脉冲噪声下基于 NAT 函数的 LFM 信号多径时延估计

针对脉冲噪声环境下无法准确估计线性调频(LFM)信号多径时延的问题,分析非线性幅值变换法抑制脉冲噪声的原 理,设计了一种新的非线性幅值变换函数 P-NAT(piecewise-NAT)函数,证明了任意随机变量经该函数变换后存在有限二阶矩, 提出了基于 P-NAT 函数的 LFM 信号多径时延估计方法。 分别对发射信号和 P-NAT 函数变换后的含噪多径接收信号进行最佳 阶次 FRFT,根据 FRFT 域的峰值位置偏移量和时延的关系,实现 LFM 信号的多径时延估计。 仿真结果表明,该方法在广义信噪 比为 0 dB、噪声特征指数大于 0. 2 的情况下,时延估计归一化均方根误差小于 10 -4 ,适用于低信噪比和强脉冲噪声环境下的 LFM 信号多径时延估计。     

转子碰摩声发射源定位中的 广义互相关时延估计研究

具有多模态波特征的转子系统碰摩声发射源信号在复杂体波导传播过程中,由于各模态波的速度差异及波形变异,常规的相关分析算法难以得到准确的时间差而无法进行准确的声源定位。针对这一问题,引入广义互相关(generalized cross correlation,GCC)时延估计方法计算声发射信号的达到时间差。基于模态声发射和随机过程理论建立声发射信号的传播模型,为消除噪声对定位的影响,提出基于相同分数阶因子和不同分数阶因子的最佳线形分数傅里叶(Fourier)变换域滤波的GCC时延估计;针对声发射信号在传播中因频散效应引起的波形变异,导致无法获取最大相关点的问题,提出对信号进行分段相关乘积处理和分段相关指数变换处理的改进方法。实验结果表明,GCC时延估计对在复杂体机构中传播的声发射信号能获得较好的相关性,具有较高的定位精度。     

FSE在水声微多径信道条件下应用的实验验证

水声信道特别是浅海水声信道中不仅存在着很强的多径现象,给水声通信带来很严重的码间干扰（Inter-symbol interference）,而且各多径分量到达时间差远远小于一个码元宽度,这种多径现象造成了很强的码内干扰（intra-symbol interference）,码间干扰和码内干扰严重影响了水声通信的性能。而分数间隔均衡器（fractionally spaced equalizer,FSE）对克服码间干扰尤其是克服码内干扰效果很好。本文根据水声实验,创新的将实验中遇到的多径时延差小于一个码元宽度的多径现象,定义为微多径现象,并从理论分析和实验验证两个角度阐述了水声通信中分数间隔均衡器（FSE）应用的重要性,得出分数间隔均衡器具有很强的工程应用价值。     

线性调频信号在水声通信中的应用

针对现代水声通信中由水声多经引起的码间串扰问题,研究了线性调频信号调制手段在频域里分离水声多径信号的方法,从公式推导和误码率两方面对线性调频信号调制的性能进行了分析,并给出了该方法的实验仿真。实际仿真结果表明,利用线性调频信号进行调制可以分离水声多径信号,有效抑制码间串扰,提高通信质量,是水声通信中解决多经串扰的一种实用方法。     

基于频域子空间平滑的MUSIC时延估计算法

时延估计常被用在无线定位测距中,针对多径环境下定位精度下降和时延估计失真的问题,提出了一种基于正交频分复用（OFDM）频域子空间平滑的超分辨率（MUSIC）时延估计算法。首先使信号源经过OFDM调制,利用子载波形成数据流;随后在频域对数据流的协方差矩阵作双向平滑处理,使其最大程度的利用信号子空间的数据信息;最后利用MUSIC算法下信号/噪声子空间正交性逐一进行谱峰检测,并针对噪声情况对伪谱作归一化处理,从而获得更为准确的时延信息。计算机仿真表明,本文优化算法相对于特征空间MUSIC算法具有更高的谱峰和更窄的旁瓣,且无错误估计干扰。在测距信号间隔较近时能够有效解决估计失真问题,最小时延间隔可达6ns,分辨能力较强。估计性能层面,可在信噪比为-15dB复杂条件下估计精度达到3ns左右,验证了该算法的有效性和优越性。     

