基于ITS模型的短波宽带移动信道建模与仿真

短波宽带移动信道模型是远程机动平台移动通信系统性能分析评估的基础,现有短波宽带信道模型不能有效表征机动平台移动信道快时变多普勒效应,难以适应机动平台短波移动通信需要。鉴于此,在分析机动平台行为模式与信道时变多普勒效应的映射关系基础上,推导出了机动平台移动信道冲激响应表达式,基于ITS(international telecommunication society)模型提出了一种适用于固定与机动不同场景、不同传播模式、宽窄带融合的短波通信信道模型。利用信道冲激响应与信道散射函数从时域色散、频域色散两个维度对本文信道模型的有效性进行了验证。结果表明,该信道模型能够基于机动平台运动轨迹实现时变多普勒效应传播复现与信道模拟;也能在运动轨迹未知情况下,基于飞行器种类、机动频率等先验信息,实现具有各态历经性的机动平台短波宽带信道仿真,对机动平台短波移动通信系统效能评估有重要意义。

短波串行Link11信号解调关键技术研究

研究了短波串行Link11信号解调处理中的检测识别、同步估计以及信道均衡关键技术。基于信号帧结构特征,采用滑动相关功率谱估计算法完成了信号检测和同步估计,解决了大频偏情况下的信号检测和同步估计问题,设计分数阶判决反馈均衡器(DFE)分块均衡算法,实现了恶劣短波信道条件下信号高效快速均衡。

电离层高频信道互易性研究:中纬度电离层斜向探测实验

该文首次利用武汉电离层斜向探测系统(WIOISS)对武汉-万宁和万宁-武汉两条电离层高频信道的互易性进行了分析。WIOISS是基于GPS时间频率同步手段开发的新型电离层斜向探测系统,通过比较由系统扫频工作模式和定频工作模式得到的两条路径下的斜向传播群时延和电离层高频信道散射函数,可以得出武汉-万宁和万宁-武汉的电离层高频链路有较好的互易性。

基于Watterson模型的短波信道实时软件模拟

针对短波信道多径、衰落、多普勒频移及扩展等特点,设计了一种基于Watterson模型的短波信道模拟器,该模拟器采用全软件实现,具有简单易行、可移植性强、费用低等优点,并可实时嵌入到调制解调器中。通过对仿真中关键技术进行改进,提高了系统性能。仿真结果验证了该模拟器的有效性。

短波信道下的信号调制方式识别

针对短波信道条件下的通信信号调制识别问题,提取了以信号功率谱的各种特征为主要特征参数,使用判决树分类器,对基于W atterson信道模型下的九类常用短波信号进行调制识别。仿真结果表明,所选取的特征参数具有很好的稳健性,在中等短波信道且在低信噪比条件下有较高的正确识别率,且方法简单便于工程实现。

短波通信中的宽带信道建模方法与比较

基于对短波宽带信道的建模是研究短波宽带通信系统的关键和难点等问题。介绍了Volger决定性模型、子带并行—宽带窄带化模型、Watterson的两种改进模型和伪决定性模型4种典型的短波宽带信道模型,并进行比较和性能分析。经分析表明,作为决定性模型,Volger模型较为全面地反映了短波宽带信道的特性,但有不完善之处,同时也提出了进一步改进该模型的方向。

新型短波信道探测序列研究

针对脉冲压缩体制短波信道探测对探测序列的自相关特性要求很高的问题,将周期自相关特性十分理想的Zadoff-Chu序列应用到短波信道探测中,设计了能充分利用其周期自相关特性的序列扩展方式,对Zadoff-Chu序列、m序列和巴克码的相关函数及相关函数的主旁瓣峰值比、品质因数、联合旁瓣电平率、峰均功率比四个参数进行了仿真和实测,对所得数据进行了讨论分析。分析表明:Zadoff-Chu序列比m序列和巴克码具有更好的自相关特性,其相关函数的主瓣峰值与旁瓣峰值之比、品质因数等四个参数比m序列和巴克码的相应参数更优越。

