低轨卫星航空信道的数字孪生数据产生方法

数字孪生信道作为数字孪生通信系统的重要模块,对通信系统的设计、测试及优化具有先天优势.根据数字孪生五维概念模型构建低轨卫星航空信道的数字孪生模型,所构建模型包括低轨卫星航空信道的物理信道、虚拟信道、孪生数据以及各组成部分间的连接五部分.从系统设计的角度出发低轨卫星航空信道的孪生数据应包括多径数、多径时延、多普勒频移、多径功率、到达角及极化方式等信道参数.低轨卫星航空信道的孪生数据是低轨卫星航空信道数字孪生模型的核心驱动力,针对孪生数据的产生问题,本文通过分析多径时延与多普勒频移等孪生数据的计算原理,提出一种利用卫星星历和飞机飞行数据计算低轨卫星航空信道孪生数据的方法.以真实卫星星历和飞机飞行数据为例进行计算,利用实时交互界面展示低轨卫星航空信道的孪生数据.所提方法是产生低轨卫星航空信道孪生数据的一种尝试,为构建数字孪生低轨卫星航空信道提供了技术支撑.

航空信道统计模型的改进与实现

证明了基于谐波信号叠加产生独立且具有部分U型多普勒功率谱的复高斯随机过程时各支路多普勒频率的约束条件.基于该条件提出一种最佳入射角的设计方案,将入射角分为随机和固定取值两部分,不但保证了相位的随机均匀分布,而且满足多普勒频率的约束条件.利用改进的谐波信号叠加方法和等效离散时间模型实现了多径环境下航空信道小尺度衰落的统计建模.理论分析和仿真结果表明,该仿真模型的多普勒功率谱和时延功率谱等统计参数均与参考模型一致.

航空信道下MPSK类信号的调制识别

信号自动调制识别的现有研究主要集中在AWGN、Rayleigh等理论信道模型中。为了解决实际航空通信中信号调制识别问题,首次针对超短波工作频段的时变航空信道对此类问题进行研究。首先论述航空信道模型和天线分集理论技术,然后将经典的高阶累积量算法分别用于不同的飞行状态中,提取MPSK类信号的分类特征进行识别,同时结合天线分集技术提高接收端信号的信噪比,从而有效的弥补了时变信道中多普勒频移和多径衰落的影响。仿真结果将不同飞行状态下分集前后的情况进行对比表明,新算法可以实现在时变航空信道环境下对MPSK类信号的分类识别,且具有良好的抗衰落及抗噪声性能,天线分集技术的运用明显改善了接收信号的质量,提高了识别正确率。

改进的单载波频域均衡系统及其在航空信道上的性能分析

研究了改进的单载波频域均衡(SC-FDE)系统及其在航空信道上的误码率性能,详细分析了不同环境下的航空信道特性并建立相应的信道模型。为了解决SC-FDE系统在航空信道下误码率较高的问题,基于信道编码的思想,通过增加Turbo编码改进了原有的SC-FDE系统,提高了系统的误码率性能。仿真结果表明:基于Turbo编码的SC-FDE系统与未编码的SC-FDE系统相比,在信道变化快、多普勒频率高的情况下仍然可以达到10-6的误码率,从而提高了信息传输的可靠性。

VHF航空信道下一种多机协作通信新方法

针对航空通信中各种干扰导致的高误码率问题,对有无直接链路的情形分别提出多机协作通信提高分集增益的方法.该方法在机载通信设备调制技术和发射功率不变的条件下实现了高速率传输,有效抵抗多径衰落,扩大通信范围.通过分析VHF信道中是否存在直接链路,给出了基于航空信道模型的放大转发和解码转发协作通信方式,用最大比合并的方法提高了接收端的信噪比.仿真结果表明,在给定的空空和空地信道参数下,在直接链路存在下多机DF协作的误码性能最优,在无直接链路存在下多机AF协作的误码性能最优.

基于广义AIC和RPC的OFDM航空信道估计算法

文章通过对航空信道的分析,指出其稀疏信道特征,使用普通算法对此信道进行信道估计会引入高阶矩阵运算,为加快收敛速度、降低实现难度,文中提出了一种利用GAIC(generalized Akaike information criterion)准则和RPC(repeated phase-rotated Chu)训练序列的OFDM航空信道LS(least squares)估计方法,该方法利用GAIC准则确定信道模型的阶次及抽头位置,为减小信道估计的运算复杂度,引入RPC序列作为训练序列,既满足了LS(least squares)估计,又大大简化了计算复杂度。文章针对具体应用给出文中算法的性能仿真结果,证明了此算法可避免高阶矩阵运算,节约了大量权值可忽略抽头所引入的资源占用和计算量,且显著减小估计误差,可更好跟踪快变的稀疏信道。

