一种DS/FH混合扩频的抗干扰波形设计方法

现行的测控系统常采用直接序列扩频(DSSS)测控体制,实现相对简单,随着低截获概率(LPI)信号检测技术的不断发展,直接序列扩频测控系统面临着严重的威胁,抗干扰能力较差。针对此问题,提出了一种直接序列(DS)/跳频(FH)混合扩频的抗干扰波形设计方法。该方法采用大区域同步(LAS)码作为DS/FH混合扩频信号的扩频序列,并增加了载波跳变的功能。首先综合了2种方式的优点,对信号进行建模。然后通过模糊函数理论,结合DS/FH混合扩频信号自身特性,分析了信号的固有抗干扰性能。最后建立了3种常见的压制式噪声干扰模型,验证了DS/FH混合扩频信号的抗干扰效果。仿真结果表明,采用本文所提的波形设计方法,信号经匹配接收后信干比得到了良好的改善,满足在阻塞式干扰环境下的抗干扰需求,提高了测控系统的保密性以及抗干扰能力。

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。

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%。

基于氢谱修饰指数的润滑油添加剂抗磨损性能的预测研究

润滑油添加剂对保障机械运行的稳定性和安全性、延长设备的使用寿命、节约能耗具有重要作用,由于通过实验获得数据费时费力,故用定量结构摩擦性能关系研究方法,来获取抗磨损性能数据成为一种简便而高效的方法.为研究酰肼类及磷酸类润滑油添加剂抗磨损性能与结构的关系,定义并建构了新的氢谱修饰指数^(0)H,并计算36个酰肼类及磷酸类分子的电性距离矢量,筛选了M_(2)、M_(3)、M_(21)和M_(59),将这5个结构描述符作为BP神经网络的输入变量,磨损体积量度V s作为神经网络输出变量,用5-3-1的神经网络结构,构建了神经网络法预测模型,模型相关系数0.944,磨损体积量度V s的预测值与文献实验值的平均相对误差为2.61%,优于文献方法结果.结果表明:酰肼类及磷酸类润滑油添加剂抗磨损性能与氢谱修饰指数有良好的非线性关系,影响抗磨损性能的主要因素是分子中原子特性、基团片段的—CH_(3)、—CH_(2)—、>CH—、—O、—N—和—P—等.该研究对指导合成新型抗磨损性能好的化合物分子有理论意义.

基于AT86RF231的无线扩频语音通信方案

随着无线通信技术的发展,适配多种应用场景的短距离无线通信技术应运而生。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。由于传输的时延不固定,ZigBee不适合实时语音通信。为改善时延问题,文章设计了一种以ZigBee芯片AT86RF231为通信芯片的语音对讲系统,使用芯片的MAC层和物理层,通过FPGA控制收发时序,实现了实时无线语音通信,满足了某系统的无线语音通信要求。

正交M-ary/DS扩频及其在水声远程通信中的应用

在水声通信中,扩频通信具有可靠性高、抗多径能力强等特点,适合于远程或低信噪比情况下的通信;但另一方面,由于其带宽利用率低加之水声信道带宽有限,通信系统的数据率将受到很大的限制。为了提高数据率,提出了一种正交M-ary/DS扩频方法,该方法将正交直接序列(DS)扩频与并行M-ary扩频结合在一起,能够显著提高水声通信系统的数据率与带宽利用率。经过湖上实验验证,该方法在25 km距离约0 dB的接收信噪比下,采用63、127长度G o ld序列并通过RAKE接收,分别实现了对480个符号的无误码传输,数据率为381.0 b its/s与220.5 b its/s,其带宽利用率与使用相同序列的直接序列扩频相比提高了约一个数量级。

DS/FH扩频测控信号同步方案的捕获性能

针对航天测控信号的高动态以及由载频跳变引起的多普勒频率周期跳变的特点,提出了一种基于快速频率识别和辅助机制的直扩/跳频(DS/FH)混合扩频测控信号的一种同步方案。建立了跳频图案,伪码相位及多普勒频率的三维同步捕获状态转移过程的数学模型,推导出三维捕获的平均捕获时间表达式,及在伪码相位误差、多普勒频移和高斯白噪声条件下的检测概率和虚警概率表达式。仿真分析了在采用时域匹配滤波、频域多通道的直扩捕获方式下,信号和捕获系统参数对三维捕获性能的影响。理论推导与数值仿真结果表明了同步方案的有效性,并为信号设计及捕获系统参数选择提供了理论依据和实际参考。

一种DS/SS信号PN码序列估计的神经网络方法

本文提出了一种利用神经网络（Ｎ．Ｎ．）完成直接序列扩频（ＤＳ／ＳＳ）信号 ＰＮ（伪噪声码）码序列估计的新方法。该方法充分利用了无监督Ｎ．Ｎ．的自适应主元提取特性，加上其高速运算能力，解决了传统方法在ＰＮ码的实时处理及实现上的困难，理论分析和数值结果表明了本方案能在较低的输入信噪比条件下完成对ＰＮ码的正确估计。

