联合时延-多普勒-角度的无源雷达目标定位凸优化算法

针对分布式多输入多输出雷达中联合时延-多普勒-角度测量的运动目标定位问题,提出了一种基于半正定松弛的凸优化定位算法,改善了测量误差较大时定位误差偏离克拉美罗界的阈值效应.首先,将定位问题表述为最大似然估计问题,通过引入辅助变量将定位问题转化为带约束的加权最小二乘优化问题,然后使用半正定松弛技术,转化为半正定规划凸问题,并采用内点法对该凸问题求解得到目标位置和速度估计.由于凸优化问题的局部最优解就是全局最优解,本文算法具有良好的全局收敛性.仿真结果表明,与现有算法相比,本文算法的定位误差逼近克拉美罗下界,在大测量误差水平下的定位精度和稳健性优于现有算法.

联合角度-时延-多普勒的分布式MIMO雷达运动目标定位代数解算法

对三维空间中联合角度、时延和多普勒频率的分布式MIMO雷达运动目标定位问题进行了研究,提出了一种新的目标位置和速度估计代数解算法。通过借助方位角和俯仰角测量,对时延和多普勒频率方程进行线性化处理,然后通过加权最小二乘解算目标的位置和速度。与现有基于多步骤加权最小二乘思想的定位算法相比,该算法无需引入冗余参数,仅需一步加权最小二乘即可实现目标定位,避免了步间误差传递,减少了定位所需的发射/接收单元数量,并且考虑了发射/接收单元位置-速度误差的影响,提高了算法对发射/接收单元位置-速度误差的稳健性。理论分析证明,该算法的定位误差可以达到克拉美罗界。仿真结果验证了该算法的有效性,以及相比于现有算法的优越性。

高频多普勒频移和到达角实时探测与分析

测量电离层反射回波的高频多普勒频移和到达角等参数来观测和研究电离层的变化及运动 ,是一种经济有效的手段。新近研制的一套高频多普勒与到达角探测分析系统 ,由微型计算机、数据采集器、具有高稳定度频率源的 HF程控接收机以及天线阵等构成。这套系统的特点为接收频率、采样参数及工作方式等均可由计算机控制 ,并能实时地进行数据分析 ,获得电离层反射回波高频多普勒频移和到达角 ,对空间环境进行实时监测。同时 ,该系统兼有存储原始数据的功能 ,可根据需要进行脱机分析 。

典型电离层多普勒记录及其讨论

由于地面电离层多普勒频率偏移测量具有时间连续、设备相对简便等固有特征,它特别适合于扰动监测.本文在整理北京大学电离层高频多普勒台站观测资料的基础上,给出了一些典型电离层多普勒效应观测现象,这些现象反映了多普勒频移对电离层Es,声重波,不规则结构及耀斑引起的突然扰动等的响应,表明多普勒资料的细致分析对电离层形态学研究有其特殊意义.利用IRI模型,对多普勒频移的太阳耀斑效应及电离层不规则结构对多普勒频移的影响进行了模拟计算,理论结果与观测基本一致,从而大体上解释了这些响应的物理机制.论文最后对观测到的一种特殊的记录类型——S型描迹的具体成因作了详细的分析和讨论,指出在一定条件下,以一定相位速度水平传播的声重波可以产生这类记录,给出了相位速度和振幅等声重波参数与记录描迹形状的关系,这对从多普勒频移记录推演电离层中的波动特征有一定的帮助.

