基于EMD的单天线ADS-B交织信号自检测与分离算法

近年来,广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast, ADS-B）凭借其优良的监视性能受到了广泛的关注,国际民航组织将其作为主推的新一代空管监视技术。本文针对于ADS-B信号存在的交织问题,提出了一种单天线解交织的方法:通过经验模态分解将单天线接收到的ADS-B交织信号进行自适应分解,结合信号特点估计出信源个数。在此基础上,针对于分解中出现的模态混叠现象采用相空间重构法进行消除,计算重构中分解出的分量与交织信号的相似系数从而组成新的多维信号,最后采用独立分量分析对构成的多维信号进行解交织。本文将经验模态分解应用于单通道ADS-B信号解交织中,实现了交织信号信源个数的自检测,且该方法对交织信号相对时延不敏感。仿真和实采数据结果均表明,该算法可以有效地解决ADS-B交织信号信源个数估计和分离问题。      

基于改进单天线投影算法的广播式自动相关监视信号分离

广播式自动相关监视(ADS-B)作为一种新的监视技术正受到国际民用航空组织(ICAO)的大力推广。然而,由于ADS-B信号传输具有随机性,多条信号交织问题不可避免。该文提出一种改进的单天线投影算法(PASA)。利用单通道分离交织信号,首先对单通道接收到的数据提出一种新的矩阵重构方式,从而降低两条信号之间的相对时延和频偏要求;然后利用投影算法分离交织信号。仿真实验结果验证了该算法的有效性。     

用于ADS-B解交织的高增益稳健PA算法

广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)是基于全球卫星定位系统的航空器运行监视技术,由于ADS-B信号随机接入的广播方式和不断增加的空域流量,不可避免会带来信号交织问题,造成解码信息错误或丢失。本文基于正交投影（Project Algorithm,PA）,利用天线阵带来的信号处理增益,提出了一种高增益稳健的解交织算法:首先利用PA估计源信号的导向矢量,然后结合Capon波束形成算法,提高解交织信号的输出信噪比,考虑导向矢量的估计误差,本文将稳健波束形成（Robust Capon Beamforming,RCB）算法应用于此,从而进一步提高解交织算法的稳健性。仿真和实采数据结果均验证了本文所提算法能够较稳健地提高解交织信号的输出信噪比。      

一种基于APES算法的弱ADS-B信号参数估计方法

星基广播式自动相关监视(ADS-B)是能够用于广域范围内飞行目标监视的新一代监视技术,是ADS-B系统的重要发展方向。相对于一般的陆基ADS-B系统,星基ADS-B系统信号需要更长距离链路传输,因此系统接收端接收到的信号较弱,会对信号处理和解码造成严重的影响。针对星基ADS-B信号的特点,介绍了一种基于幅度和相位估计(APES)算法的弱ADS-B信号参数估计方法：首先对信号进行非相干解调并译码,找到信号的高置信度码位,之后利用高置信度码位处的信号集合对信号使用改进后的APES算法进行频率和相位估计,估计值可用于对信号重新相干解调从而提高信噪比和正确译码概率。为了提高算法效率,该方法先利用快速傅里叶变换(FFT)对信号频率进行粗估计后,再使用APES算法进行精估计。仿真结果表明,在低信噪比和低采样率的情况下,算法达到了较高估计精度。     

低复杂度单天线ADS-B交织位置检测

广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast, ADS-B）信号的交织会使信息读取失误,因此解交织技术必不可少。解交织算法通常要先进行交织位置检测,再利用无交织部分信号进行解交织,故交织位置检测是解交织算法中的重要步骤,现有的交织位置检测主要依据奇异值分解（Singular Value Decomposition,SVD）法,但该方法复杂度高且位置检测不够精确。因此本文基于单天线ADS-B信号的时域波形特点,利用交织信号的波形与标准信号的波形差异,提出一种低复杂度的交织位置检测方法。利用报头脉冲位置的固定性对报头进行交织位置检测,再依据数据域脉冲宽度及幅度等特征对该部分信号进行检测。仿真和实采数据结果均验证了本文所提算法可精准、高效地检测到信号的交织位置。      

