超宽带毫米波MIMO-OFDM系统的非线性频偏自干扰与信道联合估计方法

系统同步产生的载波频偏会导致超宽带毫米波多输入输出(MIMO)正交频分复用(OFDM)系统产生非线性频偏自干扰,影响后续信道估计性能。为此,提出了一种非线性频偏自干扰与信道联合估计方法,通过挖掘数据超维隐藏空间的方式,将复杂的多目标优化问题降维分解成多个可并行求解的子优化问题,并利用超宽带毫米波信道的稀疏特性,采用压缩感知算法实现载波频偏与信道的迭代估计。与现有的联合估计方法相比,仿真结果表明所提方法能够有效降低计算复杂度,提升了系统信道估计准确度,并降低了系统误码率。

基于非线性频偏的频控阵波束控制研究

与相控阵波束指向只具有角度相关性不同,频控阵波束图是时间、角度及距离的函数.这一特性在抑制距离相关性干扰等方面有着巨大的应用价值,但其方向图所固有的距离-角度耦合会带来新的频控阵波束控制问题.如何消除距离-角度耦合关系是实现波束精确控制及目标精确定位的前提.针对这一问题,提出一种基于可变加载约束的最速下降-线性约束最小方差(SD-LCMV)算法计算最优权矢量,同时将对数、三角函数、指数函数及倒数4种非线性频偏增量方式引入一维均匀线性频控阵(ULA-FDA)阵列,仿真验证应用4种不同非线性频偏的ULAFDA阵列发射方向图的解耦性能.之后,采用多信号分类(MUSIC)算法仿真得到不同频偏情况下的MUSIC谱函数,对比分析4种频偏增量方式下的目标距离-角度二维联合估计性能.此外,仿真分析了sin-FDA阵列的接收机结构方向图特性及基于sin-FDA收发共形阵列的3种接收信号处理机制,从而验证了非线性频偏频控阵(FDA)阵列结构的有效性.

点支式幕墙单层索网谐波地震响应的几何非线性研究

预应力平面单层索网是几何非线性较强的柔性张拉结构,由索中预拉力及几何非线性提供平面外刚度,在静力平衡位置预应力刚度较小,荷载作用下结构发生较大变形,因而产生了较大的几何刚度。针对几何非线性对此结构受力特性影响的重要性,对结构几何非线性作了定量分析,提出了几何非线性因子的概念;采用几何非线性时程分析方法,探讨了影响不同几何非线性的单层索网的谐波地震响应。分析结果表明,索网长宽比及索预应力对几何非线性影响较大;单层索网动力响应存在峰值共振偏移现象;并指出峰值共振频率不同于结构的线性自振频率和非线性自振频率。

基于无迹Kalman滤波的基波分量提取

针对全波Fourier和Kalman滤波算法在提取基波分量时对频率偏移敏感和直流偏移量抑制能力差的缺点,提出了一种新的基波分量提取算法。首先以故障信号的直流偏移量、基波角频率和基波分量作为状态变量,建立信号的非线性状态空间模型。然后采用无迹Kalman滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)在信号的非线性模型基础上估计出基波分量。此外,滤波算法还能够实时估计出信号的直流偏移量和基波频率。通过多个算例仿真对算法进行验证与测试,仿真结果证实了算法的可行性和有效性。仿真结果表明,算法对频率突变和直流偏移量突变具有良好的适应性,能快速准确地提取出基波分量。

子阵结构FDA阵列模糊函数建模与研究

基于模糊函数的优化是频率分集阵列FDA雷达波形设计的重要手段,针对现有文献中缺乏对子阵结构频率分集阵列模糊函数研究的问题展开分析。首先建立了窄带条件下发射简单脉冲的FDA阵列数据模型,对比了FDA阵列与相控阵的方向图特性;在此基础上,基于信号经匹配滤波器输出的时域卷积出发推导出FDA阵列在三种接收信号处理机制下的复型模糊函数;然后,对采用不同频控函数的交叉子阵FDA阵列的发射方向图特性、模糊函数特性分别展开分析,并用仿真验证了采用正弦频控函数的FDA阵列具有较好的干扰抑制性能的结论,从而为后续基于子阵FDA阵列的模糊函数设计雷达波形以实现干扰抑制的一系列研究奠定了重要基础。

