基于单天线航向测量的股道占用判别方法研究

随着北斗卫星系统的建设完成,以卫星导航为核心的车载化列车定位成为列车定位系统的发展方向。在这一背景下,精准判别列车股道占用成为确保列车高精度位置感知的必要前提,对避免冲突、支撑列车调度决策和保障列车安全具有重要的意义。针对传统的股道占用判别方法通常依赖于地面设备,易受到成本、复杂性和维护困难等因素制约的问题,研究利用低成本的单GNSS天线进行高精度的列车航向角测量。特别是在道岔咽喉区,计算单天线测量结果与数据库中列车航向的偏差,评估对不同股道的占用概率。为此,首先构建了载波相位星间差分与历元差分的双差分模型,消除了电离层、对流层、钟差、模糊度等一系列卫星定位误差源的影响;其次,通过扩展卡尔曼滤波估计相邻历元间列车的位移变化量,同时计算伪姿态坐标系下的列车航向;最后,基于航向角偏差进行列车的股道占用判别,并利用列车进出青藏线联通河站的实测数据对所提算法进行了验证,并结合轨道电子地图,判别列车占用正线/侧线不同股道的置信概率。实验结果表明:通过单天线解算列车航向角的误差均方根为0.111°,根据航向角偏差进行股道判别的模糊区距离减少了约50m,模糊区时间减少了约5s。仅通过单天线航向解算完成高精度的航向测量,并根据航向角偏差实现股道占用判别,可作为轨道占用的一种判别方式,具有一定的工程价值。

基于单天线相位的UHF RFID室内定位算法研究

基于单天线相位的UHF RFID,采用双标签的定位方法,对室内定位算法进行了研究,结果表明:待定位目标边长距离在超过高频载波信号波长的情况下,有2个间距为1/2载波波长的无源标签附着于特定目标上。仿真表明:在三条路径、两条路径情况下,两步测距可估计平均定位误差;两步测距(副载波)方法也可估计平均定位误差;但两步测距(副载波)方法基于双标签定位中,无法确保阅读器与2个标签间距离大小关系。在三条路径、两条路径情况下,两步测距(副载波)方法误判率分别为17.45%、17.82%,两步测距(载波)方法误判率均为0,故两步测距(载波)方法可将定位误差降低,确保物品登记准确性。

基于交替方向乘子法的单天线ADS-B信号分离

广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)系统是一种针对空中交通管理的监视系统。然而,由于ADS-B信号传输的随机性不可避免地导致多个ADS-B信号之间的重叠。传统的单天线Capon算法由于频率估计误差导致算法性能下降,针对以上问题提出了一种非频率估计的ADS-B信号分离算法。首先,基于矩阵重构,将单天线ADS-B信号分离问题重新表述成一个与Capon算法类似,但是约束条件完全不同的非凸优化问题。然后,针对该非凸优化问题,使用了交替方向乘子法求解了该非凸优化问题。仿真结果表明,当非重叠的数据的长度大于1μs时,提出的算法就能有效地分离出重叠的单天线ADS-B信号。此外,即使在Capon算法已知重叠信号的频率精确而所提算法未知的情况下,所提算法的性能也优于Capon算法。

基于GNSS单天线的船姿测量算法研究

为研究GNSS单天线船姿测量的性能,在分析航速、航迹对船载GNSS单天线测姿精度影响的基础上,提出了基于载波相位历元间差分(TDCP)测速的船姿测量方案。首先利用TDCP求取历元间高精度位移增量,然后计算历元间平均速度,最后基于测船速度反演测船姿态。海试结果表明:基于TDCP方案的测姿性能与船速正相关、与船艏向变化率负相关,测姿估算精度略优于PPP方案、明显优于Doppler方案,为船载GNSS单天线测姿方法的研究与工程应用提供了参考。

单天线全双工通信系统的自干扰数字消除研究

为了消除双全工通信系统的非线性对自干扰信号的影响,设计具有直接转换结构的单天线全双工通信系统的自干扰数字消除模型。综合考虑收发机射频(RF)硬件的非线性、同相/正交(IQ)不平衡、相位噪声效应和接收机噪声系数的影响因素,在分析发射机和接收机自干扰特征的基础上,提出适用于接收机链RF和基带(BB)非线性的自干扰数字消除方法。利用正交三角(QR)分解法对设计矩阵进行正交化,减少了估计误差和消除误差。通过波形仿真结果表明:与现有方法相比,所提出的方法不仅具有较好的数字消除效果,而且消除效果不受发射功率的影响。

基于单天线相位和UHF RFID的定位仿真研究

为了达到无源UHF RFID在室内高精度定位的目的,进行标签反射信号相位特性研究,分析φ与R之间的关系。在相位差的基础上,分析相位解模糊的方法,并提出了单天线相位法。经过实验分析,发现R增大,φ会出现线性递减周期变化。当标签处于静止时,重复测量数据组得到的相位差距较小,相位的均方根误差值为0.8°。在室内定位时,R_(o)=1m,校正前,当R_(x)=0.45m,单天线相位法的计算位置为0.45m,比真实位置多0.01m;经过校正后,单天线相位法定位精度高达97%,明显优于AOA法。根据单天线相位法精确室内定位的特点,可以将其运用在装配线场合中。

