基于遗传算法优化BP神经网络的GNSS干扰源定位技术

全球导航卫星系统(GNSS)应用已全面深入到国家安全和国民经济当中,但由于GNSS信号到达地面后信号强度很弱,极易受到无意或有意的人为干扰。当出现压制干扰时会影响接收机正常工作,从而导致某一区域导航定位效果受到影响,因此对干扰源的排查和消除十分重要。针对上述压制干扰,通过在监测区域分布一定数量低成本接收机,利用其接收的载噪比数据特征实现干扰源的位置估计。考虑到信号传播过程中的衰减模型是非线性的,提出了基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的干扰源定位方法,通过神经网络学习得到监测区域载噪比特征的复杂非线性关系,GA对神经网络的初始权值和阈值进行优化,最终在监测区域通过梯度下降法搜索出干扰源位置。结果表明,GA优化后的网络预测误差更小,能够初步定位干扰源位置且平均定位误差率(Average Localization Error Rate,ALER)约为0.23%,验证了模型的合理性和有效性。

利用接收机载噪比测量值的GNSS干扰源定位技术

由于GNSS信号在抵达地面时信号强度较低,极易遭受无意或蓄意的人为干扰,严重时甚至会导致导航和定位服务不可用,因此,定位和消除干扰源显得尤为重要.面向常见的压制式干扰,针对目前的定位方法主要是对原始采样信号进行处理,实现起来往往具有设备复杂、计算量大、成本高的问题.本文提出了一种利用普通商用接收机的载噪比(carrier-to-noise ratio,C/N0)测量值进行GNSS干扰源定位的方法,通过C/N0测量值估计干扰信号强度差,进而解算出干扰源位置.实测结果表明:视距条件下,在约11400 m2的监测区域中,该方法能够达到13.17 m的平均绝对定位误差,且耗时较少,可实现干扰源的有效定位.所提方法无需对接收机进行软硬件的改动,实现简单,成本低,利于工程应用.

GNSS抗干扰接收机的自适应波束形成算法

针对全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)接收机的抗干扰问题,以空-时自适应天线阵列为研究对象,提出了组合的自适应波束形成算法。该算法首先采用子空间正交投影技术消除接收信号中的强干扰信号,然后通过最大化相关后信号载噪比(carrier-to-noise ratio,C/N0)约束准则加强GNSS信号质量。仿真结果表明,相对于传统的最大化阵列输出信噪比准则,最大化相关后信号C/N0准则能够提高信号载噪比约4dB。并且提出的组合算法可使接收机在有效抑制干扰的同时,又能够大大提高信号的捕获和跟踪性能。

GPS L1频段上的系统内干扰的研究

为了在L1频段上有效发射多个高精度的导航信号,GPS全球导航卫星系统设计在同一中心频率上发射多个信号,各信号频谱严重重叠,因此内部干扰成为系统首要考虑问题。通过详细分析GPS L1频段上M码、L1C码、C/A码和P(Y)码的载噪比衰减值,发现除C/A码受到的干扰较严重外,其它三个信号受到的干扰较小,CDMA干扰是主要内部干扰源。分析结果表明,通过有效设计信号参数来减小CDMA干扰,使各信号功率谱主瓣相互错开,并合理设置信号接收功率,可以有效控制系统内干扰。

载波频率偏差对变换域通信系统性能的影响分析

针对载波频率偏差导致变换域通信系统的接收信号幅度下降并产生载波间干扰的问题,通过建立系统模型,推导出了载波频偏存在情况下系统误码率的解析式,在此基础上,分析了子载波个数、频谱使用率以及载波频偏与系统输出信噪比的关系,以信噪比损失为度量,定量地给出了载波频偏对系统性能的影响,最后进行了仿真验证,仿真结果与数值分析高度吻合。仿真结果表明:频偏显著影响系统性能,且归一化载波频偏大于0.6时与误码率之间会出现地板效应;为避免系统性能恶化,归一化频偏应控制在0.05的范围内。

无线多跳网络结合功率控制的物理载波侦听分析模型

载波侦听阈值的选取对无线多跳网络MAC层的协议性能有着重要影响.已有研究中忽略了确认报文、累积干扰在不同的载波侦听阈值下对系统性能的影响,并在分析中夸大了隐藏节点所导致的信道冲突.针对上述问题,提出了一种结合功率控制的物理载波侦听分析模型.该模型以网络整体性能为优化目标,对全网的累积干扰与空间复用度进行分析,给出节点的平均信道容量.此外,对信道状态建立马尔可夫链模型,提出了4类载波侦听范围内发生的信道冲突以及两类全网累积干扰所引发的信道冲突.分析上述各类冲突对信道利用率的影响,并结合节点的平均信道容量给出优化的载波侦听阈值以及传输功率.与已有研究相比,模型中明确分析确认报文、累积干扰以及隐藏节点对信道冲突的影响.分析结果表明,如果不考虑上诉因素将无法获得最优的载波侦听范围,并且会导致网络性能的下降.