台风激发的声重力波的可探测性研究

通过对北京大学高频多普勒台站(39.4°N,116．2°E)多年的观测资料及相关台风资料的统计分析,着重研究了高频多普勒探测手段对由台风引起的扰动电离层响应的可探测性问题．通过对台风登陆前后的高频多普勒观测记录的细致分析及与宁静条件下记录的对比研究,表明高频多普勒观测手段可以很好地探测由台风激发的声重力波,尤其是对台风登陆前后所激发的扰动具有较高的可探测性．在所分析的24次台风事件中有明显扰动记录的高达22次(22/24)．结合观测事实与Huang等的统计结果(2/12)进行了比较,并进行了可能的原因分析．通过数值模拟的方法对观测到的主要扰动的非线性传播过程进行了模拟再现,结果基本上与观测结果及线性传播理论一致．确认了～般情况下高可探测性这一事实,但同时也表明可探测性和台风激发源与探测位置及中尺度TIDs在电离层中的传播模式有密切关系．

用数字测高仪漂移测量研究电离层声重波扰动

数字测高仪Digisonde中的漂移测量,常用来研究小尺度电离层扰动,如电离层小不均匀体的漂移。文中提出一种新的分析方法,利用漂移测量数据中多普勒频移和到达角参量的最大熵动态功率谱,估算声重波一类大尺度电离层扰动的水平传播速度和传播方向。作为实例,研究了Millstone Hill测高仪站的漂移观测资料,并对处理结果进行了初步分析。分析结果表明,从数字测高仪漂移测量数据中,可有效地提取声重波一类大尺度电离层扰动的传播参量,在电离层动力过程的研究中很有意义。

基于三维空间域的宏小区移动通信正向链路信道参数估计

针对均匀分布的三维(3D)散射簇移动通信环境,提出了3D空间域的统计信道模型;在指向性天线覆盖下的宏小区通信环境中,用该模型来估计多径衰落信道的重要空时信道参数,推导了多径衰落信道正向信道链路的到达角与到达时延的概率密度函数、由移动台(MS)移动产生的多普勒频移(DS),分析了空间信道参数及其定向天线主瓣宽度对信道模型的影响.假设MS端散射体分布为高斯分布和指数分布时,该模型更适于描述特殊的移动通信环境.数值仿真结果表明,该模型的信道参数估计符合理论及实际的通信环境,弥补了现有三维散射簇统计信道模型的局限性.

基于三维空间域模型的上行链路信道估计

为了研究信号在三维空间域信道模型中的统计特性,建立一种三维空间域统计信道模型,此模型适用于移动台(MS)周围散射体不存在情况下的通信环境。先假设发射信号基站(BS)周围的散射体分布服从均匀分布,然后给出了上行链路到达角度(AOA)和到达时间(TOA)概率分布的分析算法。同时,利用多普勒累积函数分布,推导出三维空间域下的多普勒频移(DS)概率分布。理论分析和仿真结果表明,与已有的二维和三维模型对比,本模型的上行链路信道参数估计更加适用于各种移动通信环境,对空间统计信道模型的研究和应用提供了有效的支持与拓展。

融合多普勒频移信息的阵列数据域直接定位方法

相比于传统两步定位方法,直接定位方法具有更高的定位精度,但现有的基于阵列模型的直接定位方法未能够有效利用多普勒频移信息,其定位精度有待进一步提升。针对上述问题,该文提出一种融合多普勒频移信息的阵列数据域直接定位方法。首先构建了融合多普勒信息的直接定位模型,然后基于最大似然准则将信号源位置估计转化为求解位置信息矩阵最大特征值问题,并结合矩阵转置性质降低复杂度,最后通过2维搜索得到目标信号源位置估计。仿真结果表明,所提方法较目前的阵列数据域直接定位方法和多普勒频移直接定位方法的定位精度具有较大提高。

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.

电离层高精度高频多普勒频移参量的时域探测方法

针对电离层数字测高仪垂直探测中频域探测方法的不足,利用电离层回波信号相位测量分析和运算处理算法,开发并实现了一种时域探测方法,用于实时获取高精度高频多普勒频移信息.实验观测表明:新发展的电离层时域探测方法可以实时获得高精度高频多普勒频移参量,能够满足电离层小尺度扰动观测研究需要.

