多脉冲群组合的TACAN空/地信号仿真实现

通过仿真实现TACAN空/地信号能够有效降低侦收系统的设计成本。以TACAN空/地信号的侦收为目的,通过研究TACAN空/地信号的信号特征(脉冲宽度、脉冲数量、触发条件)、数学描述及调制方式,基于多脉冲群组合方式设计了TACAN空/地模式下X、Y两类信号的仿真算法。经验证,两类仿真信号均满足TACAN信号的侦收要求。

基于TC-CNN网络的残缺TACAN空/地信号识别方法

TACAN空/地信号是一种基于脉冲调制技术的短程通信信号,主要应用于方位测量和距离测量,当使用接收器捕获TACAN空/地信号时,由于信噪比、信号完整度等差异,导致信号识别率较低。针对传统模板匹配算法无法有效对残缺的TACAN空/地信号进行识别的问题,提出了一种新型卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)模型,该模型以传统CNN模型为基础,同时加入了长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)人工神经网络结构以提高模型对信号时序特征的识别能力,实验结果表明,当数据丢失率低于30%时,该模型可以达到84%以上的识别率。

基于变分模态分解的采空区“三带”微震信号能量衰减规律

为探明微震信号能量在采空区“三带”结构中的衰减规律,拟开展采空区覆岩相似模型试验,采集人工激发微震波经由采空区结构传播的微震信号,通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)处理微震信号,获取各频率下模态分量。针对采空区微震信号在VMD下各模态分量中心频率与能量之间的关系展开分析。根据中心频率法确定微震信号最佳模态数量,并计算微震信号欠分解状态、最佳分解状态、过分解状态下各分量能量;对各震源下信号最佳分解状态时各模态分量能量与中心频率分布关系进行拟合,分析在“三带”结构中,微震信号不同传播状态下各结构层对信号能量影响作用。研究结果表明:(1)在VMD过程中,人工激发震动信号有效模态数量在6~11范围内,微震信号能量随模态数量变化明显。(2)采用幂函数可实现对微震信号模态能量与频率关系的拟合,且拟合状态良好(决定系数大于0.9),其中低频模态分量包含能量占信号总能量近50%;采用高斯函数可以拟合震源各分量能量在频域上的分布表现,拟合状态较好,且表现出高斯单峰特征。(3)微震信号穿越采空区“三带”结构,微震信号能量随震源位置与传感器距离增加而减小,同时信号能量随震源位置到达传感器穿越岩层数量增加而减小,信号能量在经由垮落带时,能量变化明显,相较于裂隙带和弯曲下沉带,垮落带对信号能量衰减作用明显。

基于同步提取变换的地空频率域电磁信号幅度提取方法

地空频率域电磁法探测信号为多频非平稳信号,为了解决应用传统傅里叶变换方法提取其幅度时分辨率较差的问题,本文提出了基于同步提取变换(SET)的地空频域电磁信号幅度提取方法。该方法对电磁数据进行SET,得到高分辨率时频图,并利用能量算子使电磁数据时频谱能量更为集中;采用贪心算法提取脊线,得到时频图的高能量带;通过自回归模型自适应地补充了脊线中的0值,解决了由窗函数引起的端点效应问题。根据脊线位置的时频图复数值,得到各频率分量幅度随时间的变化,研究了不同信噪比情况下基于SET的地空频率域电磁信号幅度提取结果的准确性。结果表明:当信噪比≥10 dB时,幅度提取结果的平均相对均方根误差均小于5%;当信噪比<10 dB时,幅度提取结果的平均相对均方根误差在10%以内。提取效果良好。将此方法应用于新疆霍拉山隧道工程地空频率域电磁法探测中,成功提取了多频电磁信号各频率分量的幅度,与采用傅里叶变换提取非平稳信号幅度的方法相比,该方法有效地提高了幅度提取结果的分辨率。

基于空时分组/混沌编码的多天线多基频通信编码研究

为了优化空时分组编码(STBC)和混沌编码,提升无线通信的性能与可靠性,采用多基频混沌编码(MFCC)结合空时分组编码技术搭建了一种双重编码模型,并对该模型的编码解码性能进行仿真分析,评估模型的编码解码性能。实验结果显示,当信噪比为10 dB时,新模型的误码率低至10-8,并且能在两基频条件下实现3548 b/s的高吞吐量。表明该编码解码模型不仅能降低误码率,还能有效提高基频的吞吐量,为促进无线通信技术的发展提供了有力支持。

