面向物联网的NB-IoT信号优化方法研究

随着物联网技术的飞速发展,窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)作为一种低功耗、广覆盖、大连接的无线通信技术,逐渐成为连接物理世界与数字世界的桥梁。然而,在实际应用中,NB-IoT信号面临着诸如信号衰减、干扰、覆盖不均等挑战。这些挑战不仅影响用户体验,还限制了物联网应用的进一步发展。因此,研究面向物联网的NB-IoT信号优化方法具有重要意义。文章深入研究面向物联网的NB-IoT信号优化方法,提出多种有效的优化策略和技术手段。

基于磁编码器和窄带解调的太阳轮故障检测

绝对式磁编码器具有价格低、安装方便等优势,适合于工程应用,但在低转速工况下其角度信号受测量误差的影响较大,需要对角度信号进行拟合以消除测量误差带来的干扰。传统的分段拟合方法在分段点处易出现不连续现象,角度信号的不连续导致由其计算的瞬时角速度(instantaneous angular speed,简称IAS)信号中出现虚假冲击,并对基于IAS信号的故障特征提取造成干扰。针对此问题,提出一种基于绝对式磁编码器IAS估计和窄带解调的太阳轮故障检测方法。首先,为保证IAS信号的连续性与平滑性,提出基于最小二乘拟合与5次Hermite插值的方法,实现了对IAS信号的拟合估计和平滑处理;其次,结合窄带解调技术实现了对行星齿轮减速器太阳轮故障特征的有效提取;最后,通过对正常与故障太阳轮的绝对式磁编码器信号分析对比,验证了所提方法的有效性。

基于磁控管的S波段大功率窄带随机信号源研究

磁控管具有功率大,效率高,体积小,成本低等特点,且输出频谱也与其阳极电压和阴极电流密切相关,据此特性研制了基于磁控管的S波段大功率窄带随机信号源。通过实验探究不同阴极电流和阳极电压下磁控管的输出频谱,并利用微控芯片控制磁控管的阴极电流和阳极电压产生随机变化,实现了大功率窄带随机信号的产生。结果表明,窄带随机信号的中心频率为2.46 GHz,平均输出功率达到1.4 kW,直流到微波的转换效率超过70%。本文研制的大功率窄带随机信号源在通信干扰与抗干扰等领域有潜在的应用价值。

窄带信号采样频率选取的改进方法

本文解决了窄带信号最高频率与带宽之比不为整数时采样频率的选取问题，并提出了由带通滤波器形成的窄带信号采样频率的选取方法．

星间链路新型信号体制设计

从信息理论基础和通信技术源头开展创新,将高频谱效率的扩展二进制相移键控调制波形、极大提升解调前信噪比的数字冲击滤波器、自适应锁相解调方法和进一步提升解调性能的波形参数匹配技术有机融为一种全新而独特的高效通用调制解调体制,并结合导航星座星间链路的要求进行仿真。结果表明其特定信噪比下单位带宽可传输的信息速率bit/s/Hz/SNR(Signal Noise Ratio)综合指标显著超过现有对比技术,且码率、带宽和信噪比可与空间环境自适应。

主动Lamb波损伤成像监测中的波包重建方法

主动Lamb波损伤成像监测技术是结构健康监测研究的热点之一。受到Lamb波频散及多模特性的限制,窄带信号成为主动Lamb波健康监测技术中最常用的激励信号。而窄带激励下的结构响应信号容易发生波包混叠现象,影响监测信号质量;且较宽的波包脉宽降低了损伤成像的分辨率。针对这些问题,在分析Lamb波传播基本原理基础上,研究提出波包重建方法,首先提取响应信号的传递函数,再采用窄脉宽波包重建响应信号,以提高监测信号质量以及损伤成像的分辨率和精度。在环氧玻璃纤维板上的实验结果表明,该方法可有效消除监测信号中的波包混叠现象,提高主动Lamb波损伤成像的准确性。

荧光法成像系统信噪比的实验研究

在药物荧光成像系统中较好的荧光像的信噪比和分辨本领,可最大限度地克服肿瘤诊断中出现的假阳性,降低误诊率。理论分析并近似计算了用蓝光作为诊断早期鼻咽癌的激发光源时,信号和背景光的亮度分别为4.5×10-2lm.m-2.sr-1和877 lm.m-2.sr-1。结果表明,为了能从背景中分辨出信号,窄带栅滤光片的荧光透过率应尽可能大,而背景光要截止到原来的4.3×10-5的量级。根据有色玻璃的吸收特性,实验时适当增加光在玻璃中的行程和带宽,使信号和背景光的透过率之比增大,从而得到较好的荧光像的信噪比和分辨本领,提高了图像目视探测的灵敏度。