基于奇异值分解的互相关时延估计优化算法

针对多站时差定位系统在低信噪比下无法获得准确的时延估计,进而影响时差定位的精度,提出一种基于奇异值分解和希尔伯特差值的互相关时延估计优化算法。首先对接收信号进行奇异值分解,提高信号的信噪比,然后将处理后的信号作互相关运算,最后通过希尔伯特差值法锐化相关函数的峰值,进一步提高时延估计精度。在相同条件下,模拟分析了不同算法的时延估计精度,结果表明,新的优化算法时延估计精度更高,具有良好的抗噪声性能。     

基于小波变换的电缆局部放电定位中时延算法研究

在电缆局部放电定位直接相关法的基础上,研究出了一种基于小波变换的广义相关时延估计算法。此算法放宽了直接互相关法对信号与噪声的假设条件且在低信噪比下仍能有效估计时延;同时为了提高时延估计精度,在广义相关时延估计的基础上又研究出了基于基小波的二次加权法。利用PSCAD/EMTDC仿真分析论证了这两种算法在电缆局部放电定位中的有效性。     

基于时分处理的BOC信号通道时延标定算法

卫星导航信号发射通道的设备自身时延是星地组合时延的一个部分,卫星在地面测试中必须进行通道时延标定。针对导航卫星BOC（binary offset carrier）调制导航信号发射通道绝对时延,提出了一种采用时分处理的时延标定算法。在完成导航卫星输出BOC导航信号和时间保持系统产生的秒脉冲信号双通道同步采样后,在数字域对BOC采样信号进行预处理和串并变换,将高速数据流变换为多路低速率数据流,对每路信号频率码相位捕获,从而得到BOC信号发射通道绝对时延。计算机仿真表明在采样率10 Gsa/s时提出算法的标定不确定度优于0.2 ns。     

输电线路加权数据融合故障测距算法研究

高压输电线路故障测距具有多种不同的方法,如基于稳态量的单、双端测距和基于行波信号的单、双端测距等。由于电力系统存在许多不确定性因素及干扰,单一测距方法都有其固有的局限性。将多传感器数据融合技术引入电力系统故障测距,充分利用多测距源提供的冗余信息,提出自适应加权数据融合测距算法。该算法利用先验知识或仿真数据获取各单一测距算法在不同工况下的加权系数,然后对单一算法的测距结果进行加权融合,最终获得可靠精确的测距结果。应用PSCAD/EMTDC建立500 kV输电系统模型,通过模拟不同故障情况对算法进行了仿真验证。仿真结果表明,融合测距算法基本不受过渡电阻、故障位置、故障类型、分布电容等因素的影响,具有良好的可靠性、精确性和鲁棒性。     

一种改进的分布式MIMO-OFDM系统同步方案

本文研究了分布式MIMO-OFDM(多输入多输出-正交频分复用)系统的同步估计问题,提出了一种新颖的天线间定时偏移和载波频偏估计算法.该算法设计了一种新颖的基于Gold码良好的正交特性的训练序列,训练序列长度为1个OFDM符号.该算法有效地降低天线间干扰, 在低信噪比的时候产生尖锐的定时度量函数波形,能够精确地估计各发射天线的迟延和载波频偏.相比于分布式MIMO-OFDM系统下的同步算法,提出了算法显示了更高的定时估计精度,和更低的计算复杂度,具有很好的实用价值.仿真结果表明,在AWGN信道下,信噪比为-2 dB时,定时捕获的概率超过99%.     

基于空时编码的水声MIMO通信系统的应用研究

由于水声信道存在严重的频率选择性衰落和多径干扰,使得水声通信系统的数据率和传输信号的信噪比受到极大的限制。为此,提出了一种基于空时分组编码（STBC）的水声多输入-多输出（MIMO）通信编码方案,即＂空时分组扩频编码方案（space time block spread code）＂,该方案应用扩频技术有效地克服了水声信道中多径干扰对STBC正交性的影响。给出了采用频移键控和差分相移键控调制的STBSC-MIMO实现方案,对方案的误比特率性能进行了仿真分析。仿真和试验结果表明,在多径水声信道中,STBSC-MIMO方案可以得到有效的应用。     

基于压缩感知的低复杂度分数时延信道估计方法

基于压缩感知(compressed sensing,CS)技术的信道估计方法已被应用于正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)系统的信道估计中以提高频谱利用率。然而,传统的时域普通采样方法会导致信道测量矩阵不够精细,无法精确恢复信道状态信息。针对这一问题,提出利用分数时延信道模型模拟系统的无线多径信道,利用接收端时域过采样方法细化信道测量矩阵以提高信道估计精度。同时,为了克服由时域过采样导致的算法复杂度增加的问题,提出一种改进正交匹配追踪算法(modified orthogonal matching pursuit,MOMP)。仿真实验结果表明,在分数时延信道条件下,提出的接收端时域过采样方法能准确检测到信道的分数时延且提出的MOMP算法能显著降低估计算法的计算复杂度。     

