高动态短猝发扩频自适应信号快捕系统设计

在高动态环境下,短猝发信号传输过程中往往会产生普勒频偏,增加扩频信号的捕获时间,甚至降低信号捕获信噪比,为实现对扩频自适应信号的快速、有效捕获,设计高动态短猝发扩频自适应信号快捕系统;系统硬件采用模块化设计方式,改装信号接收模块和滤波模块,从信号缓存和锁相环两个方面调整系统电路;在硬件系统支持下,通过扩频过程的模拟确定高动态短猝发扩频信号特征,通过特征匹配实现对高动态环境中短猝发扩频信号的自适应搜索;计算捕获长度、频率、门限等参数,实现系统的短猝发扩频自适应信号快速捕获功能;实验结果表明,在无噪声条件下,优化设计系统输出扩频信号信噪比的平均值为141.6,捕获时间平均为8 s,捕获面积平均为90 km^(2);在有噪声条件下,系统输出扩频信号信噪比的平均值为121.8,捕获时间为10 s,捕获面积为130 km^(2)。

面向无人机数据采集的短突发CPM盲Turbo均衡

在无人机辅助的战场侦察传感器数据采集中,短突发连续相位调制(continuous phase modulation,CPM)具有重大的实用价值,但也面临着盲均衡复杂度高、性能差等问题。基于期望最大化(expectation-maximization,EM)-维特比类盲均衡算法,针对短突发CPM提出了一种盲Turbo均衡算法。采用盲信道捕获方法设计了一组初值方案,同时在EM算法中嵌入Lazy维特比算法,提高了信道估计收敛性并降低了复杂度;接着在编码CPM中匹配卷积码和交织器,优化系统参数,并利用Turbo均衡进一步改善误码率;针对短帧迭代过程中交织深度不够导致的正反馈问题,通过改进外信息交换方式提升Turbo迭代的收敛性。理论分析和仿真结果表明,相比传统方法,所提算法在显著降低计算复杂度的同时能够兼顾误码率性能。

一种宽范围高精度的前向载波频偏估计算法

前向载波频偏估计算法的捕获范围和估计精度是一对矛盾。针对这一问题,提出一种低计算复杂度的宽范围高精度前向载波频偏估计算法。算法的基本思想是:首先,利用相邻码元判决点处的相位差粗略估计载波频偏,以便获得宽的捕获范围;然后,利用高时延自相关函数精细估计载波频偏,以便获得高的估计精度。详细描述了算法的数学表达,并对其性能进行了分析。最后的仿真数据证明,该算法对于载波频偏的宽范围高精度估计,确实具有较高的实用价值。

一种基于FFT低复杂度的信道盲辨识算法

提出了一种适用于短突发信号的低复杂度基于FFT的信道盲辨识算法。算法基于最小C-R(Minimum cross-relation,MCR)算法只需最小冗余度信息可求解出信道向量的特性,通过将其建立的线性方程经过FFT变换后再求解信道向量,并结合算法中矩阵Fy的秩信息提出了一种快速阶数估计算法。仿真表明,该算法克服了传统辨识算法对于短突发观测数据下性能不佳的缺点,降低了原有基于FFT的信道盲辨识算法的复杂度,同时提升其对阶数的鲁棒性。

提取精密控制震源信号的自适应加权匹配滤波方法

为克服短时突发噪声对提取精密控制震源信号的影响,本文研究并提出了加权匹配滤波方法。通过评估记录中的噪声时间分布取得相对应的信号段的权重,对噪声水平高的时段分配较小的权重,噪声水平较低的时段分配较大的权重,进行加权匹配滤波,达到降低短时突发噪声的影响、有效提高输出信号信噪比的目的。

复杂信号环境下非合作突发通信信号的实时检测

现有未知突发信号检测算法是基于噪声加单一突发信号的简单假设的,在实际复杂信号环境会产生大量虚警而失效。针对实际非合作突发通信信号的检测环境除噪声外还包含多个连续信号和一些短突发干扰信号,建立了复杂信号环境模型,提出了适用于此环境的基于短时傅里叶变换(short time Fourier transform,STFT)的时序检测器。该检测器利用突发通信信号时间上短持续的特点剔除连续信号和短突发干扰造成的虚警。对该检测器的检测性能进行了分析和仿真,结果表明在复杂信号环境中当常规检测器由于虚警概率很高失效时,该检测器可以同时获得较低的虚警概率和较高的检测概率,因而适用于复杂信号环境中非合作突发信号检测。该检测器运算量小,易于实时实现。

