基于长短期记忆网络的授时欺骗检测方法

时空信息安全是国家关键基础设施安全的基础,时间系统被阻断或受到干扰会对国家经济带来巨大损失,甚至对国防安全造成重大威胁.现有授时欺骗检测方法主要对接收机时钟模型变化特点建立模型,对欺骗进行检测.由于攻击方式的不确定性和建立的接收机时钟模型计算拟合过程中自身存在的系统误差,时钟模型参数准确拟合难度较大.环境适应能力较低.基于此,本文提出一种基于长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)的授时欺骗检测方法.该方法无需考虑授时欺骗的攻击方式,泛化能力强.根据授时欺骗前后接收机钟差变化的特点,利用LSTM优异的时间序列预测能力对接收机钟差变化趋势进行准确跟踪,实现对授时欺骗干扰的有效检测.最后使用TEXBAT(texas spoofing test battery)授时欺骗场景数据进行实验与分析,将LSTM与多层感知机(multilayer perceptron,MLP)进行实验对比.结果表明:LSTM授时欺骗检测的性能优于MLP.

具有无线传输功能的声发射传感单元设计

为提高大型复杂设备结构健康检测的效率和检测精度,文章提出一种具有无线传输功能的声发射传感单元的设计:其硬件包括测量传感器、校准传感器和电路板等;通过上位机软件实现无线组网、信号的自动采集和实时传输等功能。对该传感单元的无线传输距离和检测灵敏度等指标进行了测试。结果表明:该传感单元可实现24 cm厚水泥墙遮挡下40 m距离或空旷环境下80 m距离的稳定数据传输;无线组网信号同步精度优于10μs;能探测到碳钢板中8 m范围内0.286 m^(3)/h的泄漏率。该设计方法对于大型装备的声发射检测工程应用有参考意义。

高性能磁选态光检测铯原子钟的研究

介绍了一种新型的可搬运铯原子钟,采用非均匀磁场进行选态,采用与4-5循环跃迁线共振的激光进行检测。介绍了此方案的物理系统、光学系统和电路系统。进一步展示了基于此方案原子钟的整机与指标,最佳整机体积4U,稳定度达到4×10^(-13)@100 s,4.5×10^(-14)@10000 s,2.2×10^(-14)@1 d,优于可搬运铯钟典型产品5071A优质型。将此方案与磁选态磁检测铯原子钟和光抽运铯原子钟进行了对比,并给出了此方案的优点与待解决的问题。最后介绍了两种针对磁选态光检测铯钟的可行性改善,一种为采用3-2循环跃迁线检测的反选型原子钟,一种为采用光抽运-磁选态的混合选态型原子钟,有望进一步提升稳定度指标至稳定度低于3×10^(-13)@100 s。

微型CPT原子钟泵浦方法试验研究

CPT原子钟是一种基于相干布居囚禁(CPT)原理的小型原子钟,其不含微波谐振腔的特点有利于降低物理系统的体积与功耗。为探索适用于微型CPT原子钟的泵浦方法,在物理系统体积、功耗和复杂度的限制下,选出单一圆偏振光、平行线偏振光和椭圆偏振光三种方法。基于6 mm×6 mm×6 mm的微型87Rb原子气室,搭建桌面系统测得三种方法下CPT共振信号的线宽和信噪比数据。结果表明微型CPT原子钟更适合采用椭圆偏振光方法。

光抽运小铯钟光频移评估与抑制方法研究

光频移是光抽运小铯钟的主要频移之一。以国产光抽运小铯钟为例,讨论了光频移的主要来源,并提出了几种减小光频移的措施,包括:提高激光束准直度,减小镜面反射杂散光;综合利用原子饱和吸收谱和原子束荧光谱,校准探测光束和原子束的垂直度;特殊设计光回收结构和工艺,有效抑制漫反射杂散光;设计温度补偿电流方案,提高光频校正速率;设计基于液晶相位延迟器的光功率稳定环路,实现光功率稳定度Allan方差1 s进入10^(-5)量级,远端在10^(-4)量级;在确保原子高效抽运的情况下,结合整钟频率准确度变化趋势,选择合理的探测光功率。将前述减小光频移的措施实际应用于12台光抽运小铯钟产品,实测结果显示:将拟合误差值纳入评估,光频移系数bmax区间在2.04×10^(-13)/mW到4.96×10^(-13)/mW之间,按典型光功率值1.3 mW估算,长期稳定度受光频移的实际影响远小于6.45×10^(-16),对于目前批产的小铯钟而言,这部分频移量的影响是可以忽略的。