单天线GPS/加速度计组合测姿方法研究

为了提高微小型飞行器和导弹等横向尺寸不足以安装多天线GPS的飞行载体的姿态测量精度,研究了利用单天线GPS和加速度计组合进行姿态测量的方法.引入了伪姿态的概念,提出了由伪姿态测量辅助求取载体姿态的具体算法,阐述了单天线GPS和加速度计组合测姿的基本原理.建立了单天线GPS姿态测量的数学模型,给出了其姿态的求解过程,阐明了其物理意义.对单天线GPS测姿系统进行了半实物仿真试验.仿真结果表明:该测姿系统可以实时提供高精度的姿态信息,为单天线GPS/SINS组合导航系统在微小飞行器上的应用奠定了基础.

单天线GPS/陀螺仪组合测姿方法研究

针对低成本惯性测量系统的精度容易受引擎震动、陀螺仪漂移的影响,提出了一种适用于活塞引擎的小型UAV姿态测量方法;此方法整合陀螺仪与单天线GPS进行姿态测量,采用以四元数为基础的扩展卡尔曼滤波(EKF)来进行传感器信息融合;利用陀螺仪测得的角速度更新四元数,使用GPS信息所计算的伪姿态来更新滤波器的测量值;仿真结果表明所提出的方法即使在陀螺仪漂移和伪姿态包含噪声的情况下,也拥有较好的长期和短期精度,提升了姿态测量的精度与可靠度。

乌鲁木齐25m射电望远镜的单天线观测研究

自１９９３年乌鲁木齐天文站２５ｍ射电望远镜建成以来，除了不断完善ＶＬＢＩ观测系统外，还选择发展了具有科学价值的单天线天体物理观测课题。其中基于常温接收机的脉冲星脉冲到达时间观测系统已经于１９９９年５～６月间建成．该系统建立在２５ｍ射电天线的１８ｃｍ波段上。消色散采用了 ２ ｘ １２８ ｘ ２．５ＭＨｚ多通道滤波器和数字化器，并由 ＰＣ机完成数据采集．同时进行的脉冲星工作还有９２ｃｍ及其它波段的脉冲轮廓监测，对０３２９＋５４的多波段观测得到了它的频谱．在２５ｍ天线的１．３ｃｍ波段上建立了基于声表面波频谱仪和频率综合器的分子谱线观测系统，对水脉泽的观测已经发现了十几个可能的水脉泽源，观测结果正在认证当中。

单天线GPS姿态测量系统在制导火箭中的应用

为了解决火箭横向尺寸不足以安装多天线GPS的技术问题,提高制导火箭飞行姿态的测量精度,研究了利用单天线GPS进行姿态测量的方法.引入伪姿态的概念,分析了由伪姿态测量辅助求取载体姿态的具体算法,建立了单天线GPS姿态测量的数学模型,利用卡尔曼滤波模型对状态矢量模型进行滤波,得到相应的速度、加速度信息,根据常规姿态与伪姿态的关系,得到火箭的常规姿态信息.通过仿真研究,验证了这种姿态测量系统在制导火箭上的可行性和有效性.

地面慢速运动目标的单天线SAR检测与成像

本文研究了单天线SAR对地面慢速运动目标进行检测和成像问题.首先对单天线SAR数据进行方位向抽样得到两个通道信号,在分析两通道静止目标和运动目标回波特性的基础上,证明了在多普勒域可以实现杂波对消,并且对消后的动目标信号仍为一线性调频信号,在此基础上,对对消后的动目标信号进行Wigner-Hough变换提取信号的多普勒调频中心和调频斜率,从而最终实现对运动目标进行精确成像.文中给出了实际处理的完整流程,仿真结果验证了方法的有效性.

基于单天线GPS的伪姿态测量算法研究

介绍了根据单天线GPS速度测量值测定载体伪姿态的基本算法原理,建立了卡尔曼滤波方程,改进了伪航向角的计算和卡尔曼滤波模型,并进行了算法仿真。结果表明,在载体进行中高速飞行时,单天线测姿算法具有较高的精度,基本满足常规姿态测量要求。

FFT-CZT技术在单天线LFMCW无线电高度表中的应用

设计了单天线线性调频连续波(LFMCW)无线电高度表系统,该系统采用矢量对消技术抵消来自环形器泄漏和天线驻波反射的信号。采用快速傅立叶变换(FFT)与线性调频Z变换(CZT)相结合的技术(称为FFT-CZT技术)对发射信号和回波信号混频后的中频信号进行频谱分析(先用FFT技术进行频谱粗分析,再用CZT技术进行频谱细分析),以解决频率分辨率与计算时间的矛盾,提高系统的测量精度和抗干扰能力。仿真分析了单天线LFMCW无线电高度表系统的工作过程。仿真分析结果表明:将FFT-CZT技术应用于单天线LFMCW无线电高度表中是可行的;与传统的模拟体制相比,系统的测量精度和抗干扰能力明显提高,系统可应用于除零高度以外的高度测量中。

