚类PSO算法进行问题求解;最后,通过编制程序对该解决方法予以实现.仿真结果表明利用聚类PSO算法所求解的结果比较精确,且计算效率也符合实际要求.因此基于聚类PSO算法对舰载机舰面多路径动态规划问题进行求解是可行的.

基于非正交干涉矩阵的飞机装配序列规划方法

孙占磊, 赵罡, 韩鹏飞, 郭春英

2013, 39(5): 615-620.

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针对飞机装配中外形曲面特征多、装配关系复杂、连接方式多样等带来的装配工艺设计问题,提出了一种基于非正交干涉矩阵的飞机部件装配序列规划方法.通过分析被装配零件的结构特点,增加非正交的装配坐标方向,构建了非正交干涉矩阵;给出了装配可行性的推导方法,实现了装配序列的自动生成.并以装配时间为目标函数,采用遗传算法对装配序列进行了优化.基于MATLAB仿真平台,对某型号飞机舱门装配过程进行了模拟.仿真结果表明,该方法简单易行.与传统的基于正交干涉矩阵的方法相比,对于可装配性和装配效率都有显著提高.

民机飞行载荷谱编制方法

刘晓明, 万少杰, 熊峻江, 李强

2013, 39(5): 621-625.

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探索了由同类机型的飞行实测载荷统计数据,推断新设计机型的飞行谱,进而编制其载荷谱的新途径.采用国外同类飞机的飞行实测载荷统计数据,依据类比法,分析和推断出某民机的飞行谱以及各飞行状态连续应力谱;在此基础上,根据民用运输机的TWIST编谱方法,编制了各飞行状态的突风和机动载荷谱,最终,随机生成了其飞行谱对应的5×5地-空-地载荷谱,从而验证了探索途径的可行性与有效性.采用该方法可以加快民机研制周期.

跨音速风扇全环叶片颤振特性的流固耦合分析

郑赟, 杨慧

2013, 39(5): 626-630.

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发展了求解叶片颤振问题的流固耦合计算方法和全环叶片振动的气动弹性模型,在每一时间步同步求解流体运动方程和叶片振动方程并交换边界信息;流体域求解了非定常雷诺平均N-S方程,得到每一步由于叶片变形而引起的流场变化;叶片变形则由积分叶片表面受到的气动力并求解结构动力学方程得到.颤振分析是在全环叶片模型上进行的,并解除了预先设定叶片间相位角的限制.此方法的显著特征是在一次气动弹性计算过程中,可同时分析叶片多个固有模态、多个节径下的气动弹性稳定性,大大提高了使用时域法进行叶片排气弹分析的计算效率.考察了NASA rotor 67风扇全环模型在堵塞点、最高效率点和近喘点3个气动工况下,节径变化对叶片气动弹性稳定性的影响,给出了不同模态下气弹最不稳定状态对应的叶片振动节径形式.结果表明,振动形式对于叶片气动弹性稳定性的影响很大.

用GAO-YONG湍流模式对分离流动的数值模拟

高琳, 高歌, 江立军

2013, 39(5): 631-634,639.

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采用GAO-YONG湍流模式对二维管道内三角形钝体绕流问题以及槽道内后台阶分离流动进行了数值模拟.求解程序基于开源数值计算平台OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation),数值模拟结果很好地预测了钝体绕流问题中漩涡脱落的尾流的流动趋势以及后台阶流动中分离再附的流动结构,同时分析了速度分布以及摩擦系数等参数并与实验值进行了对比,结果符合很好.这表明GAO-YONG湍流模式对大分离流动有较好的预测能力,对工程实践具有指导性作用.

基于光谱特征的自适应子空间波段选择方法

徐秋, 李娜, 赵慧洁, 李旭东

2013, 39(5): 635-639.

