太阳风的电波传播观测研究

本文以行星际闪烁为主，综述了通过电波传播的观测来研究太阳风的方法及近30年的观测结果。概述了这种方法的优缺点、基本假设和基础理论，讨论了这种方法所得到的太阳风电子密度谱、太阳风三维结构以及与太阳活动周的关系，特别是肯定了闪烁测量在研究太阳风加速区问题中的作用。并且结合当前的国际田地物理计划（ISTP）指出了90年代的研究重点。最后，简述了北京天文台密云站射电天文设备用于行星际闪烁观测的可能性及特点。

薄相屏闪烁的数值分析

本文在弱闪烁条件下，利用广泛适用于星际闪烁、行星际闪烁和电离层闪烁的薄相屏理论，以行星际闪烁为算例，对薄相屏闪烁进行了数值分析。结果表明：垂直于介质运动方向上的不规则结构的大小对闪烁有着重要的影响，直接表现在频谱的变化趋势和振荡幅度的不同。尤其是当小于Ｆｒｅｓｎｅｌ尺度时，数值计算表明此时没有闪烁发生。

基于Chebyshev映射的混沌序列研究

对基于Chebyshev映射的混沌序列初值敏感性、平衡特性、相关特性进行仿真研究,将混沌序列应用在DS-CDMA系统中,与Gold码序列进行比较。结果表明,混沌序列与Gold码序列性能接近,具有生成简单、序列数目多、保密性好等优点,是替代传统扩频码的理想选择。

卫星定位误差椭球的几何特征研究

在卫星导航定位的误差分析中,准确估计定位误差椭球的几何特征有利于更好的描述定位精度,为估算定位精度参数提供依据。本文研究卫星定位中误差椭球的轴方向、轴长和轴比。通过分析精度衰减(Dilutionof Precision,DOP)矩阵的特征向量和特征值,分离其中的三维定位部分和与钟差有关部分,构建了定位误差椭球的理论模型,并给出误差椭球轴方向、轴长和轴比的计算公式。结合GPS星座,在全球范围内选取8个有代表性的地点对该模型开展仿真分析,表明该理论模型可以准确的描述定位误差椭球的几何特征,误差椭球的轴方向、轴长和轴比与模型给出的理论值非常符合。同时,利用8个地点中2个地点附近的IGS测站秒级实测数据进行定位解算,对定位误差椭球进行了分析,结果表明测站误差椭球诸参数的理论值与实测结果基本一致。

海南地区电离层不规则体纬向漂移速度的观测和研究

根据中国海南富克(19.3°N,109.1°E)三点GPS观测系统2007年3月至11月的观测数据,利用互相关方法分析了三站闪烁信号的时间延迟,得出了不规则体纬向漂移的基本特征.在中国海南地区,闪烁主要发生在春秋季节,夜间不规则体的纬向漂移速度以东向为主,大小在50～150 m/s之间;平均东向漂移速度随时间呈下降趋势.另外,在闪烁刚发生时,不规则体纬向速度起伏较大,这可能与不规则体的随机起伏以及等离子体泡产生时垂直速度较大有关.中国海南地区不规则体纬向漂移速度的这些基本特征与低纬其他地区的测量结果较为一致.

利用卫星和GPS观测研究低纬局部等离子体浓度增强现象

本文同时利用DMSP、ROCSAT-1卫星数据和地基的GPS观测数据,研究一种与低纬等离子体泡相伴随的局部等离子体浓度增强现象.地基GPS的观测表明电离层总电子含量(TEC)也能反映这种等离子体浓度增强.通过4个观测事例的详细分析表明:这种等离子体浓度增强主要出现在磁纬±10°～±20°的局部区域,有时在近磁赤道区和中纬地区的电离层顶部也能观测到;与等离子体泡的出现规律相似,这种等离子体浓度增强主要出现在地方时21∶00以后,并在午夜后也能观测到.当等离子体浓度增强和等离子体泡发生时,在午夜前一般对应着背景垂直速度明显向上的扰动,在午夜后一般处于等离子体垂直速度下降至反向前的时间段,表明东向电场对于低纬不规则体的产生有非常重要的作用.