航空信道下基于假设检验的MQAM信号识别

信号的调制识别是信号处理领域的一个重要研究方向。航空信道时变特征明显,是一种非平稳的信道。针对航空信道下MQAM类信号的调制识别,提出了基于假设检验的平均似然比识别算法,构造出信号的似然函数,在判决准则下实现信号的识别。另外运用多天线分集接收技术对该算法进行一定的优化,优化后的算法不仅可以明显地提高信号的正确识别率,而且还可以有效地降低航空信道中多普勒频移和多径衰落等对信号接收带来的影响。仿真结果表明,该算法和优化后的算法均能够实现航空信道下MQAM类信号的调制识别,优化后的算法识别效果更好。

航空信道下基于双谱和信息维数的通信电台个体识别

鉴于电台指纹特征体现个体之间差异,在相位噪声指纹模型下,提出在航空信道下双谱的信息维数特征的提取方法,根据最小距离判决实现通信电台个体识别.最后对BPSK调制信号、OQPSK调制信号和MSK调制信号进行了个体识别仿真.仿真结果表明,信噪比大于5d B时,3种调制信号识别率均大于70%,从而验证了该方法的有效性.

航空信道下一种通信电台个体识别方法

为了研究航空信道下通信电台个体BPSK、OQPSK、MSK调制信号的识别问题,根据三种调制信号指纹特征差异的不同,基于相位噪声指纹模型,提出对BPSK、OQPSK调制信号提取高阶累积量特征,对MSK调制信号提取平方谱特征;根据最近距离规则,给出了对三种调制信号的电台个体识别步骤.最后进行了电台个体识别仿真.仿真结果表明,信噪比大于0 dB时,OQPSK和MSK调制信号3个个体平均识别率达到了70%,从而验证了本文方法的有效性.

一种适用于航空信道的稀疏信道估计算法

通过对航空信道的分析,指出其稀疏信道特征,使用普通算法对此信道进行信道估计会引入高阶自适应计算,为降低实现难度,提出一种"联合非零抽头检测与信道估计"方法,该方法主要由非零抽头检测算法与常用自适应算法组成,并建模比较非零抽头检测算法中参数选取对性能的影响,最后,针对具体应用给出该算法的性能仿真结果,证明了该算法可避免高阶自适应计算,节约了大量权值可忽略抽头所引入的资源占用和计算量,可更好地跟踪变化的信道。

适用于航空信道的并行STWQ信道估计算法

通过对航空信道的分析,指出其稀疏信道特征,使用普通算法对此信道进行信道估计会引入高阶自适应计算,为加快收敛速度、降低实现难度,提出了一种"并行STWQ(scrub taps waiting in a queue)信道估计算法",通过一定规律将所有抽头分组,每组单独完成STWQ算法,最终可以得到非零抽头的位置和其权值。针对具体应用给出算法的性能仿真结果,证明了算法在满足相同的性能要求时,可避免高阶自适应计算,节约了大量权值可忽略抽头所引入的资源占用和计算量,且搜索非零抽头所耗时间比STWQ算法成倍减少,可更好跟踪快变的稀疏信道。

航空信道下一种OFDM子载波调制识别方法

针对航空信道下OFDM子载波调制方式识别问题,提出了基于高阶累积量和幅度均值的联合特征提取方法,给出了基于高阶累积量和幅度均值的联合特征调制识别方法步骤,分析了在高斯信道环境和航空信道环境下方法的识别性能,研究了子载波数和信道多普勒频移对识别性能的影响.仿真结果表明,子载波数越多和多普勒频移越小,则识别性能越好;与已有方法相比,本文方法具有更高的识别准确率.

一种可快速收敛的航空信道估计算法

通过对航空信道的分析指出其稀疏信道特征,使用普通算法对此信道进行信道估计会引入高阶自适应计算,为降低实现难度,提出一种"联合非零抽头检测与信道估计"(joint non-zero tap detection and channel estimation)方法,该方法主要由文中非零抽头检测算法与递归最小二乘算法组成,并建模比较了非零抽头检测算法中参数选取对性能的影响,最后针对具体应用给出本文算法的性能仿真结果,证明了此算法可避免高阶自适应计算,节约了大量权值可忽略抽头所引入的资源占用和计算量,可更好跟踪变化的信道.

航空信道下一种基于循环谱能量的频谱检测方法

针对航空衰落信道下多普勒频移对基于循环平稳特性的频谱检测性能下降问题,提出了一种基于平滑的循环谱能量的频谱检测方法.该方法通过对接收信号循环谱的估计,计算出频率为零时循环频率正半轴与负半轴循环谱最大值对应的循环频率值,获取该循环频率截面能量并平滑平均作为检验统计量进行频谱检测.仿真结果表明,该方法可有效改善因多普勒频移引起的信号循环谱频谱偏移、频谱泄露以及循环谱峰值降低等问题,提高了频谱检测概率.