基于强跟踪滤波器的单相电压基波相位实时提取

分布式发电系统并网时,需要实时检测电网电压的基波频率和瞬时相位。该文提出基于强跟踪滤波器的单相电压基波相位实时提取方法:首先添加电网电压基波频率和直流偏移作为状态变量,建立含有直流偏移和谐波分量的单相电网电压信号的非线性状态空间描述;其次,考虑到扩展卡尔曼滤波在系统达到平稳状态时无法快速跟踪系统参数突变,采用强跟踪滤波器递推估计各状态变量,并利用状态变量估计值实时计算单相电压信号的基波频率、幅值和相位。实验结果表明,所提相位实时提取方法能够在消除电网电压直流偏移影响的同时快速跟踪电网参数突变。

FDA对测向时差组合定位的欺骗研究

针对雷达电子战中,敌方无源探测雷达通过接收干扰机信号实现测向定位,威胁我方干扰机安全的问题,提出一种基于频率分集阵列(FDA)的测向时差组合定位欺骗技术。首先在建立FDA阵列模型的基础上,通过欧拉公式得到采用非线性频控函数的FDA阵列因子及相位方向图;之后推导了FDA阵列作用于干涉仪测得的信号到达角β;之后,以虚拟干扰机位置与真实位置的欧氏距离D为评价指标,分析欺骗效果。仿真结果表明,阵列载频位于L、S波段的欺骗效果优于X波段。在一定参数范围内,D值随着阵列阵元总数、阵列载频的增加而增大。远场条件下,采用正弦及对数频控函数的FDA阵列在消除方向图耦合的同时,其定位欺骗的D值取值在6~10 km之间。

FDA发射干扰机对无源雷达干涉仪测向系统的欺骗机理

针对雷达电子战中,敌方无源探测雷达通过接收干扰机信号实现测向定位,威胁我方干扰机安全的问题,提出一种基于频率分集阵列(Frequency Diverse Array,FDA)的测向交叉定位欺骗技术。首先在建立FDA阵列模型的基础上,通过欧拉公式得到采用非线性频控函数的FDA阵列因子及相位方向图;然后推导了FDA阵列作用于干涉仪测得的信号到达角β、虚拟发射机在X轴的坐标位置x;接着,以干涉仪测向欺骗为基础,分析了FDA干扰机对测向交叉定位系统的欺骗原理及定位精度。仿真结果表明:通过合理地对载频、阵元数目、频偏的选择可以较好地实现在远场条件下FDA阵列对干涉仪测向的欺骗效果;在合理选择其他参数的同时,测向精度越高、定位模糊区面积越小,且定位虚拟干扰机位置始终落在50%CEP半径之外。

脉冲压缩雷达信号的FDA特性研究

考虑到现有关于频率分集阵列(FDA)的文献中大多只基于窄带条件下的简单脉冲假设,较少有对其他脉冲压缩信号的分析。该文在建立FDA数据模型的基础上,推导了FDA收发共型线阵不同接收信号处理机制对应的负型模糊函数。之后,在全波段相干处理FDA雷达结构的基础上对矩形脉冲、线性调频(LFM)、相干脉冲串以及相位编码信号的模糊函数特性分别展开仿真分析。验证了上述几种典型的脉冲压缩雷达信号对该结构的适应性,为后续基于模糊函数优化的FDA雷达发射波形设计及电抗特性研究奠定了基础。

基于遗传算法的FDA方向图非时变解耦

针对频率分集阵列(Frequency Diverse Array,FDA)方向图中固有的距离-角度耦合给波束控制带来的问题,本文通过遗传算法解算FDA阵列的非线性-时变频偏。首先,通过采用非线性频控函数实现FDA方向图解耦。在此基础上,将现有文献中线性增量-时变频偏表达式推广为适用于倒数等非线性频控函数的形式。之后,针对无法得到固定时变频偏表达式的log-FDA及sin-FDA阵列,应用遗传算法通过凸优化求解,同时在约束条件中添加脉冲持续时间约束,从而得到主瓣增强旁瓣抑制的FDA非时变解耦方向图,在脉冲周期内形成固定的波束指向,有效改善因目标照射时间不足导致回波能量低的问题。最后,仿真验证了本文结论的正确性。