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针对现有波段选择方法无法依据感兴趣地物划分数据子空间及子空间划分容易受背景地物影响等问题,提出一种基于光谱特征的自适应子空间波段选择方法.利用感兴趣地物的光谱曲线,建立光谱自适应因子(SAF,Spectral Adaptive Factor);通过聚类划分子空间,在每个子空间内,利用J-M距离筛选类别可分性最大波段作为子空间最优波段,从而得到整个数据空间的最佳波段组合.利用AOTF (Acousto-Optic Tunable Filter)成像光谱仪数据与波段指数(BI,Band Index)和基于类间可分性最佳波段选择两种方法比较,SAF方法选择的最佳波段组合,包含信息量丰富,地物之间差异较大,且地物平均J-M距离大于另外两种方法.用最大似然法(maximum likelihood)对最佳波段组合进行分类,总体分类精度为96.8%,Kappa系数为0.894.结果验证了SAF方法的有效性和实用性.

一种爬壁机器人的动力学建模

岳荣刚, 王少萍

2013, 39(5): 640-644.

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City-Climber是1台爬壁机器人,为研究该机器人的3D路径规划问题,建立了City-Climber在方形房间内运动的运动学模型和动力学模型,该动力学模型包括3个子模型,机器人在地面、墙壁和天花板的运动分别用1个子模型描述.引入无量纲变量分别对3个子模型进行简化,再用Matlab软件对模型进行仿真,验证了动力学模型的正确性.该模型可用于解决City-Climber在3D环境下的路径规划和避障问题.

基于四元数平方根容积卡尔曼滤波的姿态估计

钱华明, 黄蔚, 葛磊, 张广拓

2013, 39(5): 645-649.

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针对飞行器姿态确定中乘性扩展卡尔曼滤波(MEKF, Multiplicative Extended Kalman Filter)在较大初始姿态误差角情况下存在估计精度低及收敛速度慢的问题,提出了一种四元数平方根容积卡尔曼滤波(QSCKF,Quaternion Square-root Cubature Kalman Filter)算法.在推导姿态确定系统四元数非线性误差模型的基础上,采用容积数值积分理论来计算非线性函数的均值与方差,同时使用平方根的形式来提高数值稳定性;针对四元数规范化问题,采用拉格朗日代价函数法求解四元数加权均值.仿真结果表明:在初始姿态误差较大的情况下,该算法相比较于MEKF以及无迹四元数估计法(USQUE, Unscented Quaternion Estimator),估计精度高且收敛速度快,滤波稳定性好,同时估计时间比USQUE缩短了1/3.

工作流模型时间与费用性能评估算法

潘军, 刘丽

2013, 39(5): 650-654.

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对无环工作流模型的时间与费用性能参数进行分析,通过引入循环结构的提取算法,实现对有环工作流模型的时间与费用性能评估.利用改进的Tarjan算法和七元组来提取和存储每一个循环结构的参数信息.分析所有的七元组,计算所有标志节点的进度与费用值.有环结构中的循环结构在被提取完之后,会转化为无环结构,利用无环模型的算法即可进行进度与费用的评估.实验证明:算法能很有效地评估复杂模型的进度与费用性能,算法执行效率高,计算结果准确.

正态逼近与基于覆盖宽度的EM估计

韩立岩, 蔡明生, 尹力博

2013, 39(5): 655-659.

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提出了非正态分布的有限混合正态分布的逼近思路.为了解决混合正态分布中正态分布个数的确定问题,针对基于极大似然估计的期望最大化(EM,Expectation Maximization)算法,提出了最大覆盖宽度的定阶原则.实证结果表明该方法的可行性.在阶数确定上,最大覆盖准则要优于赤池信息准则,而在宽度计算中,对于最大均值和最小均值的基于标准差的权重调整是必要的.

基于物理光学假设的导体表面电流密度误差分析

姬金祖, 马云鹏, 黄沛霖, 张中建

2013, 39(5): 660-664.

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用物理光学法计算理想导体雷达散射截面过程中,需要基于无限大切平面假设计算表面电流密度.只有对表面比较光滑的电大尺寸目标,该假设才近似满足,而在一般情况下由该方法求得的表面电流密度存在误差.将二维导体圆柱、方柱以及三角柱等构型在不同入射频率、极化下的物理光学表面电流密度与精确解或矩量法结果进行了对比.分析表明:横磁波照射时物理光学法除在顶点处有较大误差外,基本能够正确反映出表面电流密度分布情况.横电波情形下物理光学法难以如实反映照射面和阴影面电流的谐振变化,与入射方向平行的面上表面电流密度也有较大误差.