基于累加分类的ADS-B交织信号处理方法

广播式自动相关监视作为国际民航组织主推的监视技术,越来越多的飞行器配备了ADS-B收发设备,此外,介于ADS-B信号的广播体制以及空域流量的不断增加,不同的ADS-B信号之间将会发生交织,这种情况同样也会发生在直达信号与多径信号之间;以上两种情况均会给ADS-B信号的解码带来严重影响,相应地会造成信息的错误读取或丢失。本文提出了一种单天线下基于累加判决的解交织算法:首先通过单天线下的有效脉冲位置检测以及基于希尔伯特变换的交织检测分别获得信号的起始位置以及信号交织位置,进而得到两条信号之间的相对时延,从而对数据进行累加并利用K-means方法进行分类,最终得到比特位判决结果以实现交织信号分离。      

一种单天线ADS-B交织信号分离算法

随着民航飞机数量的增多,接收到的广播式自动相关监视( Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)信号可能出现多条报文交织的情况,这将导致解码失败.针对单天线ADS-B二重交织信号,提出了一种投影算法与卷积神经网络( Convolutional Neural Net...     

基于最小色散方法的广播式自动相关监视压制式干扰抑制

压制式干扰是广播式自动相关监视(ADS-B)系统面临的最常见且最有威胁的干扰之一。该文将最小色散算法应用到ADS-B信号压制式干扰抑制的研究中。首先,利用ADS-B信号的脉冲特性,将以往只考虑二阶统计量的形式扩展,重新建立p范数约束优化模型。然后,提取观测信号更低阶统计量中的有用信息,将解算最优加权矢量转化为一个最优化问题。最后,解算最优权矢量,对观测信号进行空域滤波,完成ADS-B的压制式干扰抑制,并对抑制结果进行性能分析。文中提供的仿真实验结果验证了算法的有效性,该方法不需要知道ADS-B信号来向,也无需估计协方差矩阵。     

基于GNSS完好性的ADS-B防欺骗

为有效解决广播式自动相关监视（ADS-B）系统易被人为恶意虚假欺骗这一紧迫问题,提出了一种将全球导航卫星系统（GNSS）完好性信息与ADS-B报文完好性特征属性参数进行一致性比对的自主式防欺骗方法。设计了基于GNSS完好性信息的ADS-B自主式防欺骗算法流程,并利用ADS-B接收机接收的真实报文和模拟产生的虚假报文,对整个防欺骗过程实施了仿真实验。通过对真假ADS-B混合报文的解析,获得时间、位置和导航不确定类别（NUC）的值,根据时间和位置信息利用接收机自主完好性监视（RAIM）和高级接收机自主完好性监视（ARAIM）的完好性增强算法,获得水平保护级（HPL）的预测值,再将该预测值与NUC值进行一致性比对,从而判别ADS-B报文的真实性。仿真结果表明,提出的防欺骗方法能有效防止不含完好性信息或完好性信息与飞机位置不关联的虚假ADS-B报文的恶意欺骗,对虚假报文的识别率不会低于99%。     

基于ADS-B报文的“北斗”便携式终端实现

针对单个广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B）发射机传输距离受限、多地面站组网复杂以及成本较高等问题,在分析ADS-B报文编码与解码算法的基础上,探讨了基于无线网络传输的ADS-B报文信息技术,并设计了基于“北斗”卫星导航（BeiDou Satellite Navigation System,BDS）/嵌入式控制器以及无线网络的便携式监视终端系统。利用实测ADS-B数据联合搭建的监视中心对算法和系统进行测试,结果表明数据传输稳定,实现了低空空域通用航空飞机ADS-B态势信息的网络传输功能,丰富了监视信息的链路传输方式,为低空通航飞行器安全飞行和全面监视提供了新的方法。     

Direction of Arrival Estimation of Multiple UWB Signals

This paper deals with the problem of estimation of direction of arrivals (DOA) of a multiple ultra-wideband (UWB) pulse postion modulation signals incident on a smart antenna in the presence of white Gaussian noise. We transform the received signal into frequency domain in order to split the array output into multiple frequency channels. Corresponding frequency channels data of the array is arranged into a model similar to narrowband DOA estimation. Iterative quadratic maximum likelihood algorithm is applied to yield DOA estimates. These separate estimates at different frequencies are combined into a single estimate of DOA for each source in an appropriate manner. The performance of the proposed method is studied via extensive computer simulations. It is seen that the technique can successfully resolve the DOA of the closely-spaced UWB signals.     