基于三路同源时钟的TLK2711高速数传接口设计

随着卫星载荷相机的分辨率不断提升,其获取的图像数据量也迅速增加,如何将载荷数据高速且可靠地传输至后端设备处理是当前所需要解决的问题。本文在高速SERDES接口芯片TLK2711和三路同源时钟的工作原理上进行研究应用,针对星载TLK2711高速数传链路中出现的传输误码等问题做出了分析,提出了一种基于三路同源时钟的高速数传接口设计,并对该高速数传接口具体设计做了详细描述。首先分析原始方案,即无外部参考时钟的FPGA向TLK2711输出时钟信号的缺点,并在原方案基础提出改进方案,在原电路基础上加入三路同源时钟为FPGA和TLK2711提供参考时钟。深入分析了误码率产生的原因及影响,从而提出了最佳相位检测和RS编码,并对其在高速数传接口应用的可行性进行了验证。对接口设计进行验证,实验结果表明,采用TLK2711高速数传接口可实现高达2.5 Gbit/s的数据传输,相比较于原始方案,基于三路同源时钟的TLK2711高速数传接口设计数据时钟抖动下降59.5%,采用的RS编码纠错能力强,使得CRC错误数大幅度降低,显著降低了误码率,硬件实现简单,增强了接口的工作稳定性。

太极计划时钟噪声传递的地面原理验证

太极计划是中国科学院提出的空间引力波探测任务,其利用激光差分干涉的方法探测卫星间由引力波引起的pm级位移波动。为消除卫星间因时钟不同步而产生的测量误差,拟采用边带倍频时钟噪声传递方法进行星间时钟噪声测量与消除。本文讨论太极计划星间时钟噪声传递的需求、原理、方法,并设计实验进行原理验证。通过搭建电子学实验测试两个系统时钟噪声的极限值,确定实验相关参数,进一步通过光学实验验证边带倍频传递方案的原理。实验结果表明,本文提出的时钟噪声消除方案及相关参数合理可行,满足太极计划的应用需求。在0.05 Hz~1 Hz频段,星间时钟噪声的抑制效果优于2π×10^(−5)rad/Hz^(1/2),满足太极探路者的噪声需求。本文研究为未来太极计划的时钟噪声传递方案与参数设计奠定实验和理论基础。

一种基于有限脉冲响应滤波器的时钟倍频器设计

本文提出了一种基于有限脉冲响应(Finite Impulse Response,FIR)滤波器的时钟倍频与抖动消除电路.相比传统时钟倍频器所采用的锁相环(Phase Locked Loop,PLL)或延迟锁定环(Delay-Locked Loop,DLL)技术,本文所设计的倍频电路通过FIR滤波器原理来产生高精度的时钟相位,并利用新型过零检测电路来产生输出时钟脉冲,在明显降低时钟抖动的同时还实现了倍频器的快速锁定,且在功耗及面积成本上也更为经济.本设计采用SMIC 0.18μm CMOS工艺实现后,设置输入时钟频率为32 MHz时,在锁定时间小于1.5个时钟周期的情况下实现了5倍频输出,输入时钟抖动也从43.6 ps RMS降低至24.6 ps RMS,由此验证了设计的合理性和实用性.

基于自适应占空比调整的Buck-Boost型DC-DC变换器瞬态响应增强方法

针对传统脉冲宽度调制(PWM)峰值电流模的DC-DC变换器面临的瞬态响应能力有限的问题,提出了一种应用于Buck-Boost型变换器的瞬态响应增强方法,通过自适应时钟控制和DAC输出可变基准电压共同作用使得占空比迅速饱和,进一步提升了电感电流转换速率,从而加速瞬态响应;同时针对传统的负载瞬态检测产生的固有延时以及无法应用于动态电压调节(DVS)的系统等诸多的问题,提出了一种基于占空比采样的快速瞬态检测方法,该方法检测精度高、速度快且受PVT的影响较小.基于0.18μm高压BCD工艺,对提出的方法进行了具体电路设计与版图寄生参数提取,仿真验证结果表明:时钟频率为1~2 MHz,负载电流在5 ns内从-20 mA快速步进至-620 mA的设计环境下,本文提出的瞬态增强方法使得负载瞬态响应的过冲/跌落电压降至33 mV/39 mV;过冲/跌落恢复时间降至5μs/12μs.相比于现有系统,减小了62%/56%的过冲/跌落电压;过冲/跌落恢复时间减小了92%/80%,为快速瞬态响应的PWM峰值电流模DC-DC提供了一定理论支撑.

