飞行器编队频谱检测信息优化交互与利用方法研究

作     者：周梦诗 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戴伏生

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：频谱检测 频谱检测数据压缩 GNURadio USRP 自适应编码调制 

摘      要：现代战争的发展趋于智能化,飞行器编队协同作战具有抗干扰能力强、智能、高效等优点,从而成为现代战争的新型作战方式。它的组网能力和网络性能会对战争模式有很大影响。飞行器编队执行作战任务时会受到攻击和干扰,因此飞行器编队实现通信组网困难。由于飞行器作战地点不确定、作战范围动态变化,面对未知区域,可用的无线频谱也是未知的。一旦飞行器失联,会影响作战任务的执行,同时飞行器作战过程中通信时间非常珍贵,频谱资源也很宝贵。所以,为了解决上述问题,本研究主要从以下三个方面展开。首先,在未知区域内要实现飞行器编队通信组网,就需要进行频谱检测,寻找可用频谱。为了解决频谱检测的问题,设计了窄带频谱检测系统和宽带频谱检测系统。窄带频谱检测系统使用了能量检测法与循环平稳特征检测法进行频谱检测,宽带频谱检测系统使用了能量检测法、循环平稳特征检测法以及功率谱分段对消检测法进行频谱检测。通过在GNURadio上实现窄带和宽带频谱检测系统,并且为了验证系统的频谱检测性能,利用USRP接收实时射频信号,实验表明窄带和宽带频谱检测系统都可以进行频谱检测,并给出不同算法的频谱检测结果。通过将不同频谱检测算法集成到一个频谱检测系统中,提高了检测性能。然后,飞行器编队在检测到频谱信息之后,需要进行交互,更好地完成作战任务。但是频谱检测数据往往很大,导致数据传输慢,影响飞行器编队之间的通信。为了解决这个问题,提出了一种频谱检测数据压缩方法来减少数据传输量,它的设计思路是先对频谱检测数据中的无用的噪声进行去除,达到压缩效果且能获得有用的频点信息,然后加噪还原数据,该方法通过仿真得到压缩比为51.91%,均方根误差为4.56%。最后,由于飞行器编队在复杂的电磁环境下进行通信,信道条件差,通信质量不高。为了提高频谱利用率,先对基于最大似然和最小二乘的信道估计算法进行对比分析,然后设计了一个自适应编码调制系统,采用16QAM、64QAM、BPSK、QPSK四种调制技术和编码速率为1/4、1/2、3/4的LDPC信道编码技术,给出12种自适应调制编码方案的仿真,并给出对应的信噪比区间。