基于近似扁长椭球波函数的超宽带脉冲设计

频谱共存及兼容是超宽带(UWB)无线通信系统必须考虑的重要问题。为了避免超宽带系统对现有窄带无线系统的干扰,一个有效的方法是设计合适的脉冲波形。在建立超宽带脉冲设计算法的基础上,分析了扁长椭球波函数(PSWF)的近似解,提出了用近似扁长椭球波函数(APSWF)进行脉冲波形设计的方法。近似扁长椭球波函数具有简单明确的数学表达式,仿真表明用其设计的脉冲功率谱符合FCC频率掩模的约束要求。当频率掩模发生变化时,可方便地调整参数以产生新的脉冲。

平面波用椭球波函数的展开

在椭球坐标系中，根据椭球波函数的定义，将平面波用椭球波函数展开，通过矩阵方程，采用数值方法求解了长旋转椭球波函数的径向函数和角函数，从而求出平面波用椭球波函数展开的展开系数．

基于长椭球面波函数去卷积方法的高动态范围太阳射电成像

利用综合孔径射电望远镜对太阳进行观测时,通过对图像中存在的明亮扩展源进行准确建模并移除,可以更好地观测视场内的微弱源并提高图像的动态范围。在射电天文领域,主要利用CLEAN算法对图像中的明亮源进行移除,以显示微弱的背景。然而,使用图像像素作为基函数的CLEAN算法的固有限制导致其对扩展源的建模效果较差。为了克服这种限制,将基于长椭球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWF)的去卷积方法应用于太阳射电成像。PSWF最优正交基由脏图中的感兴趣区域(Region of Interest,ROI)和UV覆盖共同决定。为了验证该方法的有效性,基于PSWF正交基对均匀圆环阵观测的太阳射电图像进行去卷积,并从动态范围和保真度两个方面定量化对比了CLEAN算法和基于PSWF正交基方法的性能。基于PSWF正交基去卷积方法剩余脏图中的微弱源更接近真实情况且动态范围更高。

基于回转椭球波函数的光学系统分析

回转椭球波函数在有限空间域和无限空间域内都是一组完备正交函数集,适合分析孔径尺寸有限的实际光学系统。线性正则变换是一种重要的时频分析工具,同时菲涅耳变换也是一种特殊的线性正则变换,因此线性正则变换可以模拟一个光学系统。研究了有限空间域和有限频域条件下的回转椭球波函数的补偿线性正则变换,以补偿线性正则变换模拟一个二维光学系统,并以回转椭球波函数作为信号函数,分析了信号通过该系统的能量损失情况,根据椭球波函数本征值性质,其本征值反映了椭球波函数的能量保存比。数值计算结果表明信号函数通过该系统的能量比与通过函数本征值的能量比的估计值一致,表明了该方法的有效性。

长椭圆球波函数在卫星导航中的应用研究

卫星导航信号的码片波形是影响系统跟踪精度和抗多径干扰性能的重要因素。首次提出将时域上集中分布同时在频域上能量聚集性最佳的长椭球波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWF)作为导航信号码片波形,并对比分析了相同码速率和带宽限制下的PSWF码片波形和二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)调制码片波形的跟踪和抗多径性能。结果表明:在合适的带宽范围内,PSWF码片波形具有和带限BOC调制码片波形结构相似的相关函数和功率谱密度;PSWF码片波形在跟踪精度和抗多径干扰方面整体上优于带限BOC调制码片波形。综合分析,PSWF码片波形具备较好的导航性能,可作为我国卫星导航信号波形设计的一种新选择。

带电椭球粒子对电磁波的散射

通过求解给定边界条件下的Maxwell方程,给出了带电长椭球粒子对正入射于介质上的电磁波的散射解,在椭球坐标系下对矢量波方程进行分离变量,其解为关于椭球波函数的表达式,在边界条件的处理上,以往不考虑带电情况时仅采用椭球边界上电磁场切向分量连续的条件,而当考虑粒子带电以后,我们对磁场分量连续的条件进行了修正,并引入了面电导率参数。通过讨论发现,散射强度函数除了和以往考虑的几何物理参数有关外,还和面电导率紧密相关,而且面电导率的大小决定是否考虑带电影响。