改进卡尔曼滤波及其在电力时钟同步系统中的应用

电力时钟同步系统频率源受外界环境变化或自身老化等因素影响会出现频率漂移问题,无法维持长期稳定性。为此,提出一种基于北斗秒脉冲信号和改进卡尔曼滤波算法的低成本晶振频率驯服校准方案。首先,将北斗秒脉冲信号作为时间基准并利用卡尔曼滤波对其中包含的随机误差进行消除;其次,针对卡尔曼滤波预测结果发散、误差较大问题,利用RBP神经网络对滤波误差进行实时在线修正,提升滤波性能;同时针对北斗秒脉冲存在跳变野值的问题,提出一种基于新息变化率的野值检测和误差加权修正方法。基于仿真数据的实验结果表明,所提方法能够有效提升电力时钟同步系统频率源的频率精度和稳定性,并且对跳变野值具有较强的适应能力。

一种GPS接收机频率检测算法

为了进一步保证全球定位系统(GPS)硬件接收机跟踪环路成功地跟踪GPS卫星信号,设计一种用于时钟频率检测的算法:针对GPS硬件接收机中L1波段(中心频率为1.57542×10^(9)Hz)信号基带处理片上系统(SoC)所需要的时钟管理单元,通过将一个时钟信号到另一个时钟信号的边沿关联起来,准确计算出2个时钟的相对速率及其相位关系,使得每一个进入SoC的时钟信号之间都有明确的相位关系和频率比,为整个系统提供精确的同步时钟源;该模块还能通过全球定位系统核心时钟检测出接收到的带有多普勒频移的粗捕获(C/A)码的频率,以及根据这些时钟源提供的中断给中断控制模块发送信号,以便对其时序协调管理。

基于时钟频漂检验的卫星导航欺骗识别算法

通过分析欺骗信号对目标接收机时钟频漂的影响,建立被欺骗目标接收机在匀速圆周运动条件下的时钟频漂模型,将其与单位余弦函数进行圆相关,通过检测归一化相关值可以成功实现对欺骗干扰信号的检测,同时有效避免了虚警的发生;通过对相关相位及相关峰值分析处理可以解算出欺骗信号的方位角及仰角,仿真表明对方位角和仰角的估计误差在1°以内。该算法可行性较强,具有重要的理论价值和应用价值。

基于视频的全天候多特征融合火焰检测算法

针对传统可视化火灾探测技术采用单独分析可见光摄像设备或红外摄像设备采集的图像进行火灾探测,不能全天候监控火焰的问题,提出一种全天候多特征融合的检测算法.首先通过视频类型判断算法确定摄像头采集的每帧图像类型,然后利用与图像类型相对应的算法提取疑似火焰区域,最后对疑似区域进行基于DCT的火焰频率检测和帧间相关性检测,判断火焰是否存在.实验表明,该检测算法解决了传统可视化探测技术不能全天候监控火焰的问题,且能在保持火焰高检测率的同时降低误检率.

具有异步时钟的长时延网络控制系统故障检测

考虑一类存在异步采样时钟的不确定长时延网络控制系统.假定其可能发生故障,设计了离散状态观测器,对其进行故障检测.当系统正常时,观测器系统的稳定性条件被近似为一个包含线性矩阵不等式条件的最小化问题;只要该最小化问题有解,则整个系统是渐近稳定的.当系统发生故障时,该观测器残差能够迅速发生跳变,从而检测出故障的发生.给出一个仿真示例验证了文中方法的有效性.

BDS卫星钟差半参数平差模型异常数据探测与处理

针对北斗卫星钟差数据中出现钟跳、粗差等异常数据频次较高的问题,将半参数平差模型引入BDS的钟差数据的处理过程中。首先,在考虑系统误差的同时,改进了常用的钟差模型;其次,综合考虑异常数据和系统误差,利用补偿最小二乘原理和极值求解方法,详细推导了分离异常数据前后参数和非参数估计值与相应观测值改正数的关系表达式,实现了异常数据的定值、参数求解和系统误差分离。在此基础上,引入Cook距离,给出了利用参数分量和非参数分量的Cook距离及混合Cook距离,去判断异常值的位置,并给出了一些参数的选取方法及相应的处理措施,实现了卫星钟差异常数据的定位和定值以及部分系统误差的分离。最后,采用武汉大学GNSS中心提供的采样间隔为5 min的北斗卫星精密钟差数据,将本文方法与常用方法进行了试验对比。试验结果表明,本文方法能够有效地识别并处理卫星钟差数据中的异常值,有效克服了基于经验阈值钟差异常数据探测方法的不足,且该方法对于量级较小的异常钟差数据也有很好的探测效果,一定程度丰富了现有的BDS钟差数据质量控制方法。

