一种高增益微波光子天线阵列的设计

设计了一种中心频率为20 GHz的8单元微带光子天线阵列,利用微波光子技术解决了传统微波技术在高频、宽带等方面的问题。天线单元为矩形微带贴片天线,馈电网络采用具有λ/4阻抗匹配枝节设计的多级T型等分功分器。采用光子上变频技术产生20 GHz的微波信号,光载微波信号经光纤传输后由阵列天线发射。利用三维高频结构电磁场仿真对该天线阵模型的搭建和优化进行仿真,结果表明天线阵仿真阻抗带宽为1.15 GHz,在带宽内最大增益为13.6 dBi。将天线阵列应用到微波光子系统发射端,测量结果表明,最大增益可以达到6.92 dBi。该天线阵列性能良好,可广泛应用于未来移动通信网络覆盖领域。     

基于本地测量的双向光学相位比对方法

为了更好地实现远程光钟之间的高精度比对,对意大利Calosso小组所提出的光纤双向光学相位比对方案进行了拓展,提出了一种基于本地测量的双向光学相位比对方法。同源的两路光信号从同一光纤两端注入,其中一路光信号经光纤传输到远端后经反射原路返回本地端,另一路光信号从远端经光纤传输至本地端。两个信号均在本地端与参考光进行拍频,将拍频得到的两路拍频信号的相位进行比对。利用这种结构,系统不需要有源光纤相位噪声补偿也可以消除叠加在光纤链路上的共模相位噪声,该结构的最大优势在于拍频信号的采集和处理均可以在本地端完成,不需要引入额外的时间同步信号来保证两地拍频信号采集同步进行,简化了实验系统。计算分析了该方案的相位噪声极限,并建立了基于60km缠绕光纤的示范系统来进行测试,测得其秒级频率稳定度为1.45×10~(-16),千秒稳定度达到1.51×10~(-19)。该方案有望用于远程光钟和其他原子钟之间更可靠的高精度频率比对。     

基于GPS一机多天线的大坝形变监测系统

GPS多天线系统是将微波技术，计算机实时控制技术，大地测量数据处理和定位算法有机的结合起来，仅用一部GPS接收机互不干扰的接收到8个GPS天线传输来的信号，并通过后处理软件包实现2-3mm定位精度，本文介绍了作者开发的GPS一机多天线控制系统在大坝形变监测中的应用。     

基于激光器RIN抑制的宽带低噪声微波光传输技术

微波光子链路中的核心器件激光器、调制器、光电探测器均为有源器件,在微波信号的电光光电转换过程中会引入额外的噪声,导致微波信号的噪声性能恶化,高的噪声系数会降低电子信息系统的灵敏度、动态范围、探测精度等关键性能指标,因此抑制噪声成为实现高性能微波光子系统的关键。文章针对当前激光器噪声较高的限制,提出采用常规分布反馈(DFB)激光器与光放大器、窄带光子滤波相组合的方式来抑制激光源噪声,实现微波光子链路的宽带低噪声。建立了微波光子链路传输模型,分析了链路性能与器件参数之间的映射关系。实测对比了采用该组合光源方案与常规微波光子链路的噪声性能,结果表明采用高功率光源结合光滤波可对激光器远端相对强度噪声(RIN)实现高的抑制,通过优化,噪声系数较常规水平可改善15 dB以上。     

基于微波光子的复合式时频传输技术研究

光载射频传输技术在地基无源探测、分布式阵列合成孔径、空间探测等诸多领域具有广泛的应用,用于实现不同子阵之间的信号互连与信号相参。针对传统光载射频传输技术中相位稳定度低、时延变化大、易受环境影响等问题,本文提出一种复合式微波光子时频传输技术,通过结合被动和主动时频传输技术,分别实现了本振点频信号的光纤分发和中频宽带信号的光纤回传,联合两者之间技术优势实现了系统的相位高稳定度和宽带信号传输的目的。本系统可实现本振信号、中频信号在中心端和远端的时频稳相传输。通过对比实验和综合测试,实现1.6 GHz本振和(1.6±0.5) GHz中频信号的稳相传输,传输距离为5 km,经过在-40～+70℃的环境试验验证,温度变化范围内上下行微波光子链路中相位波动小于±1.5°。     

