Approach for wideband direction-of-arrival estimation in the presence of array model errors

The presence of array imperfection and mutual coupling in sensor arrays poses several challenges for development of effective algorithms for the direction-of-arrival （DOA） estimation problem in array processing. A correlation domain wideband DOA estimation algorithm without array calibration is proposed, to deal with these array model errors, using the arbitrary antenna array of omnidirectional elements. By using the matrix operators that have the memory and oblivion characteristics, this algorithm can separate the incident signals effectively. Compared with other typical wideband DOA estimation algorithms based on the subspace theory, this algorithm can get robust DOA estimation with regard to position error, gain-phase error, and mutual coupling, by utilizing a relaxation technique based on signal separation. The signal separation category and the robustness of this algorithm to the array model errors are analyzed and proved. The validity and robustness of this algorithm, in the presence of array model errors, are confirmed by theoretical analysis and simulation results.

基于二分搜索的宽带多普勒模型信号捕获方法

针对深空通信等超高动态低信噪比通信场景中,传统信号捕获方法存在着动态范围不足、精确度不够以及使用窄带多普勒模型导致对接收信号近似精确度不高的问题,提出一种基于二分搜索的接收端采样率调整方法。使用宽带多普勒模型对接收信号进行建模,并使用扫频余弦类信号进行多普勒频偏估计和定时估计,处理多普勒伸缩后的信号与本地信号采样率不匹配的问题。对所提方法进行同步性能仿真,仿真结果表明,所提方法采用正反扫频线性调频(UD-LFM)信号,能在信噪比为-49dB、最大多普勒频偏为2MHz的条件下,多普勒频偏估计误差小于400 Hz,定时估计误差不超过60 ns。相比不使用本文所提方法进行直接捕获,本文所提方法具有更高的捕获精确度以及更低的信噪比门限。

基于MVO-SVR的室内指纹定位算法

针对室内定位过程中由非视距和环境干扰导致的定位精度不高的问题,提出一种基于多元宇宙优化支持向量回归的室内指纹定位算法。首先通过基于超宽带通信技术的双边双向测距算法计算得到测距信息;然后利用测距值作为指纹特征并建立指纹库,使用SVR算法构建定位坐标和测距值之间的映射关系;最后使用MVO优化算法寻优SVR算法的cost和γ参数,以提升定位精度。实验显示,选择径向基函数作为SVR模型的核函数能够有效提高定位精度,并将MVO-SVR的结果与三边定位、随机森林算法、极致梯度提升算法、SVR的结果进行对比和分析,X方向平均绝对误差分别降低了20.12%、54.43%、60.66%和16.21%,Y方向平均绝对误差分别降低了79.57%、54.18%、59.29%和38.17%,平均定位误差Ep分别降低了60.73%、54.38%、60.01%和22.84%,且MVO-SVR算法在X和Y方向平均绝对误差均达到了厘米级。结果证明:基于MVO�SVR的室内指纹定位算法明显提升了定位精度,在复杂室内环境中具有良好的应用前景。

基于声学宽带扩频信号的抗多径测距技术研究

为研究宽带扩频信号在复杂水声信道下的测距精度,提高水声定位系统的抗多径性能,以BELLHOP模型的多径干扰冲激响应作为水声信道环境基础,通过构造不同传播距离、海洋环境特征的多径水声信道,对宽带扩频编码进行同步相关测距仿真;提出一种基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,利用载波携带的宽带特征信息进行相关同步以提高理论测距精度。实验结果表明:在有直达声且不考虑声线弯曲条件下,浅海多径信道条件测距精度可达厘米级,中深水信道维持分米级测距精度,较基带同步方法的抗干扰性能有所提升,基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,能够为声学定位系统的高性能测距技术提供理论依据。