汽车组合仪表有意电磁干扰空时域联合分离系统设计

有意电磁波与汽车仪器电磁传输波产生的混合干扰,降低了汽车组合仪表的稳定运行能力,造成仪表设备失灵;为避免上述情况的发生,设计汽车组合仪表有意电磁干扰空时域联合分离系统;在步进电机驱动电路中,设置汽车组合仪表控制器、分离电源与PCB电路板、有意电磁干扰数字传感器;分配有意电磁波空时域源地址,通过计算干扰信号平坦度的方式,确定脉冲参数的取值范围,实现汽车组合仪表有意电磁的空时域干扰效应分析;估算有意电磁波干扰信号的数目,按照信号分解的处理原则,求解联合分离修正函数,实现电磁干扰的联合分离;在设置频率范围在100 MHz~1 GHz之间、幅度范围为0.5~5 V、脉冲宽度范围为10~100 ns区间后,通过实验结果表明,设计系统应用后可以在混合信号中,按照空域、时域标准的不同分离有意电磁波,且分离后的信号波长、信号频率依然在1.0μm、300 Hz左右,不会因混合干扰降低汽车组合仪表的稳定运行能力。

基于机器学习的OTFS系统信道估计与信号检测研究进展

OTFS调制可以在高速移动场景下有效对抗ICI,能提供比传统的OFDM更显著的性能增益,充分提升高多普勒扩展场景下的通信系统频谱效率,改善通信系统质量,近年来得到广泛研究。OTFS系统的研究重点和难点在于信道估计与信号检测。人工智能已经成为一种有效的信息处理手段,在各行业都得到了广泛的应用。而机器学习是人工智能中的重要分支,通过将机器学习与OTFS技术相结合,可以有效解决信道估计与信号检测中的问题,提高系统性能、稳定性和可靠性。对目前基于机器学习的OTFS系统的信道估计与信号检测算法进行了较为全面的调研、分析、对比和归纳,进而梳理出技术挑战,并就未来的技术发展趋势进行了探讨。

基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号多维参数估计

针对传统方法对水下非合作跳频信号的多维参数估计效果不佳的问题,提出一种基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号空时频参数估计方法。利用矢量水听器声压通道与振速通道的接收信号建立时频域的短时互谱分布,分析噪声与信号在时频域分布的差异,通过迭代去噪法与连通域方法,对噪声进行抑制并平滑每跳的能量分布;采用复声强法对短时互谱矩阵进行处理,得到清晰稳定的跳频信号空时频分布;提取空时频分布的脊线并利用Haar小波变换对脊线进行奇异点检测,估计出信号的多维参数。仿真和水池试验结果表明,当信噪比大于-5 dB时,所提方法得到的参数估计归一化均方根误差小于0.05。

面向车联网通信的OTFS信号检测算法综述

车联网(Vehicle to Everything,V2X)通信被认为是未来无线通信网络最重要的应用之一。然而,车辆在高速移动时引起的高多普勒频移会严重恶化V2X通信链路的性能。正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制技术可以将时间和频率选择性信道转换为时延-多普勒(Delay-Doppler,DD)域的非选择性信道,从而显著提高无线通信系统在高移动性场景下的性能,在V2X通信中具有重要的应用价值。但OTFS调制技术极大地增加了系统接收端的复杂度,研究低复杂度信号检测算法成为了新一代无线通信系统采用OTFS调制的关键问题之一。为此,综述了面向车联网V2X通信的OTFS信号检测算法。首先介绍了OTFS系统模型,然后概述了现有的低复杂度OTFS信号检测算法,并将其分为线性检测算法、消息传递(Message Passing,MP)检测算法及其改进算法、基于神经网络的检测算法3类,最后探讨了V2X通信中OTFS信号检测目前所面临的技术挑战与未来的发展趋势。

基于检测残差消除的CP-OTFS系统信号检测算法

正交时频空(OTFS)调制技术因其高抗频率色散的性能,有望成为6G中高移动性场景下通信的关键技术。通过在OTFS系统发送端加入循环前缀(CP),可克服信道多径效应导致的码间干扰。针对当前CP-OTFS系统信号检测算法计算复杂度高的问题,提出一种基于检测残差消除的信号检测算法。采用时频域低复杂度初始检测后,结合系统时延-时间域的输入-输出关系计算初始检测残差。以检测残差为迭代变量,通过计算反馈值更新检测信号,并在时延-多普勒域进行逐符号最大似然检测。在迭代计算过程中逐步消除检测残差,并给出了算法停止准则。实验结果表明,该算法在信噪比为15 dB时误码性能比线性最小均方差算法提升了2.79 dB,比消息传递算法提升了1.76 dB,并且具有更好的收敛性和更低的计算复杂度。