阵列信号源中的窄带噪声实时生成与时延控制技术研究

针对鱼雷声自导测试信号源中的目标辐射信号模拟问题,集中探讨窄带噪声的生成及其通道间时延控制算法;首先研究窄带噪声实时生成算法,基于线性同余法生成均匀噪声,以其作为查询噪声池的地址,产生宽带噪声,并通过带通滤波得到窄带噪声;为保证模拟目标的方位角精度,精确控制各个通道的时延量,提出适用于宽带信号的延时滤波算法,基于多采样率信号处理技术,通过对噪声信号进行插值、延迟、选抽、滤波等操作,提高时延控制精度;结合算法原理分析,得到延时滤波的简化算法;数字仿真表明,提出算法适用于窄带信号实时生成,时延控制精度高。

ACROA优化的自适应最稀疏窄带分解方法

提出了基于人工化学反应优化算法(artificial chemical reaction optimization algorithm,ACROA)的自适应最稀疏窄带分解(adaptive sparsest narrow-band decomposition,ASNBD)方法,将信号分解转化为对滤波器参数的优化问题,使用ACROA进行优化,以得到信号的最稀疏解为优化目标,在优化过程中将信号自适应地分解成若干个具有物理意义的局部窄带信号。对数值仿真和齿轮故障数据进行分析,结果表明该方法在抑制模态混淆、抗噪声性能、提高分量的正交性和准确性等方面要优于ASTFA方法、基于遗传算法(genetic algorithm,GA)的ASNBD方法及总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)方法,并能有效识别出齿轮的典型故障。

一种联合式射频窄带信号时差估计方法

针对无源时差定位技术中的射频窄带信号时差估计,提出了一种基于离散小波变换、广义互相关、聚类分析的联合式射频窄带信号时差估计方法。本方法首先是以监测数据离散小波变换的低频系数为输入,基于广义互相关时延估计方法,提取射频窄带信号时差的估计初值;再以对多时段的时差估计初值为输入,通过聚类分析,得到空间射频窄带信号的时差估计终值。仿真表明:本文提出的方法具有良好的估计性能,射频窄带信号时差提取精度显著提高。

Turbo-CPM系统在窄带低信噪比条件下的性能研究

为克服窄带低信噪比系统传统接收机中解调器与译码器之间缺少信息共享的弊端,将迭代检测原理应用到连续相位调制(Turbo-CPM)系统中,提出了一种基于软输入软输出(SISO)算法的迭代检测方法,探讨了Turbo分量码结构、交织深度、迭代次数和连续相位调制(CPM)指数等主要参数对系统性能的影响,为实际应用中系统参数的选择提供了参考依据。加性高斯白噪声(AWGN)信道下的仿真结果表明:在窄带低信噪比特定条件下,基于Turbo码的八进制部分响应CPM(8M2RC)系统能够有效地改善系统的收敛性,降低地板效应出现的概率,提高系统的误比特率性能,同时兼顾了信息传输的有效性,提高了频带利用率。

罗兰-C信号的抗干扰快速检测方法

针对罗兰-C导航定时接收机传统信号检测时间长、抗干扰性能差的缺点,提出了一种罗兰-C信号抗干扰快速检测方法。该方法首先将经过AD采样的罗兰-C信号与本地产生的载波信号进行混频得到同向/正交两个支路信号,通过低通滤波器滤除高频成分后进行平方相加消除本地载波与罗兰-C信号载波之间的相位差,然后将得到的罗兰-C信号包络进行延迟相乘累积得到相关累积峰,基于相关峰的分析判决即可实现罗兰-C信号的检测。理论分析与实验结果表明:该方法的信号检测时间少于200ms,比传统方法提高了数千倍;抗窄带干扰性能优于-20dB,比传统方法提高了10dB,解决了强窄带干扰环境下罗兰-C信号的快速检测问题。

基于FPGA的单相电力线阻抗测量仪的设计

介绍了单相电力线阻抗的测量方法,并以FPGA为基础设计了新型的数字化单相电力线阻抗测量仪。在系统设计中,采用DDS技术产生高精度的正弦激励信号,利用SOPC技术在FPGA片内集成了32位NIOSⅡCPU和所需的外设资源,降低了设计难度,提高了系统的集成度;通过可编程开关电容滤波器进行窄带滤波,有效地滤除了工频谐波干扰。该测量仪在实验测量中获得了较高的测量精度,能满足实际工程的应用要求。