对机载单天线SAR实际数据进行ATI动目标检测的新方法

本文给出一种基于机载单天线SAR实际数据进行ATI动目标检测的方法 .该方法将单通道SAR数据抽样近似为两通道ATI SAR(AlongTrackInterferometricSAR)数据 ,利用两通道方位向干涉进行杂波抑制 ,实现动目标检测 .检测结果表明 ,单天线SAR数据的ATI方法对动目标检测是有效的 ,在没有ATI SAR实际数据情况下 ,为研究ATI SAR干涉算法提供了一种有效途径 .

一种单天线同频混合信号幅度的估计算法

针对非协作通信中平坦衰落条件下单天线接收两路MSK混合信号分量的幅度估计问题,提出了一种基于max-min思想的幅度盲估计算法。该算法采用混合信号幅值序列中多个极大极小幅值的估计值来进行混合信号分量的幅度估计,并采用加窗局部极值平均的方法来获得多个极大极小幅值的估计值。仿真结果表明:在信噪比大于10 dB条件下,该算法对MSK混合信号幅度估计较为准确,并且该算法对混合信号分量功率比和相对时延差的变化具有较强的鲁棒性,具有不需要数据辅助、计算量较小的优点,能够满足后续盲信号处理的需要。

利用DPCA方法对机载单天线SAR实际数据进行动目标检测

相位中心偏置天线(DisplacedPhaseCenterAntenna,简称DPCA)方法利用两个移位相位中心,在满足特定条件基础上进行动目标检测。提出了一种利用DPCA方法对机载单天线SAR实际数据进行动目标检测的新方法。该方法针对单天线SAR实际数据,通过合理补偿,获得近似满足DPCA条件的两幅SAR复图像,进行复图像域杂波对消处理。动目标检测结果表明,单天线SAR数据的DPCA方法对动目标检测是有效的,同时,在没有两通道SAR实际数据情况下,为研究DPCA方法提供了一种有效的途径。

基于单天线GPS载波幅度的旋转载体滚转角测量

传统的载体滚转角和转速测量方法成本高昂且仅限于高价值平台,为降低成本利用GPS信号测量滚转角的方法日益受到关注。将GPS载波信号的相位和幅度信息用于姿态测量,是目前旋转平台基于GPS测姿的两类主要方法。为了实现旋转载体的低成本高精度滚转角和转速测量,本文提出了单天线结构的利用GPS卫星接收机硬件相关器直接输出的导航用载波I/Q信号幅度特性,设计基于EKF的滚转角滤波器,利用载波I/Q信号的幅度特性对载波频率进行估计与跟踪,从而实现旋转载体的滚转角和转速的精确计算。实测数据试验表明,对于旋转载体仅利用卫星载波I/Q信号的幅度信息,本文提出的算法即可实时计算出旋转载体的滚转角和转速,且计算精度能够满足大多数的实际工程应用。

多用户MIMO系统中基于单天线功率约束的功率分配方法

针对多用户多输入多输出(MIMO)系统,研究了单天线功率约束下的低复杂度功率分配方法。基于迫零预编码算法,通过理论分析指出,在单天线功率约束下使多用户和数据率最大化的最优功率分配具有多水平面灌水结构,由此证明了单天线功率约束与多天线加权和功率约束之间的等价关系,并提出了一种低复杂度功率分配方法。仿真结果表明,所提出的功率分配方法的性能优于现有的等功率分配和启发式方法,与最优功率分配方法相比,能够以很小的性能损失为代价有效地降低计算复杂度。

基于MVDR算法的单天线ADS-B交织信号分离

广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)作为一种新的监视技术正受到国际民用航空组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)的大力推广。然而,由于ADS-B信号传输具有随机性,多条信号交织问题不可避免。本文将最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortless Response,MVDR)算法应用于单天线ADS-B信号解交织。首先,将单天线接收到的数据转化为虚拟均匀线阵模型;然后利用阵列信号处理中的MVDR算法分离交织信号。由于该算法需要准确估计信号频率,而针对快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)估计信号频率误差较大的问题,利用改进的频率估计方法能够降低信号频率估计误差,从而有效分离交织信号。仿真实验验证了该算法的有效性并且对信号之间相对时延问题不敏感。

上海65m射电望远镜单天线观测系统分布式中间件技术研究

位于上海市松江区的65m射电望远镜是一架在建的大型射电望远镜。本文对65m射电望远镜单天线观测系统中使用的分布式中间件——网络通信引擎(Internet CommunicationsEngine,ICE)进行了研究。首先,对常用的分布式中问件进行分析和比较,选择ICE作为开发基础;接着,分析了基于ICE的65m单天线观测系统的体系结构;最后,对观测系统中使用的ICE服务及其实现进行了阐述。结果表明,在应用中,ICE能够满足需求。