基于FPGA的特征扩频卫星物联网链路设计与实现

随着卫星通信与地面无线通信的发展,通信系统频谱共用问题日益突出。传统扩频方法通常将外部干扰视作均匀功率谱信号,但此类方法对卫星通信频谱的利用尚不充分。采用信号功率谱特征与干扰信号功率谱特征互补塑形的特征扩频系统,更符合实际卫星通信中噪声频谱非均匀和小信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)的情况。设计了特征扩频的扩频与解扩方案的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)实现,借助成型的四相相移键控(Quadrature Phase Shift Keying, QPSK)通信链路,嵌入特征扩频模块对QPSK调制后的信号进行扩频幅度调制。在FPGA上实现了该方案,验证所完成的系统在发送端能正确对数据进行扩频处理,在接收端能识别扩频后的信号,并正确解析出来。该研究的结论有助于现代卫星通信中业务数据实现小信噪比和低误码率(Bit Error Rate, BER)传输。

基于三维光谱特征空间的干旱区土壤盐渍化遥感定量研究

土壤盐渍化是干旱半干旱区农业发展的重要制约因素，同时也是干旱区所面临的最主要的生态环境问题之一，因而准确获取土壤的盐渍化信息对于实时掌握其分布范围以及合理地开展盐渍化治理工作具有重要意义。选取渭干河-库车河流域绿洲典型盐渍地作为研究区，以Landsat-TM多光谱遥感影像为基础数据源，首先对影像进行最小噪声分离处理（MNF变换）并计算其像元纯度指数（Pixel Purity Index, PPI），选取能表征区域特征信息的前三个波段构建MNF三维光谱特征空间，然后在向量空间和单行体理论的指导下，结合实地调查，提出“植被亮点区”概念，并定义“盐渍化距离指数（Soil Salinization Distance Index, SDI）”为多维向量空间中包含于单行体中的盐渍化像元到“植被亮点区”的归一化距离。最后利用不同盐分环境下的实测数据对SDI进行精度验证。结果显示：在低植被覆盖区，即中度、重度盐渍化区，SDI与0-10cm内土壤盐分含量相关性要高于0-20cm，R2＞0.83。在相对高植被覆盖区，即农田和轻度盐渍化区，SDI与0-20cm内平均盐分含量相关性要高于0-10cm，R2＞0.81。0-10cm层二者总体精度R2=0.81，0-20cm层二者相关性总体精度R2=0.72。研究表明，SDI指数模型简单、易于构建，精度较高，具有一定的应用价值，有利于干旱区区域大尺度盐渍化的定量分析和监测工作。

一种求解一维量子体系本征态的方法

为了得出一维量子体系本征态的简易求解方法,介绍了一维有限格点量子链和量子环本征能量的一种求解方法,并且借助图示的方法对这两种体系的能谱进行了详细的对比,这样可以清晰地认知一维有限格点量子链和量子环这两种结构的能谱特点.对这两种结构中格点能量存在涨落的情况进行了讨论,并且给出了量子链中表面态出现的条件,同时发现量子环中格点能量的涨落不会导致表面态的出现.

用特征矩阵法研究一维激光全息光子晶体的禁带特性

介质中传播方向相反的2束激光干涉可形成具有一维周期结构的体积全息图,而这种全息图可以看作一维光子晶体,称为一维激光全息图光子晶体,用特征矩阵法研究了一维激光全息图光子晶体的透射谱中的禁带随入射角、记录波长、介质折射率、折射率调制度的变化规律。结果表明:当入射角变大,激光波长、介质折射率及介质折射率调制度变小时,禁带的位置向短波方向移动,禁带宽度减小。

基于主元分析的频谱整体识别方法

根据频谱的整体数据进行模式识别和分类时必须考虑如何降低识别过程中的计算量问题,提出了一种基于PCA的频谱整体识别方法.该方法将N点频谱视为N维空间中的点,首先利用已知频谱样本建立数据矩阵,继而进行PCA处理并确定满足信息保留率门限值的主元方向个数,实现高维数据的降维,并计算各类频谱在低维空间投影点的中心,得到数据模板.在方法的识别应用中以距离最小为判据准则进行识别归类.数值仿真和语音识别实验结果说明所提方法性能稳定,识别准确率较高,具有一定的实际应用价值.