粒子滤波综述

主要对粒子滤波算法进行综述。首先详细描述了递归贝叶斯估计的基本原理和基于蒙特卡罗方法的重要性采样/重采样技术,在此基础上引出了粒子滤波标准算法——序贯重要性采样算法和序贯重要性重采样算法。针对这两个算法在应用中存在的问题,从提高算法的有效性和实时性两个方面,对近年来国内外在粒子滤波理论及应用研究方面开展的工作进行了介绍、分析归纳了改进粒子滤波算法及其主要改进思想。最后,对粒子滤波算法的研究方向进行了展望。

最大值约束的广义延拓逼近GNSS码鉴相算法

针对GNSS码跟踪环高精度鉴相需求,提出了一种最大值约束的广义延拓逼近码鉴相算法,利用5个相关臂的相关结果建立广义延拓逼近模型,拟合得到相关值分布函数,进而得到码相位差。同时利用相关结果最大的相关节点对拟合的相关值分布函数进行约束,进一步提高了码相位差的估计精度和适应性。将新算法与常用的归一化超前减滞后包络鉴相算法从鉴相线性范围、牵引范围和鉴相误差三方面进行了对比。蒙特卡罗仿真和在GPS软件接收机上对实际GPS信号采样数据进行测试的结果表明,结合最大值约束的广义延拓逼近鉴相误差性能大大优于传统的归一化超前减滞后包络鉴相,可以有效地提升码鉴相器的鉴相精度。

基于双频GPS观测的电离层TEC与硬件延迟反演方法

利用全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的双频观测数据反演得到电离层的总电子含量(Total Electron Content,TEC),使得广域甚至全球范围高时空分辨率的电离层观测研究成为可能,但由于GPS卫星和接收机对信号的硬件延迟可导致TEC测量系统偏差,因此,需要探索反演TEC并估测GPS卫星与接收机硬件延迟的有效算法.本文根据电离层电波传播理论,阐述了基于双频GPS观测提取电离层TEC的方法,给出TEC与硬件延迟的基本关系.综合研究了TEC与硬件延迟的反演方法,进行分析与归纳分类,在此基础上提出了有待深入研究的问题.

Chirp信号在天文观测中的应用

Chirp信号是一种频率随时间有规律连续变化的信号,由于其优良的自相关特性,在实时宽带高精度频谱测量中有重要应用。通过对Chirp信号的分析,介绍了基于线性Chirp信号的脉冲压缩技术及Chirp变换频谱仪的原理,综述了近30年来Chirp变换频谱仪在行星和彗星大气红外谱测量中的应用及其发展历程。结合当前电子技术的发展,指出了改善Chirp变换频谱仪性能的研究方向。

一种应用于卫星通信的间接时间同步方法

针对卫星扩频通信系统的时间同步需求,提出一种基于GNSS授时的卫星通信前向链路间接时间同步方法。通过由星地自发自收链路与锁相环构成的钟差间接修正环路,对发送端码时钟进行闭环修正。这将使前向链路信号起始扩频码相位在到达接收端的时刻与卫星导航授时模块输出的1 PPS保持精确稳定的同步。实现了不需要位同步的扩频信号定时接收。分析并得到间接时间同步误差表达式及其与环路带宽的变化关系,给出使同步误差最小的最优环路带宽值。星地链路试验结果表明时间同步误差随环路带宽的变化关系与理论分析一致,最佳环路带宽对应的钟差间接修正环路秒脉冲1σ同步误差约为20 ns,验证了本方法的有效性。在此同步误差条件下,接收端成功地进行扩频伪码的同步和电文解调,实现了卫星导航授时对通信的辅助。

