多功能可重构电磁信号发射接收及处理技术

针对导航增强、通信、雷达探测、电子侦察和干扰综合多功能一体化载荷系统对硬件通用化、功能软件化和资源虚拟化的需求,实现最大限度资源复用与共享,提出了低剖面、超宽带宽角扫描、极化可重构的综合孔径技术,基于射频全链路可重构架构和三维异构集成的综合射频微系统技术;基于硬件进程实现超异构计算资源灵活调度和动态管理技术。该文提出的综合多功能一体化电磁信号发射接收处理架构和关键技术,为未来分布式多域智能网联电子系统的软件化、虚拟化和智能化提供技术基础。

多跳虚拟MIMO系统中随机接入的MAC方案

针对多跳虚拟多输入多输出系统及其动态资源分配进行研究。基于信道模型构建多跳虚拟多输入多输出系统的传播和连接模型,并提出一种分布式MAC方案。通过一个帧ALOHA协议把时间轴分割成帧(每一帧由给定数量的时隙构成),将时隙资源独立分配给每一跳,多跳链中的每个虚拟天线阵列随机选择一个时隙,实现在每一跳上的节点独立选择无线资源;对基于帧ALOHA协议的系统性能进行详细分析,得到它们的解析表达式。仿真结果表明,所提方案有较好的系统性能,优于集中式资源分配方案。

基于时间调制的单通道多基线相位干涉仪测向

基于时间调制理论,提出了一种单通道框架下的多基线相位干涉仪测向方法,其克服了传统相位干涉需要多个射频通道带来的系统复杂度高以及通道幅相不一致性问题.所提方法利用单刀多掷开关周期性接通多基线相位干涉的各天线单元,并从接收信号产生的谐波特征中同时估计多组基线产生的相位差.首先分析传统多基线相位干涉仪测向存在的局限性,然后提出基于时间调制的单通道多基线相位测量方法,最后结合2~8GHz宽带测向需求,设计四基线相位干涉仪并进行仿真.仿真结果显示,在2~8 GHz范围内,测向误差能达到0.1°以内,证明了本文方法的有效性.

运动平台分布式功率合成效能分析

针对运动平台的位置摄动问题,分析了位置摄动对分布式功率合成效能影响,建立了存在位置摄动的分布式功率合成模型,推导了平均远场波束图、互补累积分布函数表达式以及3 dB波束宽度近似表达式。理论分析和数值仿真表明,位置摄动加剧会导致分布式功率合成的平均远场波束图、峰值功率、3 dB波束宽度和互补累积分布函数不断恶化。当位置摄动达到信号波长的9%时,运动平台进行分布式功率合成后的信号峰值功率下降到其理论上限的90%。

基于虚拟测点的雷达测试性建模技术研究

复杂雷达电子装备逐步迈向智能化、信息化、综合化发展的新阶段,为了保障雷达电子装备的健康运行,亟需研究可靠的测试性设计与分析方法。其天线阵面分系统内部设备种类繁多,综合网络错综复杂,导致当前的测试性设计与分析技术难以满足需求。依托TEAMS软件平台,提出了一种基于虚拟测点的测试性建模方法。该方法通过构建虚拟测点来对装备进行状态监测和综合诊断,间接获取装备的状态信息,进而对雷达电子装备的测试性水平进行分析和评估。通过工程应用案例对提出方法进行验证,结果表明提出方法可以有效提高电子装备的测试性水平。

协同系统中预编码技术的发展

协同系统与多入多出系统具有相似性,在协同系统中引入预编码技术是方便可行的。本文从本地和虚拟天线阵的构成方式及系统拓扑等角度出发,对协同系统中的预编码技术进行了分类整理,总结了其研究现状。

一种波束赋形相控阵天线的分析与设计

设计了一种水平面赋形、俯仰面扫描的一维相控阵天线,天线单元采用印刷振子.为了获得低副瓣,馈电电流采用泰勒分布.为了满足0.2°扫描步进指标要求,采用虚位技术,通过4位移相器实现9位移相器功能,简化了设备,降低了成本.测试表明:在±15°扫描范围内,半功率波束宽度小于2.3°,增益大于25 dB,副瓣低于-25 dB,水平赋形方向图3 dB波束宽度33°,满足设计指标要求.