S模式交叠信号的PA分离算法性能分析

为了提升高密度信号背景下对S模式应答的接收能力,投影算法(PA)在阵列接收的基础上采用投影技术分离S模式交叠信号,因其具有良好的稳定性和实用性而成为经典的信号分离方法。首先,分析了PA算法针对的问题在各种空中流量密度下的发生概率;其次,在PA算法的基础上推导了交叠信源数检测与信号到达方向的关系,进一步分析了信号到达角(DOA)与噪声增益之间的关系,并说明了信号DOA对分离后的信号解码的影响;最后,以均匀线阵(ULA)为例仿真说明了信号DOA对信源数检测、噪声增益的影响。结果表明,对于两个S模式交叠的情况,PA算法在六阵元ULA下可以达到80%以上的检测成功率,并有较好的分离效果。     

基于松弛改进FastICA算法的星基ADS-B信号分离

星基广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)系统覆盖空域广,星载接收机所接收的信号信噪比低、信号间的功率差异小,ADS-B报文在接收机处的冲突更加严重,对信号分离算法提出了更高要求。针对基于负熵的快速独立成分分析(Fast Independent Component Analysis,FastICA)算法存在的局部极大值和收敛依赖于初始权值的问题,在FastICA算法中引入了松弛因子,采用松弛改进的FastICA算法对星基ADS-B信号进行分离。阐述了松弛改进FastICA算法对星载ADS-B接收机接收到的混合信号进行分离的机理,并进行了仿真实验,通过相关系数、迭代次数和误码率比较了松弛改进FastICA算法、经典FastICA算法和投影算法的性能。仿真结果表明,松弛改进FastICA算法能更有效地分离星基ADS-B混合信号。     

Reactance domain MUSIC algorithm for electronically steerable parasitic array radiator

Conventional adaptive array antenna processing must observe signals on all of the array antenna elements. However, because the low-cost electronically steerable parasitic array radiator (ESPAR) antenna has only a single-port output, none of the signals on the antenna's parasitic elements can be observed. A direct application of most of the algorithms for the conventional adaptive array antenna is impractical. In this paper, A technique of estimation of direction-of-arrivals (DoAs) is proposed for the ESPAR antenna. This technique is based on the modified MUltiple SIgnal Classification (MUSIC) algorithm. The correlation matrix used in the MUSIC algorithm is estimated from the signal received through the single-port output of the ESPAR antenna as it switches over a set of antenna patterns. Simulation results show that DoAs can be estimated by the reactance domain MUSIC algorithm for ESPAR antennas. Furthermore, the statistical performance on estimation error variance of the reactance domain MUSIC estimator is analyzed and compared with the Crame/spl acute/r-Rao lower bound. Analytic and empirical results show that high-resolution DoAs estimation can be achieved by using the reactance domain MUSIC algorithm for ESPAR antennas.     

Beam-forming of broadband QFM signals using generalized time–frequency transform

ABSTRACT

Detection and localisation of contacts using sensor array play a significant role in the area of array signal processing. In this paper, a new beam-forming analysis for broad-banded quadratic frequency modulated (QFM) signals using generalised time–frequency transform (GTFT) is presented by extending the conventional fractional Fourier transform (FrFT). As FrFT is constrained to the analysis of linear chirps, detection using GTFT is found to be the appropriate selection for higher-order chirps with the suitable choice of the kernel. The parameters of the QFM signal is extracted using the polynomial chirplet transform time–frequency distribution method. Subsequently, the direction of arrival (DoA) estimation algorithms viz. conventional beam-former (CBF), minimum variance distortionless response (MVDR), multiple signal classification (MUSIC) and minimum norm (MN) are re-cast using the quadratic steering vector derived for QFM chirps and hence renamed as GTFT-CBF, GTFT-MVDR, GTFT-MUSIC and GTFT-MN, respectively. The efficacy of the algorithm is validated through various signals including practical sonar array data. It is seen from the theoretical analysis as well as simulations that GTFT-MUSIC excels other DoA (bearing) estimation techniques. The GTFT analysis on back propagated signals using sonar array aided in effective underwater channel modelling.