基于FDMA(频分多址)技术的空口位置信号模拟装置

目的:为模拟信标与车载信标天线间空口位置信号发生及传输特性,提出了基于FDMA(频分多址)技术的新型空口位置信号模拟装置。方法:介绍了基于FDMA技术的信号传输模式、模拟原理;阐述了基于FDMA技术的新型空口位置信号模拟装置组成及各组成部件的功能。结果及结论:该模拟装置可用于轨道交通列车控制系统空口位置信号模拟。该模拟装置继承了FDMA多路多频信号承载的特性,信号频谱范围广,具备全双工上下行信号同步交互的会话机制,在保证多路多频信号高保真度和高同步性的同时,可支持对各路频分多址信号的增益和衰减系数进行灵活处理,可广泛地匹配轨道交通列车控制系统多样式的FDMA空口位置信号接口。

基于原型滤波器的OTFS通感一体信号技术

随着无线技术的快速发展,无线设备呈现爆炸式增长趋势,导致频谱资源日益稀缺,雷达和通信频段不断重叠。为了避免无线通信和雷达感知之间的相互干扰,学术界广泛研究了通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)技术,并且重点关注了正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)信号。OTFS信号具备实现无线通信与雷达感知一体化的潜力。然而,分数多普勒会抬高OTFS多普勒旁瓣,引起多普勒弥散效应,不仅在通信数据与通信数据之间、通信数据与雷达数据之间产生严重干扰,还将导致微弱目标被强目标旁瓣淹没,进而影响雷达探测概率和通信信道估计精度,恶化整体性能。针对分数多普勒导致的OTFS性能下降问题,提出了基于原型滤波器的OTFS通感一体化信号设计方法。通过原型滤波器调理多普勒旁瓣,在不显著损失多普勒分辨率的同时,抑制多普勒弥散效应,提升检测概率,降低误码率。针对OTFS互相关匹配滤波信道估计算法计算复杂度高等问题,进一步提出了利用恒虚警率(Constant False Alarm Rate,CFAR)检测进行信道估计的思路,在降低计算复杂度的同时,稳健检测出了同一时延、不同多普勒的多个目标,保障了信道估计和目标检测性能。依据理论分析和仿真实验可知,本文可将分数多普勒条件下的通信误码率降低2个数量级。

一种空时信号的分布式在线重构算法

空时信号的在线重构问题可归结为对差分平滑的时变图信号的恢复问题。对于该凸优化问题,现有的基于梯度下降法的分布式重构算法在优化问题的海森矩阵条件数较大时收敛速度极慢,在单个观测区间内算法最大迭代次数受限时重构误差较大。针对该问题,提出了一种基于近似牛顿法的分布式在线重构算法。首先通过子图划分将原优化问题分解为一系列子图上的局部优化问题,并求出该局部问题的解,然后对子图间的局部解作融合平均计算,得到近似的全局最优解,再依据近似解与实际最优解之间的差距,证明以此方式求得的子图划分与融合矩阵具有稀疏性,且可作为原优化问题的海森逆近似矩阵,最后将该近似矩阵替换至经典的牛顿法迭代公式,并利用该近似矩阵的结构化稀疏性实现分布式运算。仿真结果表明,与现有算法相比,该算法收敛速度更快,重构误差更小,所需通信量更少。

基于多维傅里叶变换的阵列空时信号处理与应用

目前常用的阵列空时信号处理方法需要计算全部阵元接收信号的采样矩阵,并通过对矩阵的各种运算来提取信息,但是大中型阵列的阵元数量众多导致矩阵维数较大,高维矩阵的巨大运算量使其难以在具有实时性要求的工程中应用。针对这一问题,将傅里叶变换从时域推广至空域,指出了空域与角度域之间存在的傅里叶变换关系。在此基础上,借鉴多维傅里叶变换方法阐释了线阵与面阵各自空时联合处理的二维与三维傅里叶变换表达及其物理意义。通过示例性仿真验证了前述理论建模与特性分析的正确性与有效性,从而为大中型阵列的空时信号实时处理工程应用提供了新的技术手段。

一种校准空口误差矢量幅度的辐射信号产生方法

新一代通信技术愈发依赖毫米波信号,空口条件下毫米波信号质量的校准成为亟需解决的问题。在此背景下提出了一种用于空口毫米波信号误差矢量幅度(Error Vector Magnitude,EVM)参数校准的W频段宽带矢量调制辐射信号产生方法,可以提供高载频、高传输速率的宽带矢量调制信号,为毫米波接收设备EVM参数的校准提供标准信号。使用倍频加混频的方式,获得符号速率1 GBaud(500 MBaud)的W频段正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)矢量调制信号,通过天线辐射到空间传输。接收天线在远场条件处对信号进行接收,经过下变频后得到载频1 GHz的QPSK接收信号,解调后信号的EVM约为20%@1 GBaud(10%@500 MBaud)。为提高接收信号质量,研究了相应的预失真与信号平均技术,通过结合发射接收信号来估计传输链路误差并进行迭代补偿,将EVM最低降低到5.2%@1 GBaud(2.1%@500 MBaud),大幅度地提高了信号质量,为空口EVM参数校准提供了高质量的辐射信号。