二次非线性圆板自由振动分岔解

计及材料的非线性弹性,建立圆板自由振动的非线性动力学方程。采用Galerkin法,将圆板的非线性动力学偏微分方程简化成四种标准类型的二次非线性微分方程。提出一类强非线性动力系统的初值变换法,将描述动力系统的二阶常微分方程,化为以角频率、振幅和偏心距为独立变量的不完备非线性代数方程组,考虑初始条件补充约束方程,构成频率、振幅和偏心距为变量的完备非线性代数方程组。利用Maple程序可以方便地求解。结果表明,初值变换法不仅适合于对称振动问题,而且适合于非对称振动问题。首次给出二次非线性自由振动的偏—频曲线。

频率分集阵列负型模糊函数特性仿真

现有研究主要是关于频率分集阵列(FDA)基于阵元发射窄带条件下单载频信号的假设而展开的,缺乏对线性调频(LFM)信号是否适用于FDA问题的研究。考虑到基于模糊函数的优化是雷达波形设计的重要手段,在建立FDA数据模型的基础上,建立线阵发射、单天线接收模型下的FDA负型模糊函数,系统分析其主要特性。在此基础上,仿真分析了基于矩形脉冲、线性调频信号以及采用不同非线性频控函数的FDA负型模糊函数特性,对比了采用不同非线性频控函数的FDA的目标距离-角度二维联合估计性能。仿真结果在验证FDA模糊函数建立正确性的同时,得出采用正弦频控函数的FDA性能最优的结论。从而为基于模糊函数的复杂信号FDA波形设计以及基于FDA方向图解耦技术的发射波形设计奠定了重要基础。

一种MSK-Type信号的频率同步改进算法

MSK-Type信号的频率同步技术可以采用基于最大似然理论的估计方法.但该算法结构复杂,计算量十分庞大,不利用工程上的实现,所以对MSK-Type的频率同步大多采用非线性同步的方式.其算法主要有延迟相乘和2P-Power算法,但这种选用前馈结构的无数据辅助算法只适用于全响应的连续相位调制信号,且由于在非线性相乘过程中引入大量自噪声,从而导致同步性能下降.为解决MSK-Type调制信号频率同步算法精度低、适用范围小及不利于工程上实现等问题,本文在延迟相乘频率同步算法的基础上,提出一种改进算法.该算法通过对部分响应和全响应MSK-Type信号采用不同幂次非线性处理,消除了延迟相乘算法中的自噪声影响,与原算法相比,频偏估计精度可提高5d B左右.另外,所提算法不仅将应用范围扩展到了部分响应MSK-Type信号,扩大了同步算法的适用范围,而且还具有便于工程实现的特点.

基于MVDR波束形成的FDA平台外干扰抑制

针对频控阵(frequency diverse array,FDA)在对与目标位置相近的平台外干扰进行抑制时,传统FDA与非线性频偏结合不能实现距离-角度去耦合、对数递增FDA主瓣展宽较大和汉明窗加权FDA距离维旁瓣过高的问题,在充分研究汉明窗加权的线性FDA(Hamming linear FDA,HL-FDA)方案的基础上,对4种频偏方案的性能进行了分析,提出采用FDA多输入多输出结构代替传统的一维均匀线性FDA结构,通过结合最小方差无失真响应(minimum variance distortion free respinse,MVDR)准则,将HL-FDA应用到MVDR自适应波束形成层面,对平台外干扰进行抑制。仿真验证了HL-FDA在结合MVDR自适应波束形成算法后能有效地对抗距离-角度二维平台外干扰。