经典谱估计在短突发信号频谱细化中的特性分析

为了比较经典谱估计中的栅栏效应和截断效应对谱估计的影响,利用补零FFT、移位DFT、线性调频Z变换(CZT)和Zoom-FFT等经典谱估计算法,利用Matlab进行了性能仿真,最后得出了它们在短突发信号频谱细化分析中存在的极限问题。尤其是对含有多频率分量的突发信号,当相邻频率间隔小且信号长度短时,即使采用很大的细分倍数也无法区分两个相邻的频率。为减少截断效应带来的能量泄漏和谱间干扰,对有限长数据需要利用现代谱估计算法进行频谱细化分析。实验结果验证了理论推导的正确性。

一种基于并行导频的短突发传输方法

低信噪比下无线传输的同步较困难,需要用于做同步估计的数据量较大;而短突发传输的信号持续时间较短,数据量较少。针对极低信噪比条件下的短突发传输,提出了采用并行导频的方法。其导频不占用任何时间开销,大大缩短了突发传输时间。分别针对加性高斯白噪声信道和多径衰落信道,给出了导频的作用和对应的导频图样,通过仿真验证了所提导频方案的可行性和性能。

基于峰值比的叠加单滑窗信号检测算法

针对有多种固定突发长度的短突发信号的信号检测问题,提出了基于峰值比的叠加单滑窗信号检测算法,即进行多次不同滑动窗长的单滑窗信号检测,再将这些单滑窗信号检测结果序列进行叠加处理,从而得到最终的检测结果序列,最后从该序列中提取峰值得到突发信号起始位置,并计算单滑窗检测结果序列的峰值比以判断突发长度。该算法很好地解决了有多种固定突发长度的短突发信号的检测问题,并且避免了常规检测算法存在的多检或少检符号的问题。

Galileo短时突发搜救信号载波跟踪的锁相环设计

Galileo搜救信号转发器搭载于Galileo导航卫星,能实现对全球遇险用户信号的转发,这种搜救信号具有突发、短时的特点,一般的F/PLL跟踪环无法对其进行有效的载波跟踪并完成解调。文中提出一种利用载波辅助的锁相跟踪方法,通过理论分析和MATLAB仿真可知,此锁相环能在约50m s内达到同步,可以有效地完成Galileo搜救信号的解调。

一种低信噪比突发信号载波跟踪技术研究

为了改善低信噪比卫星下行短突发扩频信号载波跟踪时,解调性能随着信号动态增大而明显恶化的现象,提出了一种多普勒动态补偿辅助的载波跟踪算法,首先通过短时傅里叶变换(STFT)结合最小二乘拟合(LSM)算法估计信号频率及变化率,再利用估计值对原始信号进行多普勒动态补偿,最后使用三阶锁相环完成载波精确跟踪,对算法进行优化设计并进行仿真,以提高数据利用率。仿真结果表明,在接收-170 dBW灵敏度电平条件下,优化后的算法在对捕获后频偏小于200 Hz,频率变化率小于2 kHz/s的信号进行跟踪时,跟踪成功率达到99%,解调损失小于0.2 dB。新算法复杂度适中,利于工程实现,为现有接收机载波跟踪模块对低信噪比突发扩频信号进行改进提供了参考。

一种面向短时突发信号的高精度同步方案设计

针对短时突发通信存在捕获时间长、算法复杂度高、资源开销大等问题,文中设计了一种高精度同步方案。该方案自定义收发双方帧结构,采用独特码差分匹配算法实现信号检测和帧同步,并采用基于导频累积量的前向估计算法实现频偏估计和校正。为兼顾频偏估计精度和算法复杂度,对独特码采用滑动相关算法实现初始相位捕获,使系统结构紧凑,更加适合FPGA硬件实现。理论分析和软件仿真表明,该方案在低信噪比和高动态范围条件下具有较好的接收性能,频率估计精度能够达到符号速率的万分之一。文中同时进行了硬件协同仿真与验证,并给出了相应的仿真波形。

高动态短时突发扩频信号的快速捕获

针对低信噪比和大多普勒频移环境下,短帧突发直接序列扩频通信系统要求在短时间内以很低虚警和漏警概率捕获信号这一难题,设计了仅使用独特码的短时突发扩频信号帧结构,在接收端将扩频码与独特码作为一个复合扩频码看待,提出了基于FFT的高动态突发信号捕获方法,可同时快速完成突发信号检测、扩频码捕获、频偏估计、帧同步检测和位定时捕获等任务。仿真结果表明:该算法能有效消除多普勒频移对短时突发扩频信号捕获性能的影响。