基于LSTM的北斗卫星信号识别方法研究

为有效降低和抵御干扰对信号接收与定位的影响,提高导航系统的稳定性和可靠性,设计基于LSTM的北斗卫星信号识别方法,以无失真地利用BDS信号;对北斗卫星真实信源实施信号调制,获取卫星信号调制样式识别算法的输入信号;设计基于LSTM的卫星信号调制样式识别算法,模型为一个传统LSTM网络与CNN网络级联的新型LSTM网络,通过CNN网络能够实施I、Q数据间特征的提取,利用LSTM网络提取数据中时序特征,并对其特征进行融合,实现北斗卫星信号的识别;并设计结合空域抗干扰技术与时域抗干扰技术的空时自适应滤波约束算法,实现北斗卫星信号窄带与宽带干扰的共同抑制,以有效提高识别的效果;实验测试结果表明,设计方法的识别准确率整体较高,最高达到接近90%,抗干扰后输出信干比最高达到78.52 dB。

基于分段互相关的5G新空口PSS同步算法

针对5G NR主同步信号(PSS)同步算法不适用于高频偏环境的问题,文中提出利用PSS序列的自相关性,先进行粗同步,在精同步模块考虑了分段互相关算法中叠加噪声项的影响,对分段互相关算法的共轭相乘项进行离散傅里叶变换,通过DFT的负指数项抵抗高频偏,并在时域上进行PSS同步,解决了算法频偏容忍度较低的问题。通过Matlab仿真结果表明,改进算法在AWGN信道环境下,当归一化频偏和信噪比分别设置为2和-5 dB时,检测的峰值位置正确并且相关峰值明显。当归一化频偏为2、信噪比为-6 dB、分段数为4时,PSS检测概率仍有0.6以上。在实际测试环境验证中,通过文中提出的改进算法可将同步流程时间控制在5 ms内,可以满足测试工程需求。通过对分段互相关算法的共轭相乘项进行改进,使改进算法在分段数较少时仍具有较好的频偏容忍度,且具有较强的抗频偏性能,此外,还能有效降低传统分段互相关算法由于分段导致叠加噪声项带来的影响。改进算法应用于国产通信矢量信号分析软件VSA中,并且在6955AC信号收发仪上得到验证,具有一定的实际应用价值。

冲击回波法在水电站压力钢管钢衬脱空检测中的应用

为查明某水电站压力钢管钢衬脱空情况,文章采用冲击回波法对钢衬底部进行脱空检测。检测前,笔者通过对已知脱空情况部位及以往工程中不同脱空程度部位的冲击回波数据进行时频分析,总结了不同脱空程度的冲击回波信号响应特征,建立工区脱空数据解释依据。工区灌浆前检测成果发现检测区域存在大面积脱空,通过开孔验证、灌浆前后检测成果的对比,证明了这种方法对钢衬脱空情况及灌浆效果检测的有效性,可为相关工程应用提供参考。

深空通信如何不断联?

1977年9月5日,空间探测器“旅行者1号”发射。从这时候起,它和地面控制中心一直保持着通信,时刻展示人类还未曾涉足的深空。但在2023年11月,人类和“旅行者1号”断联了。准确地说,“旅行者1号”还在向地球传输信号,可惜信号成了无意义的乱码。直到今年4月底,地面团队和“旅行者1号”艰难地重新建立联系。随着人类一步步探索更遥远的太空,一个很重要的问题逐渐浮现:深空通信如何不断联?

离子信号与空燃比关系的探讨

在定容燃烧弹中通过对点火电极附近离子信号的测量,表明了该信号主要由火焰前锋和火焰后区两部分组成．理论分析证明,火焰前锋的信号主要与电极附近火核中的H3O+离子和自由电子浓度有关,火焰后区的信号主要与已燃区中高温下激态的NO+和自由电子浓度有关,特别是火焰前锋区的信号与空燃比有直接关系．实验研究发现火焰前锋和后区的信号峰值随过量空气系数的变化趋势相同,当过量空气系数为1时均达最大值．因此,利用该信号可以实现空燃比的探测．