远距离短波鱼骨天线的仿真设计

研究了鱼骨天线工程设计中辐射体导线材料更换的可行性问题和天线架设高度的优化设计问题。采用矩量法计算天线的辐射特性。在预定通信区域均匀设置25个发射点,将矩量法计算的天线三维方向图数据与短波天波信道仿真模型相结合,计算各发射点与鱼骨天线构成的点对点通信链路的时间可靠性,以在不同频率、季节、时间和太阳黑子数时达到规定可靠性的计算点的总数量来衡量12m、17m、25m三种架高的天线的覆盖能力。计算结果表明:天线辐射体材料采用不锈钢代替铜包钢对效率影响很小,替换可行;17m架高的鱼骨天线在预定通信区域覆盖能力与25m架高天线相当,高于12m架高天线的覆盖能力。

用于最大似然2-DOA估计的裂变粒子群算法

最大似然2-DOA估计是一种抗干扰能力强、精确度高的测向算法。对其目标函数求解时容易收敛到局部最优解,最终影响最大似然2-DOA估计的性能。考虑到粒子群(PSO)算法具有全局化寻优能力及计算量巨大的特点,本文提出了一种裂变粒子群(FPSO)算法,在保证全局化寻优能力的同时大大降低计算量。但当2-DOA估计环境恶劣时FPSO算法仍然需要较大的迭代次数才能达到一定的2-DOA估计精度。为了进一步降低计算量,提出了改进的FPSO算法。其采用AP算法初始化全局最优粒子,精确了初始化精度从而降低精确2-DOA估计所需的迭代次数。仿真证明,FP-SO算法和改进的FPSO算法能够分别在AWGN信道和短波信道下以较低的计算量实现精确的2-DOA估计,其均方根误差逼近其CRB。

短波信道衰落特性试验研究与仿真

利用电离层斜向探测系统对中低纬地区一条地面距离约1 000 km的电路进行了连续的试验探测,依据探测数据对不同电离层条件下各个传播模式信号的衰落特性进行了瞬时变化特性描述和统计分析,并从Vogler模型出发,结合实测分析结果对短波信道进行建模,文中称为广义Vo-gler模型。通过模型输出散射函数与实测散射函数的对比证实,广义Vogler模型能较准确地描述短波时变信道的特性。

频谱感知技术在短波通信中的应用

为了提高短波通信的频谱利用率,需要对短波频谱进行实时准确的频谱感知。针对短波信道特点,对几种频谱感知方法能否适用于短波通信系统进行了分析。结合国内外军用认知无线电的发展,并充分利用能量检测速度快、循环谱特征检测精度高的优点,提出了一种能量和循环谱特征联合检测的方法,并给出了基于感知技术的短波电台的基本架构,为缓解短波信道资源紧张提供了一条途径。

基于锚点拟合的宽带短波信道修正ITS模型

构建仿真系统时,仿真模型直接关系到仿真系统能否实现。针对宽带短波信道ITS模型存在的功率延迟剖面函数不能拟合各种信道条件且计算量较大的问题,提出了修正参考模型,并证明了其有效性与正确性。首先定义锚点,将模型中功率剖面延迟函数的锚点与特定分布中的锚点锁定,再利用拟合的方法根据特定分布确定延迟剖面上的其它点。仿真结果表明:锚点拟合法缩短了信道模型参量的求解时间,且理论上能够拟合短波信道各种延迟分布,验证了修正模型的正确性。修正后的模型通过锁定关键的锚点能灵活拟合真实信道且计算量较小,能够有效地应用于宽带短波信道模拟系统中。

输电线路高频保护通道延时的行波特性分析

高频保护传统分析方法仅考虑高频信号在通道中的延时效应,没有分析电气量的行波延时效应。该文指出传统方法的不足,分析电力系统故障后电气量和高频信号的行波特性,综合考虑自故障发生到线路两侧高频保护完成故障判断,故障电气量和高频信号在各环节中的延时效应,以及最终产生的高频信号的时间差或相位差,并分析了通道延时效应对高频保护动作特性的影响。通过分析认为:为了避免外部故障时出现误动作,方向高频保护应考虑2倍线路长度的通道延时效应,相差高频保护闭锁角整定应考虑2倍线路长度的通道相位滞后效应;线路内部发生短路故障时,相差高频保护容易发生两侧保护相继动作;在线路长度较大,相差高频保护有发生两侧保护都进入闭锁区而拒动的可能。

自动扫频短波信道斜向探测系统设计与实现

基于全球定位系统时间同步手段和锁相环频率同步技术,利用数字信号处理器、复杂可编程逻辑器件等实现了自动扫频短波信道斜向探测系统的数据采集与发送硬件终端,搭载短波电台和计算机组成自动扫频短波信道斜向探测系统的硬件,开发了配套软件.所设计系统的收发端时间同步误差和频率同步误差都几乎为零,可以以数十瓦的发射功率实现短波信道的高精度探测.分析了系统的数字信号处理流程,进行了武汉和商丘之间的短波信道斜向探测实验,对探测结果进行了分析,分析表明,探测结果能够提供短波信道传播特性的基本信息.