浦东海塘GPS位移监测系统

GPS具有全天候作业、定位精度高、观测时间短、操作简便等特点，但是其价格昂贵，很难应用在大坝等实际工程中。GPS多天线系统是将微波技术、计算机实时控制技术、大地测量数据处理和定位算法有机的结合起来，仅用一部GPS接收机互不干扰的接收到8个GPS天线传输来的信号，并通过后处理实现精密定位。浦东海塘GPS位移监测系统，实现了海堤自动化的实时位移监测，而且采用GPS一机多天线监测系统，大大降低了监测系统的成本。本文通过对海堤上的实验结果及分析，表明该监测系统成本低、精度高、可靠性高，具有很广的应用前景。     

低相噪光子式微波接收机的研制

首次对微波接收机的相噪进行了理论建模,并提 出了一种基于光子技术的新型微波接收机,该接收机采用微波光子 链路来代替电缆,使用光电振荡器代替电子振荡器来作为本振源,并基于上述理论模型分析 了该种接收机较传统电子式接收 机在相噪指标上的优越性。让10 GHz载波信号分别通过电、光两种接 收机,对比输出信号的相噪情况,实验结果表明:通 过传统电子接收机接收后,载波信号相噪在1kHz频偏增加了30 dB; 而对于本文所提新型光子式接收机,载波信号相噪在 1kHz频偏仅增加10 dB,说明了该种新型接收机在集成了微波光子链 路与光电振荡器两种新型光子技术后,相噪指标得到了显著提高。     

微波光子学研究的进展

微波光子学注重微波与光子在概念、器件和系统的结合,典型研究包括微波信号的光产生、处理和转换,微波信号在光链路中的分配和传输等。其研究成果促进了新技术的出现,如光载无线（RoF）通信、有线电视（CATV）的副载波复用和光纤传输、相控阵雷达的光控波束形成网络以及微波频域的测量技术等。     

基于微波光子六倍频的光载无线通信系统

构建了基于微波光子倍频的光载无线传输系统。基于偏振调制器实现了六倍频光毫米波产生,利用马赫增德尔调制器实现了QAM信号调制并进行光载无线传输,测试了41.5GHz QAM信号调制和10km光载无线传输光纤传输之后的QAM信号星座图。该系统实现了远距离音视频或高清数字信号传输。     

基于DSP的微波光子信号监测系统的设计

射频信号的监测具有广泛的应用前景，文章提出了一种基于DSP的微波光子射频信号监测系统。该系统由前端微波光子信号接收部分和后端信号处理部分组成，射频信号经光学下变频处理得到中频信号，经过ADC模数转换后在DSP上应用快速傅里叶变换(FFT)算法完成对接收信号的频谱分析。实验测试结果表明，该系统可以完成对射频信号的监测，频率测量误差小于0.25 MHz,动态范围为55 dB,灵敏度为-30 dBm。此外，为了进一步验证，应用天线进行手机信号的接收实现了对手机信号通信频段的实时监测。     

GNSS伪距差分定位及其特色──GNSS卫星导航定位方法之二

GNSS伪距差分定位是一种能够获取较高导航定位测量精度的卫星导航定位方法,但是,它的设备较复杂,用户不仅需要使用一台GNSS信号接收机,而且需要设置提供DGNSS改正数据的基准站及其一台GNSS信号接收机,以及与之匹配的DGNSS数据链,才能够实现全天候、全天时和全球性地测量运动载体的7维状态参数。本文简要地论述了GNSS差分定位的基本原理及其实现。     

基于北斗伪卫星系统的建筑形变监测

本文设计了一种基于北斗伪卫星系统的微变形监测方法，能够以较高精度对建筑物的微变形进行监测。因为监测点的三维位置变化能够反映出监测点处发生的形变，因此在搭建好北斗伪卫星系统之后，将接收机放置在监测点处，通过接收机定位结果的变化来判断监测点处是否发生了形变。为了验证设计的北斗伪卫星系统的有效性，我们进行了一组实验来进行评估。实验结果表明：与传统的 GNSS 系统监测相比，本文设计的北斗伪卫星系统具有更高的监测精度以及更好的稳定性，三维监测精度分别为 0.0011m，0.0007m 以及 0.0024m，同时，与传统的利用全站仪以及激光测量方法相比，北斗伪卫星系统能够实时的打印出监测结果，从而更容易对建筑物形变进行判断，防止危险的发生。     

基于联邦卡尔曼滤波算法的水面无人作业船导航精度研究

为了实现无人作业船的自动导航,搭建了以Trimble BD982 GNSS系统为核心的差分定位系统。通过试验及分析得出了该系统的定位精度。为了进一步提高系统的导航精度,引入了联邦卡尔曼滤波算法,设计了基于航向姿态参考系统(AHRS)与GPS结合导航模式的卡尔曼滤波器。通过仿真试验表明该滤波器能明显提升系统的导航精度。     