LTE-advanced中基于DBF的分集接收机

文章提出一种基于数字波束合成（Digital Beamforming,DBF）的多径分集接收方法,方法首先通过并行DBF分离出到达同一用户的每条多径信号,再以其中的一条多径信号作为参考,通过其余多径与该条多径信号间相关性进行延时估计,而不是传统伪随机码。然后进行移相,使各条多径信号间相对延时小于半个符号周期,最后合并所有多径信号。新方法使接收机一方面通过DBF实现同频干扰抑制,另一方面通过延时估计和移相,利用多径实现分集接收,从而大大降低系统误码率。文章分析了算法中多个参数对延时估计的影响,并通过仿真说明了该方法的有效性。     

水声通信系统中的Turbo编码方案研究

为了使数据在极其复杂的水声信道中可靠传输,需要采用具有很好纠错性能的纠错码来提高信息传输的可靠性。针对水声信道多径干扰强、信道衰落严重的特点,提出了基于Turbo编码的直接序列扩频水声通信编码方案,并对其在水声多径信道中的性能进行分析。数值仿真及湖试数据处理结果表明,该编码方案具有编码增益高、抗多径能力强的特点,误码性能优于不加直接序列扩频的Turbo编码方案,更适合于强多径、衰落严重的水声信道。     

基于凸优化算法的水声传感器阵列综合

稀疏基阵成像技术已在水下探测领域广为研究。针对稀疏基阵的分布特性带来的波束旁瓣电平升高、成像对比度降低等问题,提出一种基于加权范数最小化的阵列综合方法用于水下超声传感器阵列,设定目标函数及约束条件,进行多次的迭代,同时优化阵元位置与阵元激励,最后将20×20的面阵综合优化成51个阵元的稀疏基阵,旁瓣电平在-15 dB以下,并将凸优化阵列综合得到的稀疏基阵的波束图与切比雪夫阵列综合得到的波束图性能进行比较,且进行成像仿真,结果表明,采用凸优化获得的基阵在保证成像质量的同时,可以大幅减少发射阵元的数目,降低系统复杂性,并获得预期的旁瓣电平。     

Lagrange插值的改进算法研究及误差分析

电力系统采样过程中对数据同步性要求很高,在IEC61850通信协议中推荐的插值算法同步方法。提出了一种改进的Lagrange插值算法,利用构造权函数的方法,补偿了一阶插值算法的误差,提高了计算效率。并在Matlab中就电力系统采样不同频率条件下的稳态特性及暂态特性的衰减直流分量和极限条件下的电压暂降等情况对该算法进行了仿真实验,实验证明了该改进算法在计算量和精度方面有一定的优势。     

水下FBMC系统的离散导频信道估计技术研究

水下环境的复杂性对水声通信带来挑战,一般通过优化信道估计技术来实现水下通信的高速率、可靠性传输。将滤波器组多载波/交错正交幅度调制(filter bank based multicarrier/offset quadrature amplitude modulation, FBMC/OQAM)技术引入水下,研究FBMC/OQAM系统中信道估计技术,并对离散导频信道估计算法进行重点研究。分析了不同信道影响下离散导频信道估计的性能,并针对辅助导频法额外功率消耗过高的问题进行改进,提出一种改进的辅助导频方法(improved auxiliary pilot method, IAP),降低功率消耗的同时又提高了估计性能。理论分析和水下仿真结果表明,IAP算法是水声通信实际应用中较好的选择。     

基于改进Teager-Kaiser算子的来波时间估计

Teager-Kaiser（TK）算子对噪声比较敏感,当噪声存在时,TK算法对信号到达时间（time of Arrival,TOA）的估计精度比较低,结合多径信道特点,对TK算子进行了改进。改进算法通过对相关曲线进行高次方累积,增大相关曲线中TOA点对应的输出值,从而降低噪声对输出信号的影响,提高了TOA的估计精度,同时根据TOA点所对应相关曲线的位置特性,限定信号数据范围,不仅可以有效地降低改进算法的计算复杂度,还可以进一步提高TOA的估计精度。对多径信道模型的仿真结果表明,该改进算法对TOA估计的精度明显优于TK算法,特别是在噪声比较严重的情况下,TOA估计精度得到很大的提高。