非线性频偏FDA对测向系统的欺骗研究

与相控阵仅具有角度相关性的波束指向不同,频率分集阵列FDA通过在阵元间引入频偏的方式实现了具有更高自由度的电扫描波束。雷达方向侦查中,基于相位法测向的干涉仪通过比相器可以得出辐射信号到达接收机的相位、确定PA辐射信号到达角,威胁雷达安全。针对这一问题,基于FDA波束的“弯曲”特性研究了对敌方雷达方向侦查过程实现测向欺骗的可能。在通过非线性频控函数设计实现FDA波束图距离-角度解耦的基础上,仿真验证了远场条件下log-FDA、sin-FDA可对干涉仪测向产生欺骗,证明FDA对干涉仪测向的影响随着频偏增量Δf和阵元间距d增大而增强,且log-FDA始终比sin-FDA的性能更好。

基于双程方向图的FDA干扰性能分析

针对文献中基于FDA双程图的干扰抑制研究较少的现状,在文献中采用MVDR波束形成器计算最优权矢量方法的基础上展开了进一步的分析。现有文献中关于FDA阵列的研究主要包括基于子阵结构划分的分析;基于非线性频偏增量的分析;基于FDA-MIMO结构的分析以及基于波束形成算法的分析。从4个方面对基于FDA阵列双程图的干扰抑制特性展开分析。仿真验证了在有效修正失配导向矢量的同时,在干扰与目标位置接近的情况下,能够实现对目标位置处增益的保持和干扰位置处的有效置零。

QAM载波频偏估计的非线性变换分析

针对一类无数据辅助的非线性最小均方(NLS)载波频偏估计算法进行研究,讨论了其针对QAM信号的应用。通过最小化其估计方差,讨论了其基于信噪比信息的最佳非线性变换,随后给出不同信噪比下的近似算法,同时提出一种中高信噪比下的简化算法,仿真结果表明算法性能比传统的四次方算法有明显的改进。

压电陶瓷非线性对大功率换能器结构参数匹配影响的计算分析

在Guyomar非线性模型基础上,通过机电等效法将晶堆前向负载作为等效质量和阻尼加入振动方程的质量项和阻尼项,推导了换能器振速、辐射声压级和谐振频率偏移率等表达式,计算分析了压电陶瓷非线性参数和结构参数对换能器声辐射性能的影响,研究了压电陶瓷的非线性对换能器结构参数匹配的影响。结果表明,换能器节面靠前,前盖板厚度越小,前盖板大径越小,都可以减少压电陶瓷非线性引起的换能器频率偏移。当设计频率确定时,压电陶瓷处于非线性工作域的换能器的结构参数有所减小。换能器加入辐射端匹配后,可以改善压电晶堆前向负载匹配,降低换能器的谐振频率偏移率。换能器激励电流也会出现频率偏移现象。在提高换能器激励电压时,换能器的结构参数应适当减小。得到的结论可为换能器设计提供理论依据和帮助。

光纤光梳温度反馈控制方法研究

为了解决光学频率梳长时锁定困难的问题,对光学频率梳重复频率(f_(r))与载波相位偏移频率(f_(0))的控制方法进行了改进。采用上、下两块半导体制冷片(TEC)对振荡器局部环境进行温度控制,并微调TEC温度将f_(r)与f_(0)漂移量分别稳定在10 Hz和600 Hz以内。利用锁相电路反馈控制有效腔长和泵浦光功率对f_(r)与f_(0)进行了精密锁定。光学频率梳在170 h时间内连续锁定,f_(r)与f_(0)抖动标准偏差分别为0.83 MHz和280 MHz。结果表明,该方法可以实现光学频率梳的长时锁定,增强其环境适应能力。

基于FDA雷达的近场波束形成及改进

针对频率分集阵列(FDA)雷达近场波束成形问题进行研究,通过分析频率分集阵列雷达近场方向图及距离损耗补偿因子,建立单基地收发阵列模型,推导距离损耗的补偿权值,提出了2种非线性频偏以改进能量聚焦的性能。此外为了使波束方向图形成的效果更好,提出了2种非线性的频偏,使之更接近于一个点状波束图,以提高能量聚焦精度。仿真结果表明,所提方法能提高距离聚焦分辨率,使聚焦能量达到更好的分辨率,并减少能量浪费。