基于虚拟扩展的超分辨改进MUSIC算法及伪峰抑制

提出一种改进的信号波达方向(DOA)估计的超分辨解决方案,该方法将实际的传感器阵列扩展成多个具有不同的阵列孔径的虚拟阵列,以提高DOA估计的分辨率,然后对这些虚拟阵列得到的空间谱取平均,以抑制阵列孔径扩展导致的虚假谱峰。仿真实验证明了该方法的有效性,并且显示该方法在非相干信号条件下相对于标准MUSIC算法具有更高的近目标分辨率。

时域天线阵的测试及其结果分析

将时域天线组成阵列是改善超宽带雷达技术性能一条行之有效的途径;研究时域天线阵辐射或接收的波形变换和畸变规律,是十分必要的;利用虚拟仪器技术,采用LabView软件平台,使用模块化设计思想,实现一套基于示波器和转台协调工作的时域天线阵自动测试系统的设计;通过对天线阵测试结果进行分析,并与FDTD的仿真结果进行对比,得出关于时域天线阵有价值的结论。

锥面共形阵列非圆信号2D-DOA估计

针对常用锥面载体的单曲率特性,结合合理的阵元布局和利用非圆信号非零椭圆协方差特性,提出一种锥面共形阵列天线非圆信号盲极化二维波达方向(two dimensional-direction of arrival,2D-DOA)估计方法。该方法基于非圆-旋转不变子空间(non-circular estimation of signal parameters via rotation invariant technique,NC-ESPRIT),充分利用非圆信号的阵列扩展性,将DOA与极化参数去耦合,在此基础上,对俯仰与方位角度参数分维处理,在未知极化参数的情况下,实现了2D的分维估计。针对相干源情况,推导了锥面共形阵列非圆信号解相干空间平滑算法,通过解相干预处理,保证了所提算法对相干信号的适用性,扩展了算法的应用范围。计算机仿真实验表明,所提方法在信噪比较低(小于10dB)时,较之已有算法大大提升了DOA估计精度,达到了较好的效果。

基于STBC方案的鲁棒性协作频谱感知技术

协作频谱感知技术可削弱认知无线电系统中衰落阴影等对检测信道的影响.基于对空时分组编码(STBC)固定分组协作频谱感知技术的分析,提出了鲁棒性的动态分组方案以克服固定分组的局限性,最大限度地发挥STBC方案的优势,提升系统的检测性能.该方案利用认知用户间的交互信道条件进行动态分组,以获得更小的虚警概率下界.理论分析和仿真结果表明,本文所提出的方案在衰落信道环境下可显著提高系统的检测性能.

共形阵列天线超宽频带波达方向实时估计

为了解决航天飞行器系统中共形阵列天线超宽频带测向问题,提出了基于共形阵列天线的任意基线实时测向算法。该算法使用轮换比对的方法实现无模糊测向,将任意基线算法扩展到三维阵列中,结合虚拟基线方法,利用子阵分割技术和矩阵求逆的方法来获得二维方位角和俯仰角信息。最后通过仿真实验对比了基于对数周期天线的立体阵列和基于平面螺旋天线的平面阵列,验证了所提方法的有效性。结果表明:所提算法在相同频率下具有相近的解模糊概率,在相同信噪比下具有较高的测角精度。

虚拟仪器在数字阵列天线测试中的应用

在现代雷达和民用通讯领域,数字阵列天线是当前的一大研究热点。但是阵列系统的多天线单元和多收发通道必然带来阵列系统的误差。所以,天线交付前都要准确获得其相对幅相误差的分布。而一般的天线测试系统通用性较差,测试工作量大。我们利用虚拟仪器系统开发平台-LabVIEW和NI支持的数字信号采集卡,编制具有友好人机交互界面的数据采集和监视VI(虚拟仪器),可以实现阵列天线测试过程中的通道监视、数据采集,大大简化数字天线阵列的测试工作量。开发的系统极大缩减了阵列天线的测试周期。

面向未来移动通信的超蜂窝网络架构

提出了一种面向未来移动通信的超蜂窝网络架构设计,其核心技术包括:超蜂窝无线组网技术、接入网虚拟小区技术和云平台支撑技术。超蜂窝无线组网技术的特点是空口控制与业务覆盖的分离,进而演进为对空口资源和流程的重构;接入网虚拟小区技术的特点是处理逻辑与空口覆盖的分离,进而演进为以用户为中心、结合SDN(Software-defined networking,软件定义网络)技术的接入网处理重构;云平台支撑技术的特点是接入网处理与计算资源的分离,进而演进为面向运营、平台化和虚拟化的计算重构。超蜂窝网络架构的设计与大规模天线阵、高频段大带宽通信的新兴物理层传输技术有很好的统一性,并且衍生出了一些新颖的跨层跨域的统一研究方法。