基于自适应卡尔曼滤波的盲多用户检测器

盲多用户检测算法广泛应用于码分多址(Code-Division Multiple-Access,CDMA)系统中,能够有效克服多址干扰(Multiple Access Interference,MAI)与"远-近"效应(Near-Far effect)的影响,是CDMA技术中的研究热点。对基于卡尔曼(Kalman)滤波算法的盲多用户检测器进行了研究,在白高斯噪声信道与平坦瑞利衰落信道环境下仿真分析了多址干扰与"远-近"效应对系统性能的影响。仿真实验表明,基于Kalman滤波的盲多用户检测器在两种信道中误码率性能均优于基于最小均方(Least Mean Squares,LMS)算法和递推最小二乘(Recursive Least Squares,RLS)算法的盲多用户检测器,可以有效抵抗多址干扰与"远-近"效应的影响,对提高CDMA系统容量具有十分重要的应用价值。

电离层不规则结构对GPS性能的影响

电离层不规则结构的存在可引起无线电信号的幅度和相位发生随机起伏,这种电离层闪烁现象会影响全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的性能,降低定位精度,严重时导致信号失锁.电离层不规则结构对GPS性能的影响涉及电离层物理、接收机设计和表征卫星几何分布的精度衰减因子(Dilution of Positioning,DOP)等多方面因素.本文通过对表征电离层不规则结构参数的分析,根据GPS接收机跟踪环路和闪烁信号模型,综合研究了电离层闪烁对GPS接收机载波跟踪环和码跟踪环跟踪误差的影响;结合实际观测,评述了电离层不规则结构对单频和双频GPS接收机定位性能的影响,在此基础上提出了有待深入研究的问题及具体建议.

GNSS接收机锁相环最佳环路带宽的选取

锁相环环路带宽值的选取对于锁相环的跟踪误差性能有重要影响。基于全球卫星导航系统(GNSS)接收机中常用锁相环结构与数学模型,首先介绍了锁相环及其重要组成部分环路滤波器的结构和原理,然后分析了环路带宽的取值对锁相环两个最重要的误差源——环路热噪声误差和晶振阿伦偏差的影响,给出了低动态下使锁相环总的跟踪误差最小的最佳环路带宽的理论表达式。对基于由现场可编程门阵列(FPGA)芯片、温补晶振和模/数接口电路构建的实际硬件接收机平台进行了验证,结果表明:当根据最佳环路带宽的理论表达式取环路带宽值时,锁相环的跟踪误差最小。所推得的理论表达式不仅可以应用于GNSS接收机,也适用于一般的载波跟踪环设计。

基于全球卫星导航系统观测网的全球总电子含量快速反演方法

将全球按照地理经纬度进行网格划分,每网格选取一个接收机,基于全球卫星导航系统(GNSS)观测网的全球定位系统(GPS)双频观测数据,在电离层薄层假设条件下,提出了一种基于球谐函数拟合的高时间分辨率总电子含量(TEC)快速反演方法.利用2006年四季中16个地磁平静日的GPS双频观测数据,针对15种不同的网格选站情况考察其TEC的反演效果与解算时间.结果表明,当网格选站间隔小于15°×30°(纬度×经度)时,数据拟合度约为2TECU,并都能较好地反演TEC.综合考虑穿刺点分布与解算时间,在10°×20°(纬度×经度)选站条件下,约在3min内即可反演出有效的TEC、卫星硬件偏差和接收机硬件偏差,从而提高了反演速度,10°×20°(纬度×经度)选站的快速反演TEC能够为全球电离层TEC现报提供一种有效方法.