基于BDS/INS动动组合相对定位技术的试验

针对在卫星信号质量较差情况下无法通过观测方程求解模糊度,进而导致无法实时准确测距的问题,提出一种利用惯性信息辅助解算模糊度的方法,即一种将运动载体的惯导信息与相对基线测量信息相结合,实现两运动载体之间精确动态相对定位的算法。通过建立双差载波相位观测方程与惯导观测方程紧组合的方式,分别在共视卫星数目大于4颗和不足4颗条件下求解模糊度未知数。最后,通过搭建组合试验系统平台,利用实地车载试验完成了对组合系统定位精度的测试,结果表明,组合系统定位精度较原先单GNSS定位精度有一定提高。     

空中无人作战平台差分卫导与通信集成系统设计

提出了一种集成设计导航定位与数传通信的差分导航通信系统,以满足无人机对机载轻量化高精度导航定位的需求。该差分导航通信系统由地面站和机载设备组成：地面站完成差分卫导修正量生成与播发;机载设备接收地面站播发的差分卫导修正量,并结合本地卫导观测量实现高精度的实时动态定位。系统试验结果表明,该差分导航通信系统在50 km范围内具备亚米级精度的导航能力。     

微波光子链路附加于电域相噪的理论研究

随着近些年微波光子学的快速发展,对微波光子链路的相位噪声的关注越来越高,本论文基于直调微波光子链路建立了链路对微波信号产生的附加相位噪声的理论模型。     

Unambiguous and precise correlation receiver for binary offset carrier modulated signal

The binary offset carrier (BOC) modulated signal can improve the positioning accuracy and increase the multipath resistance in global navigation satellite system (GNSS), and it may cause potential ambiguity in the process of signal acquisition and code tracking. In this paper, a simple but efficient unambiguous receiver is firstly proposed for multiple side‐peaks mitigation by implementing correlation of the received BOC signal with local sine wave instead of square wave used at the transmitter. Moreover, the potential degradation of sharpness of the nonlinear correlation induced by the sine wave is well compensated by optimizing the early‐to‐late spacing. The other reason leading to ambiguity is the multipath propagation, so we further propose a maximum likelihood (ML) estimator with Newton iteration method, where the received GNSS signal is modeled via the line‐of‐sight (LOS) component and the first‐arrived non‐line‐of‐sight (NLOS) component. Finally, the analytical expression of multipath propagation Cramer‐Rao bound is derived for the designed ML estimator. Simulation results indicate that compared with the conventional BOC modulation, the proposed sine wave receiver can achieve unambiguous and more precise code tracking performance and thus turns out to be more robust to multipath propagation.     

基于WiFi的自适应匹配预处理WKNN算法

针对基于接收信号强度（Received Signal Strength,RSS）的WiFi室内定位技术中,传统加权K邻近（Weighted K-nearest Neighbor,WKNN）算法不能自适应获取WLAN中有效接入点（Acess Point,AP）且参考点匹配准确度不高的问题,本文提出了自适应匹配预处理WKNN算法。该算法中每个实时定位点自适应地根据网络状况对AP的RSS均值由大到小排序,然后选择RSS均值较大的前M个AP,与参考点中对应的M个AP一起参与匹配预处理计算,从而优化了传统的指纹定位算法。同时将室内定位和室内地图相结合,使参考点和定位结果直观地展示在地图上,并通过使用地图数据大幅度简化了离线训练过程。此外,本文设计并实现了基于Android平台的室内定位系统,通过该系统验证了本文所提算法在单点定位和移动定位中的有效性。实验结果表明,该算法可获得30%以上的定位误差改善,有效提高了定位精度和定位稳定性。      

GNSS/INS组合导航在飞行校验系统中的应用

目前的飞行校验系统以 GPS 作为空间基准,这种定位方式在精度、性能、可靠性方面都存在着固有缺陷。本文介绍的同步定位-姿态-导航(SPAN,Synchronous Position,Attitude and Navigation)技术集合了两种不同但互补的技术：全球导航卫星系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)定位技术和惯性导航技术。通过二者的结合,SPAN 技术可以达到取长补短的目的,组合后的导航系统无论在精度、性能、可靠性方面都优于单独的子系统。将这项技术应用于飞行校验系统,利用 GNSS 定位的绝对精度加上惯性测量单元(IMU)陀螺和加速计测量的稳定性,就可以在卫星信号丢失或者高动态应用环境下仍然提供持续、稳定、可靠的位置及姿态数据。