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。

罗兰C接收机天波识别技术研究

使用现代谱估计技术进行罗兰C接收机的天波延迟估计,有效地解决了常规接收机基准点固定的问题。文章提出的方法,在不断变化的天波干扰环境下根据数据调节相应的采样点,在低信噪比条件下分离出了地波和天波的到达时刻,且具有较高的分辨率。本文对基于参数建模和特征值分解的算法进行了讨论,充分说明了现代谱估计技术能减少对准基准点的时间,可提高现有罗兰C接收机的性能。

一维晶格振动声子谱的全量子理论和“不变量本征算符”方法

建立一维晶格振动声子谱的全量子理论,其哈密顿量是自动包含了Born-von-Karmann边界条件的环链量子哈密顿量,然后用不变本征算符方法简捷地求出其声子谱.

奇异值与特征值分解在谐波源定阶中的等价性

现代谱估计理论较好的解决了随机白噪声下平稳的电力系统谐波和间谐波模型的求解问题,算法的关键在于准确的确定谐波和间谐波源的个数,称为"定阶",定阶的方法有奇异值分解和特征值分解两种。本文通过理论推导论证两种定阶方法本质上是等价的,并对实测的电弧炉电流波形,采用Esprit进行仿真验证。

基于相似度的直扩信号盲解扩方法

针对传统方法对直扩(direct sequence spread spectrum,DS-SS)信号进行盲解扩时,需要在估计出扩频序列后,才能完成信号盲解扩的问题,提出了一种基于相似度的DS-SS信号盲解扩方法。该方法首先在扩频码的码片速率和周期已知的条件下,以单倍扩频码周期的窗长对接收信号进行数据分段,然后对任意两段数据求相似度函数值,构造相似度函数值的特征信息矩阵,最后通过对构造的特征信息矩阵进行特征值分解就可以实现对信息序列及扩频码序列的盲估计。理论推导和仿真实验结果表明,该方法具有精度高、稳定性好,在信噪比容限值为-22dB的条件下也能够有效的盲估计DS-SS信号的信息序列及扩频码序列。

低信噪比长伪码直扩信号的盲估计方法

为了解决低信噪比长伪码直扩信号的盲估计难题,提出了一种长伪码直扩信号的相关矩阵累加平均结合特征分析的新方法。本方法是在已知长伪码直扩信号的扩频码周期、码速率等参数,并且信息序列不相关的前提下,将接收到的长伪码直扩信号以一随机确定值为起点进行周期分段形成连续多个观察向量,求其相关矩阵并累加平均,并实施特征分析以得到相关矩阵的特征值和信号所含主成分,由相关矩阵的特征值可以估计出信号所含的噪声方差、信号信噪比和信号分段时随机确定的起点,由主成分特征向量还可以进一步估计出观察信号的扩频码序列。本文所提出的方法充分分析和推导了长伪码直扩信号的特征结构,提出了对长伪码直扩信号盲估计的核心基础算法,该算法可以有进一步应用于长伪码直扩信号盲解扩的潜力。本文提出的方法并不象已经提出的其他算法,其对长伪码扩频信号的盲估计性能可以随着观察向量个数的增加逐步得到改善,而且该方法可以应用于任意类型的扩频码、信息码,在理论上能工作在任意强度的加性高斯白噪声环境下,并且不需要事先提取任何定时同步信息。理论分析和数值结果表明了本方法较为鲁棒不易受到噪声影响。

四硼酸钾晶体的拉曼振动谱

本文报道了四硼酸钾(K_2B_4O_7·4H_2O 简称 KB_4)晶体的拉曼光散射。用拉曼光谱分析了 KB_4晶体的结构特点,指出光谱中的最强峰仍属于畸变 BO_4四面体的振动。但由于其畸变比某些晶体如KTP 中的 TiO_6八面体小,分子极化率低,故散射强度远比 KTP 晶体低。由于分子中存在较多水分子,其引起的氢键使振动频率降低,谱线红移。