电离层TEC对小耀斑的响应

利用国际GPS观测网(IGS)提供的多个台站的观测数据,分析了M级别以下的小、暗太阳耀斑对向阳面电离层TEC的影响．利用传统分析方法的结果表明,从单条视线(LOS)观测数据得到的电离层TEC及其时间变化率曲线来看,由于它们的波动水平和正常情况下的背景电离层变化相当,使此类小耀斑的信息完全淹没在背景噪声中,不能够显示和分辨出耀斑的发生．利用相干求和的数据处理方法,选用向阳面18个GPS台站的观测数据研究了一次C级SF耀斑引起的电离层TEC增加,结果发现,这种方法能有效地消除背景电离层变化噪声,电离层对耀斑的响应非常清楚和明显,这通常只能在X级别的大耀斑中看到．和GOES卫星X射线数据相比,电离层TEC变化的时间特征和耀斑爆发的开始、最大和结束时间均有很好的符合,其最大平均TEC增量在0．1TECU以下,和X级别的大耀斑相比有一个或多个量级上的差别．

中继OFDMA系统容量公平资源分配算法研究

针对OFMDA解码-转发中继系统的资源分配问题,提出了一种以系统总功率和用户间的数据速率比例公平为约束条件,以最大化系统总速率为目标的资源分配算法。该资源分配问题为非线性最优化问题,联合求解所有变量复杂度很高,通过次优化的方法降低计算复杂度。算法包括:子载波分配和功率分配。子载波分配是以功率平均分配为前提,对基站-中继站和中继站-用户链路的子载波按照信道条件进行配对,并根据比例公平约束将配对的子载波分配给相应的用户。功率分配是对每个用户利用Lagrange方法调整每个子载波的功率,进一步提高系统的数据速率。算法仿真分析表明,该算法既能同时满足多用户不同数据速率的要求,又能提高系统的数据速率。

2006年4月5日中等强度磁暴期间观测到的大经度范围等离子体泡

利用分布在70°E-210°E和20°S-40°N之间的GPS台站的数据,分析了2006年4月5日夜间(中等强度磁暴期间)观测到的电离层等离子体泡的特性.结果表明,本次事件中,等离子体泡大约发生在当地日落后1-1.5 h;空间范围为经度90°E-160°E,纬度12°S-33°N.这是第一次利用地基设备观测到如此大经度范围内的等离子体泡.等离子体泡在南半球出现较早,并且存活时间较长.在其产生的过程中,在约1100 km高度上,映射到磁赤道向上的运动速度约为300m/s,并且等离子体泡在高度上有倾斜.东向电场的存在,对激发等离子体泡起到了一定的作用.

多用户OFDM比例公平资源分配算法

提出了一种在多用户OFDM系统中总发射功率和误码率限定的条件下,系统总数据容量最大化的子载波分配算法。针对已有算法对数据容量和公平性兼顾较差的情况,通过引入比例公平控制参数α,把子载波分配分为两部分,首先对所有用户的信道增益降序排列,从中选择αN信道增益较好的子载波进行分配,然后对剩余的(1-α)N个子载波按比例公平的原则进行子载波分配。第一步可以获得较粗糙的比例公平,但可以获得较大的数据容量,通过第二步进一步调整比例公平。可以根据实际需要选择合适的α。子载波分配完毕后,采用注水算法调整子载波间功率分配。通过仿真显示该文算法数据容量得到提高的同时很好地保持了用户间的比例公平。

放大-转发OFDMA中继系统多业务资源分配方案

针对独立功率限制、放大-转发OFDMA中继系统的多业务资源分配问题,提出一种在满足实时用户要求前提下,非实时用户数据速率最大化的资源分配方案.根据业务的不同将问题分解为实时和非实时用户的资源分配两个子问题.对于实时用户的资源分配,利用Lagrange方法计算.对于非实时用户的资源分配,每个子载波分配给信道条件最好的用广,针对功率分配提出两步功率分配方法.首先按照总功率约束进行初始功率分配,然后对各子载波的功率进行调整以满足独立功率约束.对于子载波分配提出一种低复杂度的子载波集合分配算法.仿真结果表明,该方案在满足多业务用户要求的同时使系统性能得到优化,且计算复杂度低.