局部鲁棒预处理的DME干扰抑制方法

全球定位系统(Global Positioning System, GPS) L5/北斗B2/Galilea E5是全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)的重要组成部分,为民用航空提供与生命安全相关的应用服务.然而L5/B2/E5信号处于受保护的航空无线电导航服务(Aeronautical Radio Navigation Service, ARNS)频段内(962~1213 MHz),同时工作在该频段内的还有民用航空导航系统测距机(Distance Measuring Equipment, DME)等. DME发射的大功率脉冲信号会对L5/B2/E5等卫星导航信号造成干扰,使得接收机无法正常捕获卫星信号或导致跟踪环路失锁.传统的DME干扰抑制方法通过在干扰稀疏域,如时域、频域和时频混合域进行DME干扰置零,这会在抑制干扰的同时完全消除与干扰重叠的卫星信号.为了降低DME干扰抑制对卫星信号的损失,本文提出基于鲁棒统计理论的局部鲁棒预处理的DME干扰抑制方法,根据DME干扰所在的稀疏域特性提取出存在干扰的信号片段后,应用非高斯分布下的鲁棒统计理论对提取出的数据样本进行鲁棒预处理,从而在抑制干扰的同时降低对卫星信号的影响.实验结果表明本文所提出的稀疏域局部鲁棒预处理的DME干扰抑制方法的性能优于相应的传统稀疏域方法,输出捕获因子比传统稀疏域方法提高1~2 dB.

基于cSVB算法的DME脉冲干扰抑制方法

针对测距仪(distance measure equipment,DME)信号严重干扰L频段数字航空通信系统(L-band digital aviation communication system,L-DACS)前向链路接收机的问题,提出基于相关稀疏变分贝叶斯(correlated sparse variational Bayesian,cSVB)算法的DME脉冲干扰抑制方法。所提方法利用L-DACS系统正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)接收机的空子载波信息构建接收信号的压缩感知方程;然后,根据cSVB算法进行三层次贝叶斯信号建模,最后选择了两种变体算法重构DME干扰信号,并将其从时域接收信号中去除。理论分析与仿真结果表明,所提出的干扰抑制方法可以充分利用信号先验信息,进一步降低DME干扰信号估计的归一化均方误差,有效改善L-DACS系统的误码性能,提高传输可靠性。

面向PBN运行的GPS/DME组合定位算法研究

民航基于性能的导航(Performance Based Navigation, PBN)对导航系统精度、完好性等指标要求苛刻,针对地形遮挡、电离层异常等引起的可见星数目少、几何分布差等情况,提出一种利用测距机(Distance Measuring Equipment, DME)测距信息补充全球定位系统(Global Positioning System, GPS)数据的融合定位模型。通过不同的加权算法进行定位解算仿真,选择优化的组合导航定位方案。利用赫尔默特方差算法修正权重,并对传统保护限中最大斜率卫星加权计算,改善GPS/DME组合定位的完好性性能。仿真结果表明,赫尔默特方差修正权重的GPS/DME组合导航定位精度高于单独的GPS定位精度,在卫星数目只有3颗无法满足PBN运行要求时,GPS/DME组合后的精度可以满足PBN的非精密进近的要求,加权后的保护限算法能够满足最小漏警率要求。

机载DME设备多台轮询技术设计与实现

针对当前地面测距机(DME)导航台的作用范围一般为200 n miles左右[3],飞机在航行过程中往往需要经过多个DME导航台,而传统的机载DME设备只能工作在单频率下,这就需要飞行员手动切换对应地面台的频率,从而增加了飞行员工作量的问题。本文从实际工程应用出发,通过对机载DME设备工作过程进行分析,提出多台轮询技术,研究并实现直接扫描和自由扫描两种模式情况,该技术可提高航路定位的精准性,减少飞行员工作量。

基于高阶幂的单快拍LDACS系统波达方向估计

L波段数字航空通信系统(L band digital aeronautical communication system,LDACS)是未来航空宽带通信重要的基础设施之一,针对LDACS信号容易受到相邻波道大功率测距仪(distance measuring equipment,DME)信号干扰的问题,提出了联合正交投影干扰抑制与单快拍稀疏分解的波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法。通过子空间投影抑制DME干扰,然后使用单快拍数据构建伪协方差矩阵,对伪协方差矩阵求高阶幂,之后进行奇异值分解,并利用约束条件求解稀疏解得到期望信号来向的估计值。所提方法使用高阶伪协方差矩阵降低了噪声影响,仅用单快拍就可以准确估计LDACS信号的入射方向。仿真结果表明,改进单快拍高级幂(improved single snapshot high order power,ISS-HOP)L1-SVD算法的估计精度优于ISS-HOP-MUSIC算法。该方法可以有效抑制DME干扰,提高OFDM接收机性能。