采样时钟抖动对超宽带脉冲雷达目标检测性能的影响

信号采样是超宽带脉冲雷达接收的关键环节,其中采样时钟抖动会引起ADC输出信噪比的下降,继而对雷达目标的检测性能产生一定影响.为此以雷达目标的检测性能为评价原则,研究了高斯白噪声环境中采样时钟抖动引起的信噪比损失,并以匹配滤波检测器和多样本能量积累检测器为对象,详细推导了采样时钟抖动与目标检测概率的关系.据此给出了输出信噪比损失的理论曲线,通过仿真对比分析了不同检测方法下采样时钟抖动对目标检测性能的影响,对超宽带脉冲雷达系统设计中的采样时钟选取有直接指导意义.

高压交流输电线路故障行波定位技术综述

行波定位技术可根据系统高压交流输电线路发生故障时采集到的时间信息进行快速、准确地故障定位,由于其定位精度高,因而受到广泛的关注。首先,分别从行波信号的精确检测、高精度同步时钟技术、故障定位算法以及工程实践等方面介绍了国内外行波定位技术的发展历程;然后,介绍了单端行波定位、双端行波定位以及网络行波定位方法的工作原理及各自的优缺点,分析了传统行波定位研究尚存的主要技术问题,并提出了相应的解决思路;最后,对行波定位技术的发展前景进行展望,以期为后续的研究提供参考。

电缆检测多频率激励信号源的研究

地下管线探测技术对于各个企业、城市的规划建设乃至整个国家社会经济的发展都起着不可估量的作用。通过开挖测绘来了解地下管线的分布情况,速度慢、安全性差、准确度不高,取而代之的是电磁探测法。电缆探测定位、故障诊断主要采用电磁探测法:由激励信号源产生一定频率的信号加载在电缆上,用接收设备拾取电缆产生的电磁场,经过一定的处理,获得电缆走向、埋深等信息。本文介绍了地下电缆探测的基本原理,设计了一个实用电缆检测多频率激励信号源,并详细地分析电缆信号源的分频电路、升压电路、开关电路等主要电路。实验表明,本设计能够产生各种要求的频率/周期信号,振幅在48V左右,功率在5W左右。

基于灰色理论的钟差预测模型辅助RAIM算法研究

为了提高钟差预测模型辅助接收机自主完好性监测(RAIM)的效果,提出了基于灰色理论的钟差预测方法。该方法针对钟差的一阶差分序列建立灰色模型,然后将基于该模型的钟差预测值引入卫星导航系统辅助进行故障卫星的检测与识别。试验表明,与传统的多项式模型相比,新的钟差模型不仅预测精度高;而且有效提高了故障卫星检测与识别的效率。在4颗卫星的条件下可检测的伪距故障偏差从64m降到54m,在5颗卫星的条件下可以识别的伪距故障偏差从55m降到46m,同时系统的其他指标也有明显改善。

基于接收机钟差的GPS完好性自主检测算法

传统的基于最小二乘法和奇偶矢量的接收机自主完好性检测(Receiver Autonomous Integrity Monito-ring,RAIM)算法均是利用冗余观测量进行一致性检验实现的,其检测统计量均由伪距残差构造得到。本文采用接收机钟差作为RAIM算法的判据,基本思想是根据钟差历史解算值建立接收机钟差二次多项式模型,从而得到当前时刻的钟差预测值。同时解算当前时刻的钟差值,将这两者之差与钟差门限值进行比较来判断系统当前时刻是否存在故障。本文首先分析了伪距偏移量对接收机钟差的影响,然后给出确定钟差门限值的方法。结合用户解算位置和接收机钟差利用子集比较法实现了故障识别的功能。因本文给出的故障检测算法不是基于冗余观测量的,故该方法在四颗可见星下就可进行故障检测,与传统的RAIM算法相比降低了RAIM算法对可见星个数的要求,该点在实验部分进行了仿真验证。另外还对可用星多于四颗的基于接收机钟差的RAIM算法进行了故障检测和故障识别部分的仿真,验证了本文方法的可行性。