任意曲面上射线的寻迹方法

陈志贤, 苏东林, 刘焱, 方向

2013, 39(5): 665-669.

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摘要:
为计算任意曲面上天线间的隔离度,提出一种射线寻迹的新算法——最小夹角法.首先对任意曲面表面进行三角形网格剖分,并按照文中要求的格式生成模型表面网格数据;用文中提出的"最小夹角法"对上述网格数据进行处理,从而达到快速准确地找出任意曲面上、任意两点间的短程线.求解了位于圆柱体、椭球体及任意组合体上任意两点间的短程线长度,验证了"最小夹角法"的准确性.

金合金锡铅软钎焊接头脆性行为

尹娜, 曲文卿, 杨淑娟, 李睿

2013, 39(5): 670-673.

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摘要:
采用Sn63Pb37钎料对Au60AgCu合金进行钎焊试验.对钎焊接头的微观组织、显微硬度、化合物相成分、力学性能及断口形貌进行了分析,并探讨了界面化合物相对接头脆性的影响.结果表明:Au60AgCu合金接头化合物主要由AuSn₂,AuSn₄和Ag₃Sn组成.金属间化合物的硬度很高,其厚度随钎焊温度的升高及保温时间的增长而增厚.钎焊接头剪切性能测试表明,断裂发生在金属间化合物层,断口形貌为脆性断裂.

Al-Li合金搅拌摩擦焊搭接接头的疲劳性能

张丹丹, 曲文卿, 杨模聪, 柴鹏

2013, 39(5): 674-678.

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摘要:
通过疲劳寿命试验、疲劳断口和金相组织分析,研究了Al-Li合金搅拌摩擦焊搭接接头的疲劳性能,分析了接头前进侧热机影响区(TMAZ, Thermal-Mechanically Affected Zone)出现的"钩状缺陷"对其疲劳性能的影响.结果表明,钩状缺陷容易引起裂纹萌生及扩展,减小接头的有效承载板厚,适当缩短搅拌针长度可以改善钩状缺陷,提高接头力学性能.母材与搭接接头的疲劳S-N曲线研究表明:在高疲劳应力下,接头的疲劳寿命接近母材,但随着疲劳应力水平降低,接头的疲劳寿命急剧下降,200万循环周次下的疲劳强度仅达到80 MPa,为母材的35%.

包含引力辅助变轨的三体Lambert问题求解算法

罗钦钦, 韩潮

2013, 39(5): 679-682,687.

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摘要:
对包含引力辅助变轨的三体Lambert问题提出了一种数值求解算法,分为转移轨道初始设计和终值搜索两部分.采用伪状态理论,通过简单迭代求解高精度的转移轨道初始设计结果,在此基础之上,通过数值积分在更复杂的摄动环境中,计算精确的转移轨道和一二阶状态转移矩阵,并利用二阶微分修正算法搜索最终解.经过数值算例检验,这种方法具有较高的效率和鲁棒性,可以有效解决三体系统中引力辅助转移轨道的高敏感性问题.

电离辐射对部分耗尽SOI器件关态电流的影响

恩云飞, 刘远, 何玉娟

2013, 39(5): 683-687.

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摘要:
针对辐射前后环栅与条栅结构部分耗尽绝缘体上硅(SOI,Silicon On Insulator)器件关态电流的变化展开实验,研究结果表明辐射诱使关态电流增加主要取决于侧壁泄漏电流、背栅寄生晶体管导通、带-带隧穿与背栅泄漏电流的耦合效应.在条栅结构器件中,辐射诱生场氧化层固定电荷将使得器件侧壁泄漏电流增加,器件前、背栅关态电流随总剂量变化明显;在环栅结构器件中,辐射诱使背栅晶体管开启将使得前栅器件关态电流变大,而带-带隧穿与背栅泄漏电流的耦合效应将使得器件关态电流随前栅电压减小而迅速增加.基于以上结果,可通过改良版图结构以提高SOI器件的抗总剂量电离辐射能力.