鲁棒的DME/DME/SINS组合导航算法

测距仪/测距仪/捷联惯导系统的组合导航系统是区域导航中常用的导航源。提出了一种鲁棒的测距仪/测距仪/捷联惯导系统组合导航算法。首先以捷联惯导系统误差方程为基础建立起卡尔曼滤波的状态方程;其次推导斜距误差与系统状态变量间的数学关系,并以此建立量测方程;最后针对测距仪输出的斜距中的野值影响导航精度这一问题,采用一种鲁棒性能较好的基于Huber的卡尔曼滤波算法实现信息融合。实验结果表明,所设计的组合导航算法可以满足一类区域导航的需求,由于采用了基于Huber的卡尔曼滤波算法,算法鲁棒性较好,能有效应对量测野值对系统精度的干扰。

LDACS系统基于循环谱和残差神经网络的频谱感知方法

针对L波段数字航空通信系统(L-band digital aeronautic communication system,LDACS)可用频谱资源有限且易受大功率测距仪(distance measuring equipment,DME)信号干扰的问题,提出一种基于降维循环谱和残差神经网络的频谱感知方法。首先理论推导分析了DME信号的循环谱特征;然后利用Fisher判别率(Fisher discriminant rate,FDR)提取循环频率能量最大的向量,通过主成分分析(principal component analysis,PCA)进行预处理特征增强;最后给出数据处理后的循环谱向量与卷积神经网络相结合的实现过程,实现了DME信号的有效检测。仿真结果表明,该方法对噪声不敏感,当信噪比不低于-15 dB时,平均检测概率大于90%。当信噪比不低于-14 dB,检测概率接近100%。

测距仪信号功率谱及邻道泄露功率

为了解决宽带航空数据链频率资源匮乏的问题,L频段数字航空通信系统(L-DACS,L-band digital aeronautical communications system)将以内嵌的方式部署在航空无线电导航L频段测距仪(DME,distance measure equipment)波道间,因此,不可避免产生测距仪信号干扰L-DACS系统接收机的问题。为了定量描述DME/N(distance measure equipment/normal)与DME/P(distance measure equipment/precision)信号带外泄露对LDACS系统接收机的影响,首先建立了DME/N与DME/P信号数学模型,然后理论推导出DME/N与DME/P信号的功率谱密度表达式,以此为基础研究了DME/N与DME/P信号带外泄露对邻道部署的L-DACS系统接收机的影响,最后通过计算机仿真验证了理论分析结果的正确性。研究表明:DME信号带外泄露对L-DACS系统的影响主要表现在第一邻道,DME/P信号在第一邻道内泄露功率比DME/N信号泄露功率高约10 dB。

实现PBN技术的陆基DME台选择算法

航路飞行阶段的导航台选择是区域导航(area navigation,RNAV)运行的主要环节。在RNAV选台过程中通常会遇到换台频繁或台站跳变问题。根据测距机(distance measure equipment,DME)/DME导航方式提出了实际导航性能(actual navigation performance,ANP)的计算方法,并通过设定ANP阈值结合最小ANP值的方法设计航路飞行阶段DME台站选择算法。对京沪航线及其周围的DME台站数据进行了仿真实验,结果表明,该选台算法在满足导航精度要求的情况下有效避免了换台频繁和台站跳变问题。

基于BSBL-BO算法的DME脉冲干扰抑制方法

针对测距仪(distance measure equipment,DME)信号干扰L频段数字航空通信系统1(L-band digital aeronautical communication system 1,L-DACS1)正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM)接收机的问题,提出基于块稀疏贝叶斯学习边界优化(block sparsEbayesian learning-thEbound optimization,BSBL-BO)算法的DME脉冲干扰抑制方法。首先,利用OFDM接收机空子载波不传输有用信号的特点构造针对DME脉冲干扰信号的压缩感知模型;然后基于BSBL-BO算法重构DME脉冲干扰信号;最后在时域进行干扰消除。仿真结果表明,该方法比已有的脉冲干扰抑制方法具有更高的重构精度和更快的运算速度,进一步降低了OFDM接收机的误比特率,提高了L-DACS1系统前向链路传输性能。

DME/P精度评估

精密测距系统(DME/P)是国际上新开发的无线电导航系统,它与微波着陆系统配合,为进场飞机提供精密进场着陆引导。介绍了对DME/P系统进行测试的3种典型测试飞行剖面图。对测距误差的划分方法以及精度的分布特点作了详细分析,提出用合理的数字滤波软件和数据处理软件方法对其误差实现有效分离,并进行了飞行验证,对其测距精度进行了连续动态的准确评估。