窄带干扰对导航信号等效载噪比影响分析

等效载噪比是衡量导航信号捕获阈值确定、跟踪环路设计及理论定位精度计算等的重要参数,为了分析窄带干扰对导航信号等效载噪比的影响,在建立导航接收系统模型的基础上,对几种窄带干扰样式对等效载噪比的影响进行了数学仿真,仿真结果表明,等效载噪比与导航信号、干扰的功率以及导航信号调制样式等因素有关。

基于单载波频域均衡的多径合并算法

为了提高传统单载波频域均衡(SC-FDE)算法的检测性能,将RAKE接收合并技术应用到非扩频的单载波传输系统。通过SC-FDE得到对发送信号的估计,并基于该初始检测结果和信道状态信息构建通过信道各条路径的多径信号,再根据干扰抵消(IC)原理,依次从接收信号中减去所构建的其他几径信号,得到其中各多径分量,最后将各多径分量在频域合并后再变换回时域进行解调判决。在3种不同的信道模型下进行了Monte Carlo仿真实验,SC-FDE分别采用迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)算法,RAKE接收合并算法分别采用选择性、等增益和最大比合并,实验结果表明,3种合并算法中,最大比合并取得的检测性能最优。

IEEE 802.16e系统中的软切换策略

切换是移动网络最重要的技术之一,直接影响着通信系统的整体性能。研究了IEEE 802.16e系统基于CINR(Carrier to Interference+Noise Ratio,载波干扰噪声比)的软切换机制,提出绝对门限和相对门限相结合的软切换触发和判决算法。通过仿真研究了各参数对平均切换次数、切换损耗概率和网络资源利用率的影响,并在这些系统性能之间寻求折中。

降低OFDM系统ICI间干扰的时域加窗算法

针对频偏引起的OFDM系统中载波间干扰(ICI)问题,提出了一种改进的基于正交化初等函数的Nyquist窗,用于抑制接收端由于频偏引起的载波间干扰。通过最佳的窗参数的选择,使接收端的信号干扰噪声比(SINR)达到最大化,以提高其自适应接收能力。同时,仿真分析了不同窗形对OFDM系统性能的影响,结果表明:所提算法能够极大程度地降低ICI,较好地改善了OFDM系统的SINR和误比特率(BER)性能。

莱斯衰落信道下的干扰抵消均衡器

将干扰抵消(interference cancellation,IC)技术引入莱斯衰落环境中的单载波传输系统,构成一种具有抑制符号间干扰能力的高效均衡器。通过匹配滤波器(match filter,MF)或均衡器对发送信号初始检测,根据检测结果和信道状态信息构建通过各个路径的信号并从接收信号中抵消,只保留接收信号中的主径分量进行最终的解调译码。解调结果也可以用来重新构建多径信号,从而形成多级IC结构,提高检测性能。在SUI-5信道模型下的Monte Carlo仿真结果表明,多级IC均衡器可以明显地提高初始检测的性能;当检测级数相同时,初始检测采用均衡器可以比MF取得更优的性能。

窄带与脉冲干扰对卫星导航信号载噪比的影响

现代电磁环境日趋复杂,导航接收机受到各式各样干扰的风险越来越高,窄带干扰和脉冲干扰就是对卫星导航信号常见的压制干扰手段.不同的干扰信号具有不同的时频域特征,对卫星导航信号造成的影响也有很大差异,这种影响主要体现在信号的载噪比和误码率等方面.针对目前国内脉冲干扰的性能研究不足的现状,通过对比窄带干扰性能评估方法提出了适应于脉冲干扰的抗干扰品质因数计算公式.推导了脉冲干扰下在时域计算信号等效载噪比的方法,并对推导结果做了仿真验证,结果表明:不同占空比的脉冲干扰下,等效载噪比计算误差小于0.5 dB,结果较为准确.

脉冲和窄带混合干扰对卫星导航终端抗干扰的影响分析

卫星导航终端面临着严重的干扰问题,虽然单一的脉冲或窄带干扰很难对具有抗干扰功能的卫星导航终端产生影响,但是现有的抗干扰结构很难抑制脉冲与窄带的混合干扰。为了分析混合干扰对卫星导航终端抗干扰的影响,给出了脉冲与窄带及其混合干扰的数学模型,介绍了优先抑制窄带干扰和优先抑制脉冲干扰两种顺序抗干扰结构,基于该模型分析了不同脉冲干扰占空比下混合干扰对抗干扰后载噪比的影响。根据仿真实验,当两个干扰的干噪比均为30dB时,混合干扰造成抗干扰后载噪比下降约5 dB。研究表明,在采用传统抗干扰结构的情况下,脉冲与窄带混合干扰对卫星导航终端抗干扰性能影响较大,其影响大于单一脉冲或窄带干扰影响的简单叠加,不同脉冲干扰占空比组成的混合干扰造成的载噪比损耗大于5 dB,影响卫星导航信号捕获跟踪性能。