一种基于误差传递的短波信道均衡方法

电离层的不同传播模式是导致短波数字通信出现码间串扰的主要原因,为克服码间串扰,本文提出一种基于误差传递的短波信道均衡方法,并以青岛-长春链路为例进行了数值仿真和天波试验.数值仿真和空间链路试验表明,与非线性数据定向均衡方法相比,本文方法得到的信息符号的误差方差降低了约50%,而且在低信噪比情况下更有优势.

短波信道探测中多普勒频移的计算

为准确获取短波信道探测信号的多普勒频移,把被Zadoff-Chu序列调制的信号作为探测信号,以简化的Watterson模型作为短波信道,采用脉冲压缩技术,对多普勒频移的计算进行了理论推导,得出了一种多普勒频移的计算公式,对两条路径时公式的计算结果进行了仿真。结果表明,在两条路径的多普勒频移相差小于±0.3 Hz时,计算结果较为准确。在此基础上,仿真分析了多普勒频移对Zadoff-Chu序列的脉冲压缩的影响。分析表明,小于10 Hz的多普勒频移对Zadoff-Chu序列的脉冲压缩的影响可以忽略不计,将该序列应用在短波信道探测中比较合适。

短波信道多普勒功率谱密度研究

为研究短波信道多普勒功率谱密度,将电离层的运动假设为正规层与不均匀团块两种不同的运动,推导出了多普勒频移的表达式;在忽略电子密度随时间变化和地磁场影响的情况下,推导出了多普勒频移的一种概率密度函数表达式;在假设接收天线是圆对称的条件下,推导出了信号散射分量的多普勒功率谱密度函数,结果表明,功率谱密度的形状为混合高斯形;采用寻找误差序列标准差最小值的方法对实验所得数据多普勒功率谱密度的形状进行了混合高斯形状拟合,拟合结果表明了理论推导的正确性.

采用广度优先搜索邻居聚类的通信信号调制识别

针对短波通信中无法避免的码间串扰问题,研究了聚类算法在信号调制识别中的作用,提出了一种利用广度优先搜索邻居(BFSN)聚类处理循环统计量特征的分类算法。该算法将循环统计量特征峰值作为聚类输入对象,通过BFSN聚类分析,剔除延时信号、噪声等造成的奇异类峰值,克服了多径效应产生的码间串扰影响,实现了2FSK、4FSK、BPSK、QPSK、16QAM、π/4-QPSK、π/4-DQPSK、8PSK等8种调制信号的自动识别。仿真表明,该算法聚类后提取的特征参数抗多径干扰能力强,同信道均衡方法相比识别正确率有5%的性能优势。低信噪比环境下的信号调制识别具有重要的工程应用意义。

一种基于Alpha稳定分布的短波宽带信道改进模型

短波信道仿真是评价短波通信系统性能的一种重要手段。针对ITS宽带短波信道模型复杂度较高的问题,提出了基于对称α稳定分布(SαS)的ITS宽带短波信道模型,不仅简化了随机调制函数的生成方法,改善了信道多普勒扩展的灵活性;而且在保持良好的脉冲尖峰特性情况下,降低了噪声与干扰计算复杂度。仿真结果表明,该模型与短波宽带信道的实测数据保持了较好的一致性,可更加灵活高效地应用于实际宽带短波信道模拟系统。

短波信道下直扩信号检测与载频盲估计

针对通信侦察识别中广泛遇到的短波信道下直接序列扩频信号(DSSS)的检测与参数估计问题,提出了一种利用广度优先搜索邻居(BFSN)聚类分析提取未知信号高阶循环累积量循环频率的算法。该算法通过聚类比较截获信号的各类峰值,剔除干扰和奇异类信号,克服了短波信道中常见的多径效应引起的码间串扰(ISI)影响,从而实现了在低信噪比条件下,对直扩信号进行检测和载频的盲估计。对算法进行了理论分析,并通过计算机仿真验证了该算法在低信噪比下具有较好的稳健性。