复合材料构件R区的超声相控阵检测实验

张冬梅, 于光, 周正干, 徐娜

2013, 39(5): 688-692.

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摘要:
针对复合材料构件R区的超声检测问题,开展超声相控阵检测实验研究.分析R区的检测难点,利用超声相控阵检测技术的优势,分别提出了基于相控阵弧阵换能器和线阵换能器的两种检测方法;对复合材料L型试样的R区进行超声相控阵检测实验,验证了两种检测方法的正确性;并与常规超声检测方法进行对比,分析了超声相控阵技术检测R区的技术优势.研究结果表明:超声相控阵检测技术具有适用性强、检测效率高等优势,可以满足复合材料构件R区的检测要求.

基于连续性条件的体PIV后处理技术

高琪, 王成跃, 王洪平, 王晋军

2013, 39(5): 693-696.

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摘要:
对粒子图像测速技术(PIV,Particle Image Velocimetry)体空间内三维速度场的后处理技术进行研究,引入不可压缩连续性方程的约束对实验测得流场进行修正,使得修正后流场严格满足差分形式的连续性方程.通过流场修正的后处理技术实现拉格朗日乘数法求解全流场修正速度场二范数的极小值.理论推导严格证明了修正后的速度场在数学上更接近满足连续性方程的真实流场.对解析流场引入高斯噪音来进行人工模拟的测试,其结果进一步验证了修正后流场能更趋近于真实流场,对流场中出现的PIV常见的高斯分布噪音有一定的消弱作用.该技术被成功应用于实验数据的后处理,结果表明其能改善测量速度场的平滑度.

基于神经网络的电磁干扰的预测

杨天鹏, 马齐爽, 谢清明

2013, 39(5): 697-700,705.

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摘要:
提出了一种应用神经网络预测电磁干扰的方法.针对遗传算法总体搜索能力较强但容易陷入局部最优,而模拟退火算法具有较强的局部搜索能力,又能避免搜索陷入局部最优解的特点,将模拟退火算法与遗传算法相结合,优化多层前馈(BP, Back Propagation)神经网络,获取最优的权值和阈值,并采用模拟退火的思想确定隐含层神经元的个数,进而建立基于神经网络的电磁干扰预测模型.以双平行导线间的电磁干扰问题为实例,明确干扰要素,建立训练样本和测试样本,对比期望输出和预测输出之间的误差,结果表明该方法可以准确有效地进行电磁干扰预测.

基于多机理竞争退化的导弹贮存可靠性分析

罗湘勇, 黄小凯

2013, 39(5): 701-705.

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摘要:
远程转换开关、无线电高度表、雷达角自动装置、陀螺仪和弹上电源是影响导弹长期贮存可靠性的关键部件.明确导弹贮存剖面,通过定期检测得到长期贮存条件下各关键部件的特征电压值,然后采用移动标准偏差方法描述了各特征电压值的贮存稳定性水平,并对其进行退化规律拟合求得各关键部件贮存寿命.提炼出10套导弹产品的各关键部件贮存寿命,通过分布假设检验和分布参数辨识,求得各关键部件的贮存可靠度模型,最后根据导弹产品随机性、分散性、多机理竞争特点,分析导弹产品在悲观和乐观情况下的可靠性结果.本文的研究思路和结论能为长期贮存条件下贮存类产品的贮存可靠性评估、贮存维护方案研究提供技术支撑.

时频域并行捕获算法

占巍, 张晓林, 李娟

2013, 39(5): 706-710.

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摘要:
针对DS/FH(Direct Sequence/Frequency Hopping)混合扩频测控信号的快速捕获,经典的时域并行方法或频域并行方法已不能满足需求.为了进一步提高载波捕获精度,在PMF-FFT(Partial Match Filter-Fast Fourier Transform)算法基础上,提出了一种反馈式结构的时频域并行捕获算法,通过PMF-FFT算法粗估载波频偏,利用一种Quinn频率插值算法提高频偏估计精度,并使用估计结果调整本地载波,再次进行捕获.理论分析和仿真结果表明,该算法与PMF-FFT算法相比,提高了载波捕获精度,在大频偏低信噪比条件下增加了频率分析带宽、减少了平均捕获时间.