与地磁急始相伴的电离层暂态振荡

分析了从１９８５年９月至１９９２年１２月共１１５次急始型磁暴期间武昌多普勒台阵观测到的电离层暂态振荡（ＳＩＯ）．这种与地磁ＳＣ相伴的ＳＩＯ可分成ＳＣＦ（＋，－），ＳＣＦ（－，＋），ＳＣＦ（＋）与ＳＣＦ（－）几种类型．分析发现，伴随地磁急始在Ｆ区总是存在突发电离层暂态振荡，除非电波被吸收、穿透、被Ｅ５屏蔽，以致Ｆ区无反射回波或在反射区电离密度的高度梯度特别大，使多普勒频率很小在多普勒图上显示不出来．通常ＳＣＦ（＋，－）发生在白天，而ＳＣＦ（－，＋）发生在晚上．ＳＩＯ与地磁急始有很好的对应关系．

中国地区高精度电离层行扰监测台网设计

系统地介绍了一个中国地区高精度电离层行扰监测台网,它由满洲里、长春、乌鲁木齐、拉萨、兰州、重庆、新乡、青岛、苏州、喀什、广州、海口和昆明13个观测站组成,成为全国性的电离层扰动特性监测网.该电离层行扰监测台网可用于实时连续监测电离层扰动及其传播,可监测太阳耀斑、磁暴、台风和电离层日变化等使高频无线电信号产生的多普勒频移,对研究电离层中能量传播和耗散等动力学过程有着重要意义.通过接收国家授时中心发射的5MHz、10MHz、15MHz标准授时信号,采用数字信号处理和滤波后,将三路零中频正交I、Q数据传输到计算机,由计算机进行傅里叶变换得到频域数据并实时显示这三路多普勒频移信息,另外还可以监听授时音频信号.观测结果反映了太阳耀斑、日出效应、Es等引起的电离层扰动响应及其对高频(high frequency,HF)传播的影响,可用于电离层扰动的长期监测.

基于改进的狭窄街道MIMO多散射信道模型分析

为建立更高效的移动端对端(mobile to mobile)通信系统,针对城市狭窄街道多入多出系统(MIMO,multiple input multiple output)移动传播环境,在经典椭圆模型(EBSBM,ellipse based single bounce model)基础上引入等效散射点概念,提出了改进的多跳散射信道模型。此模型将多跳散射路径通过几何变换等效为单点椭圆散射路径,研究了模型的空时频统计特性,推导出发射角(AOD,angle of departure)、到达角(AOA,angle of arrival)及多普勒频移(Doppler shift)等随机参数的概率密度函数(PDF,probability density function)的解析表达式,并进一步分析天线圆形阵列(uniform circular array)分布下的MIMO信道空间相关性及信道容量。仿真实验与以往模型及数据对比验证了所提出模型的有效性。

基于CSI的三维联合参数估计算法

针对商用Wi-Fi设备中由于天线数量和信道带宽有限而导致的到达角(AoA)和飞行时间(ToF)估计精度受限问题,以及现有基于最大似然估计的3维参数估计算法容易收敛于局部最优值,且依次对参数进行估计的方式使参数之间会互相影响的问题,该文提出一种基于Wi-Fi信道状态信息(CSI)的AoA,ToF和多普勒频偏(DFS)的3维联合参数估计算法,以提高参数估计精度和信号分辨能力。首先,通过分析CSI数据,构造包含AoA,ToF和DFS信息的3维矩阵,并对构造的3维矩阵进行降维处理。其次,设计了一种3维空间平滑算法,以消除相干信号对参数估计的影响。最后,利用空间谱估计算法,同时估计出AoA,ToF和DFS 3个参数。实测结果表明该文所提3维联合参数估计算法的参数估计精度和信号分辨能力高于现有的子空间交替期望最大化算法(SAGE)和2维参数估计算法。

电离层高频多普勒频移信息处理系统的开发

以Visual Basic为开发平台,借助于MATLAB数据处理工具,开发了一种简单、适用的电离层高频多普勒频移信息处理系统。它能够对来自于高性能数据采集卡的高频多普勒频移信息进行FFT分析、相关分析和功率谱分析;能再现历史记录;并能通过选择分析的时间段、频率偏移范围等参数,对特定的科学问题,在不同时间尺度下进行重点分析。