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。

虚拟天线阵列小区划分方案的性能分析

将虚拟MIMO技术引入到自组织多跳无线网络中,可显著提高系统容量。而发挥虚拟MIMO优势的关键之处在于,根据通信需要建立合理的虚拟天线阵列小区。目前相关领域的研究还没涉及小区的建立机制,因此急需提出或改进现有的方法和算法来选取小区的划分机制。基于这种需求,从通信性能主要指标的角度出发,针对虚拟天线阵列小区划分,进行了理论分析建模,提出了两种初步划分小区的方案,并分别针对功率、容量、时延等指标进行考察,同时利用MATLAB进行数值仿真。结果表明,小区划分机制依赖于具体的应用。

智能天线系统中空间分域虚拟阵列的DOA估计算法研究

在即将商用的3G移动通信系统中,智能天线技术成为研究的热点,本文是以智能天线技术中DOA估计为基础,研究一种可提高估计能力的虚拟阵列DOA估计算法。介绍了虚拟阵列变换技术,根据智能天线系统的特点,采用空间分域的子阵思想,结合虚拟阵列变换技术,实现空间分域的虚拟阵列DOA估计。

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。

基于虚拟阵列的ESPRIT相干信号DOA估计

提出一种基于虚拟阵列的相干信源DOA估计方法。利用接收数据及其共轭信息,重新构造子阵数据矩阵,在不损失有效工作阵元情况下采用运算量小的修正C-ESPRIT方法实现非圆信号在任意初始相位下的相干信号估计。仿真结果表明,VC-ESPRIT算法有效地消除信号初始相位对相干信号C-ESPRIT算法的影响,并且在低信噪比下性能明显优于前后向空间平滑ESPRIT。

无人机MIMO下视阵列SAR天线构型设计

从分辨率、高程精度、波段、工作高度等要求出发,依据等效相位中心原理,通过中间发射两端接收的MIMO模型,求解出满足大比例尺测图需要的等效虚拟阵列和实际物理阵列长度,优化设计了无人机平台MIMO下视线阵三维SAR阵元的数目和位置,减弱了两端发射中间接收模型所带来的振动误差影响。根据该天线设计进行了仿真试验,通过三维重建场景和原始仿真场景的差分对比,证明了本文阵列配置的合理性。

自适应虚拟阵列在深空探测中的应用方法

共形天线可安装于卫星载体表层,且结构设计灵活,满足未来卫星小形化的发展趋势,然而由于共形天线阵列排布方式特殊,相比传统的均匀阵天线,在角分辨率、实时性和稳定性等方面性能有待提升。本文提出了一种自适应虚拟阵列变换方法,通过分析不同虚拟内插变换方式对应的二维探测孔径,得到了兼顾不同方向探测性能的最优自适应变换策略。一方面,自适应虚拟阵列满足均匀阵天线的Vander monde结构,子空间类算法适用于探测区域信号的快速DOA(Direction of Arrival)估计。另一方面,自适应虚拟阵列可根据探测区域自适应变换阵元结构,避免某些探测方向孔径损失导致的探测性能下降问题。相比现有虚拟变换方法,所提方法不依赖于来波先验信息,可实现多方向的高精度实时稳健探测,在卫星深空探测领域有着重要应用前景。

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。

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。

智能天线中时空虚拟DOA矩阵算法与改进

本文主要研究智能天线中二维DOA估计算法。首先研究时空DOA矩阵估计方法,并进行了仿真。然后结合虚拟阵列变换技术对该算法进行有效的改进—时空虚拟DOA矩阵方法。改进后得到的仿真结果证明了该改进算法可以估计超过阵元数的信号,具有较高的分辨性能和较好的稳健性。