PDME询问信号幅度强弱不等产生的误差分析

在研究精密测距系(PDME)测距原理及工作模式的基础上,分析了因询问信号幅度强弱不等引起测时误差从而导致测距误差的过程。分IA和FA两种模式,从测量脉冲前沿的数学表达式及判决门限电平的选择出发,研究因询问信号幅度强弱不等引起的测时误差,依据PDME工作原理推算测距误差。最后根据对测距误差的分析,对两种模式的测距误差情况进行了仿真,给出了仿真结果。

基于FPGA的机载DME抖频信号产生器设计及实现

机载测距机系统是现代飞机上必不可少的重要导航设备,DME测距的核心是采取闪频原理来实现应答脉冲的识别,抖频信号产生器是实现闪频原理的关键电路。基于FPGA设计并实现了机载DME抖频信号产生器电路,该电路主要包括随机数发生器、可变分频器等模块。经测试表明,电路性能稳定,工作可靠。

数字航空通信系统中DME干扰信号抑制技术研究

研究了L波段中常见的测距器(Distance Measure Equipment,DME)信号,为了抑制该信号,提高L波段数字航空通信系统1型(L-DACS1)的抗干扰性能。提出了通过对超出特定门限的接收信号乘以相应的衰减因子的方法,达到抑制干扰的目的;同时也能够提高系统的输出信噪比。最后通过仿真验证了该算法可以有效地提高L-DACS1的抗干扰性能。

PDME脉冲幅度或门限不稳产生误差分析

在研究精密测距系统(PDME)测距原理及工作模式的基础上,分析了因脉冲幅度或判决门限不稳引起测时误差从而导致测距误差的过程。分IA和FA两种模式,从测量脉冲前沿的数学表达式出发,研究因脉冲幅度或判决门限不稳引起的测时误差,依据PDME工作原理推算测距误差,进一步根据接收机输入端脉冲信号峰值电压与距离的关系分析了测距误差与距离的关系。最后根据对测距误差的分析,对两种模式的测距误差情况进行了仿真,给出了仿真结果。

基于几何精度因子的DME/DME地面台布局仿真

为了研究测距仪DME/DME地面台的布局模型,利用几何精度因子(geometric dilution precision,GDOP)进行导航精度的仿真。首先分析了DME单台无线电传输的最大直视距离,给出了DME/DME组合定位的布局模型。然后推算GDOP的算法公式,并且对布局模型的导航精度进行MATLAB仿真,在1200 m飞行高度层上分别对不同地面台数量进行说明。仿真结果表明,DME/DME地面台布局模型可以达到最优的多重覆盖并且GDOP表征的导航精度满足要求,GDOP随导航台数量增加而减小。

联合压缩感知与接收分集的DME干扰抑制方法

针对L波段数字航空通信系统(L-DACS1)反向链路测距仪(DME)信号干扰正交频分复用(OFDM)接收机的问题,提出基于联合压缩感知与接收分集的干扰抑制方法。在地面基站各接收支路中,首先通过压缩感知重构DME干扰信号,随后将重构的DME信号在时域进行干扰消除,消除干扰后各支路信号最终通过最大比值合并提高OFDM解调器输出信噪比,以克服测距仪残留信号的影响。仿真结果表明:该方法可有效抑制DME信号的干扰,提高L-DACS1系统的可靠性。

静止卫星FY-2H测距副站发射分系统故障处理及维护

本文介绍了服务于“一带一路”的风云二号H星三点测距的意义。分析了乌鲁木齐测距副站系统的发射分系统的重要性。同时详细介绍了对发射分系统的检测过程及故障现象的分析,梳理了发射分系统的常见故障及解决方法。

机载导航设备中基于自适应对消的DME脉冲干扰抑制方法

GPSL5信号作为GSP现代化的一部分,是专为民用航空而设置的,它与我国北斗星导航系统所用的B2a信号共用同一频段,共同组成未来的全球导航卫星系统(GNSS).L5信号面临已有航空无线电设备的干扰,其中测距仪设备(DME)对GPS L5和B2a信号所在频段造成了不可忽视的脉冲干扰.提出一种基于自适应对消的DME干扰抑制方法,充分利用机载DME天线所接收到的信息,对机载GPS接收机中的DME干扰进行估计和重构,进而进行抑制,避免了传统方法造成的数据损失问题.

DME应答接收机技术研究

应答接收机是通用航空测距机地面设备的核心,接收来自飞机的高斯脉冲对测量其与地面台之间的距离。接收机采用数字化、模块化的设计方法,按功能划分成不同的模块,以FPGA为核心进行设计。将设计分为接收机通道部分和后端信号处理部分两大模块,其中,接收机通道部分又分为射频处理、半幅检波等模块;后端信号处理部分又分为译码编码、莫尔斯识别脉冲生成、发射脉冲优先权控制等模块。经测试表明,电路性能稳定,工作可靠。