氩气环境对激光诱导击穿光谱法检测钢中C、P、S元素的影响研究

激光诱导击穿光谱技术在实现钢水成分在线分析上展现了强大的应用潜力。然而,在测量钢中非常重要的C、P、S组成元素时,由于其有效的发射谱线无法在空气中远距离传输,这些元素的探测一直是个挑战。该论文工作研究了在1.5 m长探枪下,探枪中氩气环境对检测钢中C、P、S元素的影响规律,发现氩气流量过大或过小都不利于光谱测量,在气流量设置为11 L·min^(-1)时,获得的光谱最稳定且谱线强度最大。使用14个标准钢样本,在最优气流量下对C、P、S三种元素实现了明显检出以及定量分析。通过内标标定后,三种元素获得的检出限(LOD)分别为0.009%、0.04%、0.015%,相对标准偏差(RSD)分别为2.34%、1.05%、1.01%,相关系数(R)分别为0.998、0.997、0.987,均方根误差(RMSE)分别为0.02%、0.02%、0.03%。该论文研究成果验证了该探枪设计的有效性,为实现钢水成分中C、P、S在线分析提供了重要的设计依据。

使用混沌扩频序列增强DS/SS系统性能

基于Logistic映射,利用交织器设计扩频序列发生器,其产生的混沌序列具有良好的相关特性和旁瓣特性,并且是不必寻优而自身平衡的。将这种序列作为扩频序列应用于直接序列扩频系统中,能够有效地减少多址干扰,提高系统的容量,增强系统性能,信息也能够被加密。将这种序列和传统的扩频序列以及普通的混沌序列应用于扩频系统,仿真结果表明,设计的混沌序列性能优于其他的扩频序列。

应用实测强震动记录的地震动场快速推测方法

致灾性地震动是引起土木工程破坏的根本原因, 震后秒至分钟级的地震动场快速推测是紧急处置、灾害链阻断、灾情获取及震后精准救援的重要依据, 也是震后情景构建和城乡地震韧性评估的关键输入.为了震后快速推测目标区域内无观测仪器场点的地震动时程, 本文首先通过反距离权重插值方法快速推测无观测仪器场点的地震动幅值谱, 结合基于等效群速度的地震动相位谱模型, 发展了一种非平稳地震动快速推测方法;随后引入Delaunay三角剖分算法, 发展了一种分钟级的宽频带地震动场快速推测方法, 并采用实际震例验证方法在不同台网密度下的应用效果.结果表明, 在0.1~25.0 Hz频段, 推测与实测记录的幅值谱在幅值、谱形、卓越频率及高频衰减特征方面有很好的一致性;推测与实测记录的波形、地面峰值加速度(Peak Ground Acceleration, PGA)与速度(Peak Ground Velocity, PGV)、震相到时、加速度反应谱(Acceleration Response Spectrum, Sa)等非常接近, 通过地震动场得到的仪器地震烈度与调查地震烈度基本一致.本文方法实现了地震动波形场近实时计算, 可为烈度速报等近实时地震减灾和应急工作快速提供任意场点地震动时程.

跳频对DS/FH接收机载波跟踪精度影响分析

面对日益复杂的电磁环境,将DS/FH混合扩频技术引入航天测控领域是一种尝试.针对DS/FH信号的特点,推导了航天测控背景下的DS/FH混合扩频系统接收机关键节点的数学模型,分析了航天测控应用中由于DS/FH混合扩频信号的相邻跳频频率不同导致附加在载波上的多普勒频率跳变和载波初始相位跳变对混合扩频接收机捕获跟踪的影响,重点分析了载波多普勒频率跳变和载波初始相位跳变对接收机载波跟踪精度的影响;提出了一种减小由于跳频载波初始相位不确定造成相关累积能量损失的方法,并利用跳频图案辅助降低了跳频对混合扩频接收机载波跟踪精度影响,仿真验证了该方法的有效性.

基于编码扩频的DS/FH混合扩频同步技术研究

扩频通信是现代通信系统中的一种新兴通信方式,具有较强的抗干能力,提出一种适用于高速跳频加直扩混合扩频系统的同步技术以及混合系统的实现方案。本系统基于编码扩频的理论,利用数字匹配滤波器一次性完成系统直扩信号的同步和解码,大大缩短系统同步时间,简化电路设计。同时,在跳频过程中采用宽间隔跳频图案进一步提高了系统的抗干扰性能,合理利用资源,对实际系统的开发和设计具有一定的应用价值。