空中目标动态电磁散射数据仿真系统设计与实现

电磁散射数据是目标识别研究的基础,但由于试验测量成本高、可重复性差等问题,空中目标电磁散射实测数据十分有限。基于去遮挡的N点模型和电磁计算数据插值研究了空中目标动态电磁散射数据仿真方法,设计了空中目标动态电磁数据仿真系统,该系统将电磁散射仿真与实际飞行场景相结合,支持场景自定义和空中目标三维模型库扩展。分析了飞机和巡航导弹2类目标仿真数据及成像结果,结果验证了仿真方法正确性和系统有效性,可为研究实际场景下的空中目标识别提供支撑。

VSC-HVDC系统宽频振荡z域阻抗判据研究

为了深入分析VSC-HVDC(基于电压源换流器的高压直流输电)系统宽频振荡失稳的机理并快速准确评估系统的稳定性,提出一种基于z域阻抗的建模方法和稳定性判据。首先,基于精确离散化的方法,分别建立了考虑锁相环、电流内环和电压前馈控制的电压源型变流器z域阻抗模型,以及交流电网在全局坐标系下的z域阻抗模型。然后,基于盖尔圆定理提出广义禁区判据,分析了锁相环和线路阻抗对系统稳定性的影响。最后,搭建VSC-HVDC仿真系统进行分析,证明了所提广义阻抗判据的有效性。

Deterministic and Stochastic Simulators for Non-Isotropic V2V-MIMO Wideband Channels

In this paper, we consider a novel two-dimensional(2D) geometry-based stochastic model(GBSM) for multiple-input multiple-output(MIMO) vehicle-to-vehicle(V2V) wideband fading channels. The proposed model employs the combination of a two-ring model and a multiple confocal ellipses model, where the signal is sum of the line-of-sight(Lo S) component, single-bounced(SB) rays, and double-bounced(DB) rays. Based on the reference model, we derive some expressions of channel statistical properties, including space-time correlation function(STCF), Doppler spectral power density(DPSD), envelope level crossing rate(LCR) and average fade duration(AFD). In addition, corresponding deterministic and stochastic simulation models are developed based on the reference model. Moreover, we compare the statistical properties of the reference model and the two simulation models in different scenarios and investigate the impact of different vehicular traffic densities(VTDs) on the channel statistical properties of the proposed model. Finally, the great agreement between simulation models and the reference model demonstrates not only the utility of simulation models, but also the correctness of theoretical derivations and simulations.

基于RANSAC和三维谱峰分析的全姿态散射中心建模

全姿态散射中心模型是一种性能优良的光学区复杂目标电磁散射参数化模型。针对传统的基于候选点筛选和聚类的全姿态散射中心建模方法易出现虚假散射中心和遗漏真实散射中心的问题,该文提出了一种基于目标三维空间电磁散射强度场谱峰分析的建模方法。首先,基于目标多视一维散射中心参数,利用随机采样一致性(RANSAC)方法和Parzen窗函数方法估计目标在三维空间中的电磁散射强度场。然后,通过谱峰分析、散射中心关联和多视量测融合,得到全姿态三维散射中心的位置。最后,利用二值形态学处理修正全姿态散射中心的角度可见性,估计全姿态散射中心的散射系数和类型参数。仿真结果表明,该文方法所提取的全姿态散射中心与目标几何结构具有极强的关联性,相较传统方法,在缩减三维散射中心数量的同时提升了模型的表示精度。

基于超宽带技术的运动目标跟踪高精度定位系统设计

为克服运动目标不断变化导致跟踪定位精度较低的问题,设计基于超宽带技术的运动目标跟踪高精度定位系统;图像采集模块由FPGA单元、VGA显示单元、帧缓存单元以及图像采集单元构成,以此实现运动目标跟踪与定位中的图像采集,在超宽带技术模块中,设计超宽带运动目标定位所需的天线、定位基站、移动节点,完成超宽带动态组网,实现硬件系统的设计;基于硬件系统采集到的图像,实施图像灰度化处理、形态学滤波处理,以增强图像中有用的信息,设计TLD运动目标跟踪算法,随着运动目标开始运动,TLD模型会不断学习跟踪的运动目标,获取目标在距离、景深、角度等层面的改变,并不断学习、识别,达到良好的跟踪效果,基于超宽带技术设计运动目标动态定位算法,依据跟踪结果实现运动目标的高精度定位,完成软件系统的设计;实验测试结果表明,该系统在中、远距离目标跟踪与定位实验中跟踪错误率低于0.60%、2.4%,沿着S型运动时,路线弯折处的定位误差较低,与实验运动目标的飞行路线相贴合,具有良好的定位能力。