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。

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。

多星测控中波达方向估计传播因子虚拟ESPRIT算法

针对多星测控中涉及的阵列天线信号波达方向估计问题,给出了一种新的基于传播因子的二维波达方向估计(2D-DOA)算法——传播因子虚拟ESPRIT算法(PMV-ESPRIT)。传统的虚拟ESPRIT算法需要对互相关矩阵进行特征值分解(EVD)或对数据接收矩阵进行奇异值分解(SVD),因此其运算量较大。而新算法基于传播因子方向向量分割的线性运算对传统算法做了进一步改进,其运算量明显降低,且具有更高的信号波达方向测向精度。仿真实验结果表明了PMV-ESPRIT算法的有效性和可行性。

OFDM系统智能天线设计中的波束综合算法

基于自适应天线阵列理论,提出了一种新的可以应用于任意类型天线阵列的波束综合算法。根据与给定的参考波束的误差,引入虚拟干扰的概念,对目标波束图形状进行调整。应用本文提出的新算法,在主瓣和旁瓣位置都可以对波束进行有效的调节。最终获得阵列的最优权矢量,能够最小化目标波束图与参考波束图间的差异。理论分析与仿真结果表明与现有的同类算法相比,本算法能更有效地获得与参考波束基本相符的波束。在设计应用于OFDM智能天线系统时,通过对不同子载波频率上信号进行单独处理,利用该算法,进行波束综合,能够在整个有效频段,所有子载波上获得基本一致的阵列输出。

基于RARE的柱面共形阵列非圆信号DOA估计

针对由共形阵列天线多极化特性所导致的信源角度参数与极化参数耦合问题,提出一种基于RARE(rank reduction estimator,秩损估计器)理论的算法:充分利用柱面载体单曲率的外形特征,设计合理的阵元布局方案,同时利用非圆信号的虚拟扩展性质,理论上可以虚拟加倍母线1上的阵元。结合非圆—旋转不变子空间思想,实现俯仰角估计。最后利用其余母线上的阵元,设计秩损估计器,实现方位角估计。算法无须额外的参数配对过程,简化了算法步骤,在无须增加真实阵元个数前提下提高了所提算法的估计性能。最后,计算机仿真实验验证算法的有效性和优越性。

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。

数字端射阵列栅瓣抑制研究

通过拉大端射天线阵元间距到1.5λ,可以获得组阵高增益,但是引入了栅瓣问题。提出了一种基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法来实现栅瓣抑制。虚拟端射阵列的阵元间距减小到(或者小于)0.5λ,这样栅瓣得到抑制。最后进行试验验证算法的可行性和正确性。试验结果表明:随着虚拟内插端射天线阵元个数的增加,栅瓣明显被抑制,峰值副瓣电平降低。在相邻两个实阵元间内插3个虚拟阵元,虚拟端射阵列保持了实端射阵列高增益,而实阵列峰值副瓣电平为-8.35 dB,下降到虚拟阵列峰值副瓣电平为-18.25 dB,栅瓣得到有效抑制。试验结果验证了基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法的可行性和正确性。

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.

基于极化敏感阵列的数字波束形成方法

天线阵列是由有向天线单元组成的有向阵列,利用此有向天线阵列对入射信号进行数字波束形成时,方向图在有效扇区的交界处会出现不连续性。通过对扇区交界处方向图出现跳跃的原因进行深入分析,发现若只对接收数据进行相位加权而无幅度校正,则会在改变天线单元组合时,在交界处出现较大的不连续现象。为解决此问题,提出了一种基于虚拟阵元的数字波束形成新算法。通过将新算法应用到实际工程上,证实了该算法的有效性和适用性。

虚拟孔径高分辨测角方法

针对天线阵列中阵元个数有限而导致波达方向DOA估计分辨率较低的问题,该文提出了一种基于宽频跳变信号相位补偿的虚拟孔径重构方法。该方法通过利用宽频跳变信号,将多个频点的信号向量加入补偿相位形成虚拟导向矢量,从而形成远大于物理孔径的虚拟孔径,实现高分辨DOA估计。仿真实验结果表明,该文所提的虚拟阵列重构方法可有效地提高DOA估计的角度分辨率,且具有较小的计算复杂度。