利用二次谱盲估计多速率DS/CDMA伪码周期

针对可变扩频长度(VSL)的多速率DS/CDMA信号伪码周期的盲估计问题进行了研究,将一般单速率直扩信号二次功率谱伪码周期估计的方法扩展到多速率DS/CDMA模型。该方法首先将接收的多速率DS/CDMA信号进行采样,并对其求一次功率谱,再将一次谱作为输入信号作傅里叶变换并取模、平方,从而得到信号的二次功率谱。通过推导证明,多速率DS/CDMA信号的二次功率谱在扩频码周期的整数倍处出现尖锐的谱线,且不同速率用户的二次谱线幅度是不同的,利用这些幅度差异区分不同速率并通过估计谱线之间的距离即可获得不同速率信号的伪码周期。仿真表明该算法在低信噪比下适用,在-15 dB能够利用较少数据同时估计多组速率的伪码周期。

稀疏图DS-CDMA系统设计

DS-CDMA是在扩频技术上发展起来的多址接入方式,但在用户接入数量过载时难以保证高质量的通信性能。基于此,提出了一种基于稀疏图的DS-CDMA系统。该系统以低密度二分图的形式来描述扩频码片和用户之间的关系,使得参与通信的每个用户只在少量码片上进行非零位扩频调制,最大限度地减少了用户间的相互干扰。借助图模型的相关理论,把适合于稀疏图的置信度传播算法应用于该系统,进行多用户检测,通过码片与用户之间的消息迭代来消除噪声和多址干扰带来的影响。结合计算机仿真,从不同的角度测试了系统的误码率等性能。理论分析与性能验证表明,稀疏图DS-CDMA在接入用户数量远远超过系统容量的情况下,依然具有优良的性能。

数字化DS/BPSK导航接收机伪码序列捕获系统

针对无线电导航系统中的伪码序列快速捕获问题,提出了一种数字化扩频序列捕获系统.该系统采用串并组合捕获方式,捕获判决采用了Tong算法.在对其进行数学建模的基础上,分析了系统的虚警概率、检测概率和信噪比与捕获速度的关系;给出了一种检测门限和失锁门限的确定方法.分析表明,本文提出的伪码序列捕获系统具有检测概率高、虚警概率低和平均捕获时间短的特点.

基于双PN周期的短码DS-SS信号扩频波形及信息序列盲估计方法

针对短码DS-SS信号盲解扩,研究了DS-SS信号的扩频波形及信息序列盲估计问题,提出一种基于双PN周期分解的扩频波形与信息序列联合盲估计算法,该算法在低信噪比条件下同时完成扩频波形和信息序列的估计,计算量小,且避免传统方法利用单PN周期分解时扩频序列连接的相位模糊等问题,提高了盲估计的正确率。最后仿真验证了算法的有效性。

DS/FH测控信号伪码跟踪精度分析

针对基于直扩/跳频(DS/FH)混合扩频信号的航天测控系统存在高动态性和多普勒捷变的特点,推导了在一定前端带宽和动态环境下超前滞后伪码跟踪环的精度表达式,仿真和分析了前端带宽、环路带宽、载噪比以及多普勒捷变量等参数对跟踪精度的影响。结果表明了在跟踪环路中引入载波辅助和多普勒捷变补偿修正的必要性,并为跟踪精度的提高、跟踪环路设计等后续工作提供了有益参考。

窄带干扰环境下DS-SS信号的细微特征分析

通过对窄带干扰(NBI)条件下低信噪比直接序列扩频(DS-SS)信号的细微特征分析,得到了NBI特征波形和DS-SS扩频伪码(PN)的盲估计。首先按PN码周期和码速率(假设已获知)对接收DS-SS信号进行取样预处理形成观察向量集,接着用细微特征分析方法对该集合进行处理,最后可以估计出信号所夹杂的NBI特征波形和信号的PN码序列。为了减少所估计PN码的相位模糊性,本文在取样预处理时将取样时间窗口增大到PN码周期的二倍,结果使所估计的PN码或是原码或是反码,从而提高了估计准确性。同时利用所估计的NBI特征波形可消除原始信号所夹杂的NBI,而利用所估计的PN码序列则可以对DS-SS信号实施盲解扩处理。理论分析和数值结果表明,该方法有效,并能工作在较低的输入信噪比和信号干扰比环境下。

DS/FH混合扩频系统快速捕获新算法

针对DS/FH(Direct Sequence/Frequency Hopping)混合扩频系统捕获时间长的难题,提出了一种基于可变跳频速率的捕获算法.对搜索过程中频率未对准状态进行快速出局处理,降低平均捕获时间;对准状态则通过较长时间来验证以降低虚警概率.通过状态流图,导出了新算法在高斯白噪声信道和典型干扰环境下的平均捕获时间计算公式、检测概率、漏警概率和虚警概率.仿真结果表明,在高斯白噪声环境下,选取合适的门限,平均捕获时间可减少为传统快速扫描法的1/4;在干扰环境下,新算法鲁棒性优于后者.