MC-CDMA在VHF航空信道中的性能研究

文章分析多载波码分多址系统的信号传输模型和甚高频(VHF)航空信道模型,对多载波码分多址(MC-CDMA)系统在航空信道下的误码性能进行了研究和仿真。VHF航空通信信道拥挤,多径现象严重,时延和多普勒频移很大,MC-CDMA结合利用正交频分复用和码分多址技术的优点,能够有效的对抗多径干扰,并提供更大的通信容量,具有良好的应用前景。

SC-FDE系统中基于压缩感知的慢衰落航空稀疏信道估计

针对慢衰落时变航空多径信道码间串扰严重、接收端误码率高的实际问题,在SC-FDE系统的基础上,分析了航空多径信道的稀疏性,将航空信道估计建模为稀疏信号的恢复问题,采用PN序列构造确定性测量矩阵,以基于稀疏度自适应匹配追踪算法作为恢复算法,建立PN-SAMP信道估计算法;比较了压缩感知类算法和传统的PN算法、LS算法的估计均方误差,并结合MMSE均衡比较了几种估计方法应用在SC-FDE系统中的误码性能。仿真结果表明,压缩感知类算法比传统PN算法和LS算法的估计误差要小,误码率也更低,在信噪比为20 dB的条件下,压缩感知类算法的误码率小于10-4。在稀疏度未知的情况下,PN-SAMP算法比正交匹配追踪算法更稳健,更能满足对时变慢衰落航空稀疏信道的估计需求。

数据链系统信息地空传输信道建模与性能分析

针对战场环境仿真中联合战术信息分发系统(Joint Tactical Information Distribution System,JTIDS)地空数据链信息传输过程仿真的实际需求,提出了基于航空信道建模的信息传输模型,利用低通等效对信息传输过程构建了仿真框架。对仿真中使用的信道模型进行了性能分析和仿真实现。根据用户多样的仿真要求,为能在降低算法复杂度的情况下保证一定仿真精度,提出了利用典型值特征将调制信道向编码信道转换的模型转换方案。

基于Akaike信息论准则的无人机OFDM信道估计算法

文章通过对无人机通信信道的分析,指出其稀疏信道特征,使用普通算法对此信道进行信道估计会引入高阶矩阵运算,为加快收敛速度、降低实现难度,文中提出了一种利用GAIC(generalized Akaike information criterion)准则和RPC(phase-rotated Chu sequences)训练序列的OFDM航空信道LS(least square)估计方法,该方法利用GAIC准则确定信道MA(moving average)模型的阶次及抽头位置,为减小信道估计的运算复杂度,引入RPC序列作为训练序列,既满足了LS(least square)估计,又大大减化了计算复杂度。文章针对具体应用给出文中算法的性能仿真结果,证明了此算法可避免高阶矩阵运算,节约了大量权值可忽略抽头所引入的资源占用和计算量,且显著减小估计误差,可更好跟踪快变的稀疏信道。

SC-FDE宽带航空数传接收机的设计与实现

为满足航空信道条件下的远距离宽带数据传输需求,基于单载波频域均衡传输(SC-FDE)体制,采用8PSK调制体制进行了宽带数字接收机的设计,包括传输帧同步、载波同步、定时同步、信道估计和频域均衡。同时,为保证灵活应用的需求,采用数字内插的方式进行了可变传输速率设计。基于Xilinx现场可编程门阵列(FPGA)平台对硬件实现进行优化,最终实现了传输速率能够从112.5 Mbit/s覆盖到900 Mbit/s的数传接收机。仿真分析和硬件测试结果表明,该接收解调设备能够实现很好的性能指标,同时SC-FDE架构具备有效补偿多径传播影响的能力,适合应用于高动态无线宽带航空数据传输系统中。

飞机交通管制数据传输信道建模与均衡方法

针对交通管制应答机在信号传输过程中由于多途径反射现象导致误码率较高问题,依据不同飞行阶段建立四种航空信道典型模型,分析四类场景下时延功率谱分布、多普勒功率谱分布以及波束散射角度对信道的影响。在上述基础上将独特字与询问应答信号组合成帧发送至相应信道从而获得衰落信号并利用独特字的相关性完成信道估计,最后将最小均方差频域均衡算法应用于航空信道以消除信号携带的时延与频移信息。仿真结果表明,上述算法可使飞机ATC信号系统误码性能获得有效改善,对飞行交通安全有着十分重要的意义。