窄带干扰环境下直扩信号伪码的盲估计方法研究

为了解决窄带干扰条件下低信噪比直扩信号扩频码的盲估计问题,该文提出了一种直扩信号的相关矩阵累加平均结合矩阵特征分解的方法。该方法首先按照已获知的直扩信号扩频码周期、码速率等二次统计特性参数对接收信号进行取样处理以获得一个观察向量集,接着用所提出的方法对该集合进行处理,其结果可以估计出信号所夹杂的窄带干扰(以多音干扰为例)特征波形,同时还可以进一步估计出信号的扩频码序列。利用前者,可以进一步消除信号所夹杂的窄带干扰,而利用后者则可以对接收信号实行盲解扩处理。理论分析和数值结果都表明了该方法非常有效,并能工作在较低的输入信噪比和很低的信号干扰比环境下。

GaAs-AlAs准晶超晶格振动特性研究

研究了人工晶体GaAs-AlAs准晶超晶格的振动特性,并与GaAs-AlAs的周期超晶格、一维准晶链的振动特性作了比较,对态密度作了进一步约化,所得结果与实验所测喇曼谱符合得很好。

自监督学习子空间模式识别方法的统计特性分析

本文研究了神经网络无导师自监督学习子空间模式识别方法的收敛性问题，证明了学习子空间法的变换矩阵收敛于模式的自相关矩阵估计；证明了一类Ｋｏｈｏｎｅｎ自监督学习子空间方法的收敛性；给出了子空间旋转变化所引起的子空间特征谱分布的近似表达式，同时给出了子空间扰动的上界定理。

自共轭算子束的谱及其应用

首先研究了自共轭算子束L—λV的谱曲线,其中L和V是Hilbert空间H内的自共轭算子.其次研究了谱问题Ly=λVy的特征值.最后,将所得的结论应用到正则和奇异的常微分算子的不定谱问题中.

低温下自旋为1/2的一维亚铁磁棱型链系统的元激发谱

利用不变本征算符法计算了低温下自旋为1/2的一维亚铁磁棱型链系统的元激发谱,并讨论了在此系统中不同的特殊情形下的元激发能量及不变本征算符法的优点与不足.

再论负能谱系统存在的必然性

根据Landau的负能谱理论,探讨了高密度物质中存在负能谱系统的可能性,首先介绍了Landau的负能谱理论,进一步利用星体内部场的结构方程-TOV方程分别讨论了相对论流体,超相对论流体中形成负能谱的可能性,最后对相对论量子系统中形成负能谱的条件也作了基础性阐述．

IEO法研究三维各向异性XYZ-Heisenberg铁磁系统

利用不变本征算符法、D-M变换和点阵傅立叶变换、宇称变换等幺正变换对三维各向异性XYZ-Heisenberg铁磁系统的Hamiltonian进行对角化.得到系统的自旋波谱(磁振子谱)及基态能量.并且推导出系统的配分函数、自由能、内能、熵、比热、磁化强度、磁化率等的解析表达式.同时对其特殊情况下的结论进行讨论.

莱州花岗岩应变岩爆实验声发射频谱特征分析

深部岩爆的发生对应着岩石的猛烈破坏,同时产生弹性应力波,相应的就会有声发射现象发生。声发射频谱特征的变化能够反映岩爆发生的本质信息,因此开展此方面的研究有着重要的理论与应用价值。利用自主研发的深部岩爆过程模拟实验系统,进行了花岗岩循环加卸载条件下的岩爆声发射模拟实验。首先对花岗岩的应变岩爆实验过程进行划分,分析其声发射释能特征;其次,选取实验过程中的关键特征点声发射波形信息并对其进行傅里叶变换,观察各关键特征点的原始波形特征、二维频谱特征,寻求岩爆时刻的本征频谱;从其二维频谱功率谱图上,获取各个关键特征点的频谱响应特征和其对应的幅值特征,研究其频谱响应规律。研究结果表明:岩爆时刻区别于其他阶段最明显的特点就是声发射表现为连续型波形,低频高幅值特征。