一种适用于短时突发π/4-DQPSK信号的盲均衡算法

针对短时突发信号符号数太少,直接均衡无法收敛以及MCMA盲均衡算法无法纠正π/4-DQPSK信号相位旋转的问题,在基于π/4-DQPSK信号的MMMA盲均衡算法的公式的推导上,提出了一种基于"数据重用"的MMMA盲均衡算法。计算机仿真表明,只需较少的π/4-DQPSK符号,在不明显增加计算复杂度的情况下,基于"数据重用"的MMMA算法相对于CMA、MCMA算法不仅纠正了相位旋转的问题,且收敛速度更快、收敛误差更小、星座图更加聚拢,有一定的工程实用价值。

低信噪比短前导突发通信的频偏估计

为了解决低信噪比、短前导码突发通信系统的解调性能随着载波频偏增大而恶化的问题,设计了一种混合频偏估计方案,将频偏估计分解为粗估计和细估计两个过程,对每个过程采用不同的估计算法,从理论推导、数值仿真、实验验证三个方面入手,有效解决了多进制数字相位调制(MPSK)下突发通信的大频偏解调问题。结果表明,在四相移键控(QPSK)调制通信系统中,所提方案能够以小于0.5 d B的解调损失估计出±3%符号率内的载波频偏。

基于极大似然准则的短猝发信号盲解调

针对非协作通信中短猝发信号准确接收的需求,在对短猝发信号进行建模的基础上,提出了一种基于极大似然准则的短猝发信号盲解调算法。根据极大似然准则,对前期信号参数估计得到的可能码元个数集合进行搜索处理,获取不同码元个数对应的第一个码元起始点位置,计算相应的重构信号与接收信号的似然度,据此实现短猝发信号码元个数的准确估计并恢复符号序列。应用二进制方波信号对盲解调算法进行仿真,仿真结果表明,当短猝发信号码元个数>8个,信噪比>10 d B时,码元个数估计正确率能够达到95%以上,解调效果良好。

短波衰落信道下短时突发信号的检测技术研究

针对短波衰落信道下的短时突发信号检测问题,论文先给出了衰落信道下的信号模型,然后研究了基于时域的自相关检测算法和基于变换域的谱熵法,并分析了信噪比和容错机制对两种算法检测性能的影响。通过对比分析其优缺点,最终给出了合理的使用策略。

基于滑动FFT的短波3G-ALE信号检测及参数估计方法

新一代短波3G_ALE(Third Generation Automatic Link Establishment)通信技术,具有低信噪比下链路建立快、业务流量高、信道利用率高等特点,得到广泛应用。研究复杂环境下3G-ALE信号的快速检测、类型识别技术,对短波信号的检测和截获具有十分重要的意义。文章从信号检测的角度出发,针对3G-ALE信号的协议特征,研究使用基于滑动FFT的快速相关检测、高精度频率估计算法,针对3G-ALE不同类型波形进行快速检测、识别以及栽频估计,并结合实际情况在信号处理平台上完成了相关算法的实现,实际信号接收实验表明算法性能良好,实用性较强。

短波突发FSK信号解调技术研究

针对短波突发FSK信号解调中存在突发检测和同步判决的问题,提出了一种基于谱熵检测和短时傅里叶变换(Discrete short time Fourier transform,DSTFT)判决的突发信号解调方法。根据信号和噪声在频段内功率谱熵分布的不同,利用谱熵可有效区分信号段和噪声段,为信号解调提供连续有用信息。在FSK解调中提出了具有抗噪声性能的载频附近功率累积量的码元判决方法,同时采用具有抗频偏的载频附近峰值比的码元同步方法。仿真结果表明:基于谱熵的检测方法可有效满足突发信号检测,本文解调方法在低信噪比下具有更低的解调误码率,结合谱熵检测可有效满足突发信号的精确识别和解调。

正反向数据重用短突发信号CMA盲均衡

提出一种适用于短突发信号的CMA盲均衡算法。算法基于正反向数据重用思想,使得CMA盲均衡算法在计算复杂度基本不变的情况下,只需利用几百个甚至几十个符号就可达到收敛,极大提高了收敛速率。文中详细描述了算法的数学表达,并对其性能进行了分析。仿真数据表明,该算法对于短突发信号的盲均衡确实具有较高的实用价值。