Design and Implementation of a Wideband HF Channel Simulator

The paper presents a wideband high frequency (HF) channel simulator. The simulation consists of a software simulation of a direct-sequence spread-spectrum (DSSS) HF system with RAKE receiver. The validity of the HF channel simulator is demonstrated by the analysis of the scattering function and example results of the simulator. The performance of DS system under HF channel and noise are also presented. The simulation results and theoretical analysis show that a straightforward DS system may properly mitigate the intersymbol interference (ISI) distortion of the HF channel while perform badly under the HF noise and interference.

Parametric estimation of ultra wideband radar targets

Based on the analysis of impulse response properties, a scattering model of ultra wideband （UWB） radar targets is developed to estimate the target parameters exactly. With this model, two algorithms of multiple signal classification （MUSIC）, and matrix pencil （MP）, are introduced to calculate the scattering center parameters of targets and their performances are compared. The simulation experiments show that there are no differences in the estimation precision of MUSIC and MP methods when the signal-to-noise ratio （SNR） is larger than 13 dB. However, the MP method has a better performance than that of MUSIC method when the SNR is smaller than 13 dB. Besides, the time consuming of MP method is less than that of MUSIC method. Therefore, the MP algorithm is preferred for the parametric estimation of UWB radar targets.

UWB Channel Modeling Improvement in Indoor Line-of-Sight (LOS) Environments

Channel measurement and modeling is an important issue when designing ultra wideband (UWB) communication systems. A Precise model of the channel response is inevitable for designing an ultra wideband telecommunication system. In this article signal propagation in indoor environment and LOS condition is evaluated and the appropriate model of this scenario is presented. Parameters such as the power delay profile, mean excess delay, delay spread, “NP10dB” are analyzed and simulated. Based on analysis results, the proposed model is presented. This model is based on Two-cluster approach but its average power delay profile is described with power function and cluster time of arrival is modeled by the modified exponential distribution. Finally UWB channel parameters of proposed model, Saleh and Valenzuela (S-V) and Two-cluster models are compared. Measurement and simulation results show that considerable improvement for mean excess delay, delay spread and “NP10dB” of proposed model comparing with S-V and Two-cluster model, this means the channel is better described, which mean the channel is described more precisely.

非均匀子带划分的宽带数字阵通道均衡算法

针对通道严重失配情况下,(加权)最小二乘法的频域均衡性能恶化和均匀子带分解的频域均衡占用过多硬件资源的问题,提出一种根据均衡滤波器的幅频特性非均匀划分频带实现均衡的方法。首先,根据幅度改善因子的大小来调整幅度划分的区间;然后,合并频点数小于滤波器阶数的相邻幅度区间,并求出对应的频带;最后,在非均匀划分的频带上实现信号的滤波补偿、合成。仿真结果表明,在通道严重失配情况下,相比均匀子带划分频域均衡方法,所提方法在幅度和相位改善因子上分别提高了8.68 dB和8.58 dB,在滤波器组数和阶数上分别降低了6组和8阶,可以提高子带频域均衡算法的硬件可实现性,改善宽带数字阵列雷达中脉冲压缩和数字波束形成的性能,增强雷达探测能力。

模块化多电平换流器数学建模方法综述

在新能源远距离、大容量的外送需求下,以模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)为核心的柔性高压直流(High Voltage Direct-current, HVDC)输电技术在我国得到快速发展,并逐步与传统高压交流电网深度融合,形成高度电力电子化的交直流混联电力系统。相比于传统交流电网,MMC等电力电子设备显著拓宽了混联系统的响应带宽,加剧了电网设备之间的交互作用,并在已投运的HVDC工程中频繁引发数赫兹至数千赫兹的宽频振荡,严重影响供电安全。数学建模与稳定性分析成为保障交直流混联电力系统稳定运行的迫切需求。文中对MMC的数学建模与分析方法进行归纳与总结,为交直流混联系统的宽频振荡研究提供参考。