LabVIEW与MATLAB混合编程在数字天线阵列测试中的应用

数字天线阵列由于其众多的优点使其在军事和民用领域都得到了广泛的应用。但是阵列系统的多天线单元和多收发通道必然带来阵列系统的误差,这些误差会影响系统的性能,所以必须对其进行校正。在虚拟仪器系统开发平台——LabVIEW上编制具有友好人机交互界面的数据采集和监视VI(虚拟仪器);利用MATLAB强大的数据处理能力进行数据分析。并通过LabVIEW调用MAT-LAB Script节点和COM组件法进行LabVIEW与MATLAB的混合编程,实现了阵列天线测试过程中的通道监视、数据采集和验证,最终完成了数字天线阵列的测试工作。

LTE阵列天线与传播模型虚拟仿真实验设计

设计了基于虚拟仿真的LTE阵列天线与传播模型创新实验平台,利用该平台既可实现阵列天线的基本原理和经典无线传播模型的基础验证性实验内容,也可以利用平台提供的二次开发功能,将学生自主设计的模型算法运用于LTE网络的区域覆盖规划,并通过仿真实际场景的覆盖效果对算法模型进行优化。该实验激发了学生的创新意识,提高了学生的创新能力。

基于虚拟天线的自适应波束形成零陷改善方法

针对卫星导航信号发射方向与干扰来波方向较近导致卫星导航信号受到抑制,并造成圆形阵列天线波束零缺陷较浅的问题,提出了一种新的虚拟天线方法——延推法。该方法利用一个圆心处实阵元,至少3个圆弧上的等距实阵元,便可虚拟拓展出虚拟阵元处的数据信息。虚拟拓展阵列相比于实际天线阵列自适应波束形成性能更优,形成零陷深度更大,零陷上段开口角更小,输出信干噪比达到稳态速度更快。相比于现有较成熟的基于高阶累积量的阵元虚拟拓展方法和基于内插变换的阵元虚拟拓展方法,该方法没有计算量较大及角度敏感的缺点,且对零陷改善情况综合性能较好。仿真结果表明,在窄带干扰与宽带干扰情况下,延推法均可准确形成足够深度的干扰抑制零陷,且相对实际阵列干扰抑制零陷深度、上段开口角性能及收敛速度性能更优。该算法对卫星导航抗干扰性能改善效果明显。

基于虚拟阵列改进MUSIC算法的相干信源DoA估计

受多径传输环境的影响,在智能天线测向研究中,必须考虑相干信源的存在。针对相干信源的波达方向(Direction of Arrival,DoA)估计问题,提出了一种基于虚拟阵列平移的改进MUSIC算法。仿真结果表明:在相干信源入射角度差异很小(约5°)的情况下,该算法依然能准确地估计;同时,该算法不损失阵列孔径,最多可估计出M-1(M为阵元数)个相干信源;此外,该算法具有同时适用于相干信源和非相干信源目标方位估计的优点。

一种基于多中继选择的分布式空时分组编码方案

协作分集可以抵抗无线信道的多径衰落,结合空时分组编码可以更加有效地提高系统性能。传统的空时编码协作通信是选择所有正确译码的Relay进行协作转发,当Relay个数大于空时编码矩阵天线数时,系统无法获得额外增益,同时将消耗大量能量。给出了一种多中继选择方案(M-OR),提出了一种基于M-OR终端选择的分布式空时分组编码协作方案。在给定STBC编码矩阵条件下,依据信道状况信息选择多个合适的中继终端参与分布式空时分组编码协作通信。新的协作方案通过简单的协议可获得传统方案的分集复用折中,同时节省系统能量。仿真结果表明,新的协作方案具有良好的分集复用性能并验证了其有效性。

基于合成孔径阵列的雷达辐射源被动定位技术研究

本文引入被动合成孔径天线阵列新概念,将不同时间位于不同飞行位置的同一接收机视为合成孔径天线阵元,充分利用小型飞行器的空间运动特性及雷达脉冲信号的周期旋转特性,给出雷达辐射源信号虚拟到达时间差精确估计方法,并给出基于虚拟到达时间差的雷达辐射源被动定位方程构建方法及闭式求解算法,以实现雷达辐射源的快速可靠定位.计算机仿真验证了所提算法性能,并证明本文算法针对搜索警戒雷达等脉冲规律稳定的雷达辐射源具有较高的定位实用价值.