基于正交基函数的超宽带脉冲设计方法研究

脉冲波形设计是超宽带无线通信系统中的关键技术之一,系统对脉冲的频谱利用率和运算时间提出了很高的要求。利用扁长椭球波函数良好的时限—带限特性,将扁长椭球波函数组作为一组正交基函数,提出了3种组合脉冲设计方法,等增益组合算法、随机选取组合系数算法和基于最小均方误差准则算法。MATLAB仿真结果表明,等增益组合算法复杂度低,频谱利用率不高;随机选取组合系数算法和基于最小均方误差准则算法具有较高的灵活性,频谱利用率较高。

分层旋转椭球散射场准解析解级数系数的确定

推导了计算分层旋转椭球散射场准解析解级数系数的线性方程组。

脉冲超宽带系统中波形设计方法的分析与比较

为了满足日益增长的对高速多媒体通信的需求,同时实现终端的小型化、节能化和低成本的目标,脉冲超宽带技术成为近年来研究的热点,而对发射脉冲波形的选择则是脉冲超宽带系统成败的关键因素之一.本文首先给出了脉冲超宽带系统中的脉冲波形需要满足的五点要求以更好地评价脉冲波形的好坏.然后,介绍了几种经典的波形设计方法及一种新型的基于正交展开的正交波形设计方法,并以M eyer正交小波为例对这一正交展开方法进行说明.最后,分析了上述方法对于五点要求的满足情况并得到各自的计算复杂度,结果表明正交展开方法可以通过适当的计算复杂度较好地满足对脉冲波形的所有要求.

一种基于多频带PSWFs组合的CUWB自适应脉冲波形设计

本文简述了认知超宽带(CUWB)系统的工作原理,并从自适应频谱环境和兼容FCC频谱模板的角度出发,建立了基于频谱感知来动态构建CUWB系统自适应辐射掩蔽的机制。然后,利用PSWFs函数的特性,提出了一种基于多频带的回转椭球波函数(PSWFs)基的加权线性组合来设计CUWB自适应脉冲波形的算法。仿真结果表明,该算法所产生的脉冲波形不仅能满足CUWB系统频谱模板的要求,而且能自适应模板的动态变化。

基于子空间估计的MIMO阵列降维STAP方法

当对多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)阵列进行空时自适应处理时,由于MI-MO阵列虚拟孔径增大,相对常规相控阵列能够更好地抑制杂波和干扰,但其所需样本数据量大且计算复杂度高,工程实际中难以应用。提出基于子空间估计的MIMO阵列降维空间自适应处理(space time adaptive process-ing,STAP)方法,该方法结合扁长椭球波函数的时限带限特性近似构造出降维的杂波子空间,并利用与发射波形正交的辅助匹配滤波通道估计出干扰加噪声协方差矩阵,通过"逼零"方法求得MIMO阵列系统的空时权矢量。仿真结果表明,当存在非理想因素影响时,该方法能够有效抑制杂波和干扰且降维运算量更低。

非均匀环境下利用雷达参数信息的STAP方法

针对非均匀杂波环境下空时自适应处理杂波抑制性能下降的问题,基于扁平椭球波函数的时限带限特性,给出一种利用雷达参数信息构造子空间的杂波抑制方法,降低了计算量与均匀样本数需求,提高了对非均匀杂波的抑制性能。其次,针对存在阵面偏航角误差时杂波秩无法准确估计造成基于扁平椭球波函数构造杂波子空间方法杂波抑制性能下降的问题,结合雷达参数信息及探测环境的几何构型提出一种杂波预处理方法以消除偏航角影响,从而提升其非均匀环境下的杂波抑制性能。仿真结果验证了算法的有效性。

UWB脉冲正交综合优化设计算法

从提高频谱利用率和满足FCC辐射掩模规定的角度出发,采用频域反推和时域正交综合相结合的设计方法,利用扁长椭球波函数(PSWF)来生成脉冲基。在此基础上,应用基于有限项PSWF脉冲基的正交综合来优化设计UWB成形脉冲。仿真结果表明该算法设计的脉冲不仅能很好地满足FCC辐射掩模的要求,而且具有较好的频谱利用率。