V2V三维宽带信道建模与统计特性分析

针对5G车对车(vehicle to vehicle,V2V)无线通信系统,基于几何随机建模方法,提出一种改进的三维宽带多输入多输出(multiple-input and multiple-outpit,MIMO)信道模型。引入多共焦半椭球体模型用于研究不同传播延迟下的V2V信道统计特性,结合时变的路径长度、信号角度和莱斯因子表征V2V信道的非平稳特性。推导了空-时相关函数、多普勒功率谱密度等关键信道统计特性的数学表达式。分析了城市和高速场景下信道相关特性的差别,并研究了车流密度、运动方向、天线角度、传播延迟等因素对信道统计特性的影响。结果表明,城市场景下的时间相关性和空间相关性明显低于高速场景;不同传播延迟下的V2V信道统计特性有明显差异;信道相关性同天线阵列角度、收发车运动方向和时间变化密切相关。模型仿真结果为车载通信提供了一些有价值的结论,可以作为未来V2V通信系统设计、优化和评估的有效指导。仿真结果与实测数据较好地吻合,证明模型能正确表征V2V无线信道的相关特性。

基于CVT宽频传递模型的杂散电容分步辨识方法

杂散电容是导致电容式电压互感器(CVT)宽频传递特性呈现复杂变化的关键因素,其参数值无法通过直接测量得到,杂散电容的获取一直是个难点。为此,文中提出一种基于CVT宽频传递模型的杂散电容参数分步辨识方法。在分析CVT谐振机理的基础上,以CVT在各谐振点处电压变比误差最小为目标,利用多目标灰狼优化算法,分两步对多个杂散电容进行参数辨识。实际算例测试表明,所提方法仅需根据CVT谐振变比便可实现宽频传递模型中杂散电容参数辨识,且辨识误差小,能够为建立精确CVT宽频电路模型提供理论指导,进一步为暂态电压的测量奠定基础。

基于IQ调制器的宽带移相器的校准方法研究

主要研究了一种基于IQ调制器的宽带移相器的校准方法。基于IQ调制器的幅相控制原理分析其误差来源,建立IQ调制器误差模型。在IQ调制器误差模型的基础上,建立了宽带移相器的相移量和控制量模型,设计了用于误差模型参数获取的校准方法和数据处理方法。通过仿真和实测数据对比,验证了该误差模型和校准方法的有效性与使用范围。

一种结合交互式多模型和自适应UKF的UWB/INS紧组合导航算法

超宽带技术在煤矿井下定位时,会受非视距、多径效应和电磁干扰等不利影响导致定位性能下降,该文提出了一种结合交互式多模型和自适应无迹卡尔曼滤波的超宽带/惯导紧组合导航算法。采用匀速与匀加速两个运动模型交叉耦合模拟井下目标的运动;采用无迹卡尔曼算法对两种传感器信息进行非线性滤波,得到较精确的定位信息;利用自适应模糊推理方法调整测量噪声协方差矩阵,提高定位精度和鲁棒性。仿真实验结果显示,提出的IMM-AUKF算法较传统算法跟踪精度提高了近10%。

基于硅基集成工艺的基板堆叠传输结构设计

随着电子产品向小型化、轻量化方向发展,堆叠基板的垂直互连成为高密度电路集成的关键技术。垂直互连结构会影响跨层传输的信号质量,进而影响电路的射频性能。基于该互连结构的主要传输原理,采用多层硅基板进行堆叠,通过焊球实现上下层的信号传输,利用HFSS仿真软件建立垂直互连结构模型,分析了关键结构参数对传输性能的影响。仿真结果表明优化后的垂直互连结构在DC~20 GHz的频段内回波损耗优于15 dB,传输损耗优于0.5 dB,能够实现良好的微波传输性能。