局部放电超高频窄带信号监测技术

根据局部放电超高频窄带信号的特征,分别介绍了利用Nyquist采样技术、混频技术和窄带抽样技术实现局部放电超高频窄带信号监测的三种方法。且以低通采样和带通采样理论分析并对比了这三种方法的工作原理。在实验室利用数字仿真技术代替部分硬件实现了三种方法能够同时获取同一超高频信号经过不同带通滤波器后的窄带信号。仿真实验结果分析表明:混频技术可降低超高频窄带信号采样频率并保留其峰值和相位特征;而窄带抽样技术则能够恢复信号的超高频窄带分量,且保存了局部放电信号在此窄频带内较完整的信息。这为研制具有不同功能的局部放电超高频信号在线监测与诊断系统提供了试验依据。

精密相位激光测距仪的设计

本文在论述了精密相位激光测距的理论依据的基础上，着重对系统设计中的误差进行了较为深入的分析与讨论，并据此提出了小型相位式激光测距仪的设计方案及相位鉴别与统计处理的方法，最后进一步给出了提高系统精度的修正措施。

基于改进平滑l_0范数的均匀圆阵DOA估计方法

针对传统窄带信号的DOA估计方法中存在分辨率低、不适用于低快拍以及阵元数较少的应用场合等问题,在分析了均匀圆阵模型以及目标空域稀疏特性后,结合改进平滑l0范数重构算法,提出了基于改进平滑l0范数的均匀圆阵DOA方法。该方法在利用稀疏矩阵处理阵列流形的基础上,通过选取组合函数作为近似估计l0范数的函数进行信号重构,提高收敛速度,并将其扩展到均匀圆阵DOA估计方法中,避免了特征分解和谱峰搜索过程,在保证估计分辨率的前提下,有效降低了计算量,减小天线的阵元数目。通过实验仿真,从而验证了该方法的可行性与有效性。

基于对数域同态滤波的时延估计算法研究

针对水声信道中窄带信号的多途时延估计问题,本文在对复倒谱时延估计方法进行研究的基础上,提出了一种基于对数域同态滤波的时延估计算法.结合复倒谱与同态滤波思想,将接收的窄带信号首先变换到对数域,然后与本地存储的信号进行谱减法,再对相减后的信号进行滤波以消除残余的信号与噪声成分,最后将其恢复到时域以获取多途时延估计.与传统的匹配滤波/相关处理以及复倒谱分析方法相比,本文算法具有时延估计精度高、噪声抑制能力较强等特点.仿真与湖试数据处理结果证明了该方法的有效性.

扩频通信中组合自适应抗干扰技术

研究了自适应滤波技术在扩频通信中的窄带干扰抑制作用，针对当前自适应滤波器在实际中存在数值稳健性问题作了深入详细的分析，提出了一种新的组合滤波器模型的解决方法，具体以中心抽头的自适应横式滤波器为基本滤波器结构，在此基础上构造出新的组合滤波器结构，并在理论与实践上对两者作了分析对比。

面向窄带通信信号的相位谱时差估计方法研究

对窄带通信信号采用相位谱法进行时差估计,由于信号能量谱非平坦,会出现相位解绕效果较差的现象,对此本文提出一种改进的加权最小二乘拟合方法,以更加合理地利用解绕后的相位数据,从而提高相位谱法时差估计精度。同时结合改进的最大似然相位谱法,本文还设计一种简单实用的面向窄带通信信号时差估计的频域数据压缩方法,以求在时差估计精度和数据传输量之间获取较好平衡。经仿真验证,改进的相位谱时差估计方法较大程度地提高了窄带通信信号的时差估计精度,同时,基于改进相位谱法的数据压缩可以实现用时差估计精度的适度降低换取数据传输量的大幅度减少,具有在资源有限的传感网等场合的良好应用前景。

窄带干扰下基于循环谱的BPSK直扩信号盲检测

针对窄带干扰中BPSK直扩信号检测,提出了一种基于循环谱的新的检测方法,给出了具体检测流程,分析了检测性能。该方法充分利用了窄带干扰和直扩信号的循环平稳特性,通过峰值搜索检测信号。在不需要知道信号伪码序列和频率参数等先验信息的情况下,该检测方法在窄带强干扰中能有效地实现直扩信号盲检测。仿真实验证明了所提出检测方法的有效性。