基于认知无线电的传输参考超宽带系统窄带干扰抑制技术(英文)

为了改善主用户窄带干扰下的传输参考超宽带系统的性能,提出了一种认知传输参考超宽带系统.认知传输参考超宽带系统的发射机在检测主用户工作的频段后,采用在该频段陷波的椭球波发射脉冲以降低对主用户的干扰;接收机在相关接收处理前采用陷波滤波来降低主用户带来的窄带干扰.仿真结果表明:该系统在信干比为0dB的单个或2个窄带干扰影响下,误码性能接近于无窄带干扰下的系统性能;在信噪比为10dB且信干比在-20～10dB范围内变化时,误码性能变化不超过一个数量级.该系统具有极佳的抗窄带干扰能力,误码性能在不同信噪比下具有很强的健壮性,具有对同频段主用户更小的干扰.

CUWB系统的正交自适应脉冲设计及性能分析

为了避免认知超宽带系统对现有窄带授权通信系统造成的干扰,提高认知用户的频谱利用率,提出了一种正交多频带自适应脉冲设计方法.该方法首先将频带划分成若干个子带,根据信道特性生成自适应辐射掩蔽;然后利用有限项扁长椭球波函数来设计各子带脉冲;最后将各子带脉冲在时域上进行加权组合,并通过Gram-Schmidt正交变换生成一组可灵活切换频谱的正交自适应脉冲.仿真结果表明,在不影响授权用户的前提下,该脉冲可通过出让部分频带的方式继续占用空闲频带,降低了认知用户的中断率,提高了系统的频谱利用率.

多频带自适应脉冲设计

针对UWB信号易受现有通信系统干扰的问题,提出基于有限项扁长椭球波函数的多频带自适应脉冲.利用认知无线电估计射频环境干扰温度并检测频谱空洞,然后借鉴OFDM的思想,将频带划分成若干个子带,生成自适应辐射掩蔽,利用有限项扁长椭球波函数设计各子带脉冲,最后将各子带脉冲在时域上进行加权组合,生成一种可进行无缝修正的多频带自适应脉冲.此脉冲在满足FCC辐射掩蔽要求的情况下,可达到85%以上的频谱利用率,同时具有很强的灵活性和抗干扰能力,可实现对发射波形的无缝修正以适应无线环境.

基于稳定的时域积分方程方法对多天线辐射问题和互耦问题的研究

为有效地改善时间步进算法(MOT)的后时稳定性,引入类椭球波函数(APSWF)做为该算法的瞬态基函数.然而,基于此类瞬态基函数推导得到的系统具有非因果特性,因而必须使用外推方法以恢复时间步进算法的时间步进特性.采用所提出的方法对多天线结构进行数值仿真,获得其瞬态电流响应、回波损耗、耦合系数以及方向图等重要参数,实现了对天线辐射问题和互耦问题的分析与研究,同时也验证了本文所提出方法的有效性和精确性.

基于多频带APSWFs组合的超宽带脉冲波形设计

在满足联邦通信委员会(FCC)频谱限制的基础上,为了避免超宽带系统对现有窄带无线系统的干扰,利用APSWF函数的特性,提出了一种基于多频带的近似回转椭球波函数(APSWFs)基的利用最小均方误差(LSE)准则线性组合来设计超宽带脉冲波形的算法.仿真表明,设计的脉冲功率谱不仅符合FCC频率掩模的约束要求,而且有较高的频谱利用率.

基于PSWF的TH-PPM超宽带系统优化设计与仿真

在分析PSWF脉冲的最佳时域能量聚集性和频谱灵活可控性的基础上,提出了满足FCC(FederalCommunications Commission)频谱掩膜要求的UWB脉冲波形优化设计方法,并将该方法应用于多进制TH-PPM超宽带系统中,理论计算了基于PSWF脉冲的多进制PPM-UWB系统的符号差错率公式。与高斯脉冲进行比较,采用Systemview可视化仿真平台进行了仿真。仿真结果表明,基于PSWF脉冲的UWB系统符号差错率性能要明显优于Gauss脉冲。在给定SER的前提下,使用PSWF脉冲的UWB系统能够容纳更多的用户。