GPS接收机抗射频干扰技术研究

GPS信号到达地面后十分微弱,极易受到射频干扰;为提高GPS接收机工作的可靠性,对射频干扰的来源和特点进行了研究;主要围绕载波噪声功率比分析了射频干扰对GPS接收机的影响,并据此解算出射频干扰的距离和功率组合;分析结果表明射频干扰会引起GPS接收机的码环、载波环精度下降,误码率升高;最后对目前存在的各种GPS抗射频干扰技术措施进行了介绍,指出通用GPS接收机主要采用自适应数字滤波器、自适应调零天线等时域、空域抗干扰技术。

频率选择性衰落信道下SC-FDE载波频偏影响

为了研究载波频率偏移(CFO)对单载波频域均衡(SC-FDE)系统的影响,分析了迫零(ZF)、最大合并比(MRC)、最小均方误差(MMSE)均衡方案下,CFO引起的星座图畸变以及干扰的类型和特点.推导了信干噪比(SINR)损失的理论表达式,并基于数值分析和蒙特卡洛仿真分别获得了SC-FDE系统不同频偏下的SINR和比特误码率(BER)性能曲线.与相同条件下的正交频分复用(OFDM)系统进行比对分析,结果表明,频率选择性衰落信道下SC-FDE系统在相位旋转、干扰和SINR损失的综合影响下呈现出对频偏敏感的特性,高阶调制的情况下其敏感程度与OFDM系统相当.分析结果和结论对于高速无线通信系统的设计具有一定的参考价值.

基于仿真对透明转发器的干扰分析

卫星通信系统旨在为接收方传送高质量的信号,确保双方正常通信。一条基本的卫星链路主要由发端地球站、上行链路、卫星转发器、下行链路和收端地球站所组成。由于卫星通信采用远距离通信,而传输信号的功率与传输距离的平方成反比,因此卫星转发器接收和转发的信号都很微弱,容易受到干扰和破坏。在对卫星通信系统进行侦收分析的基础上,对卫星转发器的干扰进行了研究。从转发器干扰功率分析和转发器干扰下的链路性能分析入手,通过仿真对透明转发器在欠饱和线性状态和过饱和非线性状态下不同的ρ(ρ为干扰信号占转发器总带宽的ρ部分频带)时受干扰的信道输入端的载噪比与上行干信比之间的关系进行分析,找到干扰信号占带宽比例和干扰效果以及干扰覆盖区域之间的关系,为下一步干扰机的设计与改进提供了一定的基础。

基于负载平衡的IEEE 802.16切换机制改进

针对802.16标准中目标基站总是被动接受切换可能引起的网络负载不均的问题,提出一种基于负载平衡的目标基站选择性主动切换的方法来解决这个问题。通过仿真证明,该方法具有较好性能,在吞吐量和端到端时延上都得到了一定程度的提高。

不同干扰对北斗B1I信号接收机影响

目前,国内对于北斗卫星信号质量的评估多集中在空间段和地面段,然而对于干扰条件下,用户端的性能研究却不多见。为了对干扰有效划分,结合接收机基带信号处理过程,根据相关器积分时间与北斗B1I信号的频谱特性,将干扰分为4类,并导出相应的解析表达式,最后分析了连续波干扰下载波跟踪测量误差和码跟踪测量误差。北斗B1I信号的仿真结果与国外文献提供的GPSL1的仿真结果具有良好的一致性,验证了此方法的有效性。同时,对于不同干扰类型的研究有助于北斗接收机的抗干扰设计。

宽带网RF信号测试结果的分析

有线电视网作为宽带传输网,具有带宽高、性能价格比优、覆盖范围广等特点,是理想的综合业务网。为了对现有的上海有线电视网系统进行性能的评定,并给未来双向多功能有线电视网的进一步扩展提供依据,上海有线电视台和上海交通大学采用LANCity系列产品进行了一次满负载试验。该试验的结果分为两大类:数据流量信号的测试结果和RF信号的测试结果。文中详细讨论RF信号测试结果的分析。

低轨点波束增强实现区域定位阻断分析

针对导航出站信号易被恶意用户利用来获取定位信息的问题,在保证区域外导航服务正常使用的前提下,分析卫星功率增强信号在压制模式下的阻断效果及实施条件:分析通过低轨卫星(LEO)增强实现区域定位阻断的模型,并研究区域定位阻断的评估方法;然后将用户接收等效载噪比做为评估定位阻断性能的核心指标;最后给出相应的载噪比门限的计算方法,用最小星上天线增益评价阻断实施条件。分别对二进制偏置载波(BOC)(1,1)、四相移相键控(QPSK)(10)和二相移相键控(BPSK)(5)调制信号进行阻断仿真。结果表明,对于低轨卫星实施的增强信号,至少需要15.69 dB的最小星上天线增益;星上增益大小与信号体制、播发干扰类型有关,也取决于信号的抗干扰能力;对于QPSK(10)调制信号,带限白噪声干扰需要27.93 dB的最小星上天线增益。