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多径条件下的雷达辐射源个体识别方法

电子学报 2023年第6期51卷 1654-1665页

作者：刘钊马爽张梦杰柳征国防科技大学电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室湖南长沙410073 北京市遥感信息研究所北京100011 国防科技大学认知通信实验室湖南长沙410073

在实际场景中,接收机截获的雷达脉冲信号信噪比较低、多径干扰明显,从中提取的辐射源指纹特征存在畸变,给雷达辐射源个体识别带来严峻挑战.针对该问题,本文提出一种两阶段的信号处理方法.在第一阶段,以精确的脉冲对齐和迭代加权积累提... 详细信息

在实际场景中,接收机截获的雷达脉冲信号信噪比较低、多径干扰明显,从中提取的辐射源指纹特征存在畸变,给雷达辐射源个体识别带来严峻挑战.针对该问题,本文提出一种两阶段的信号处理方法.在第一阶段,以精确的脉冲对齐和迭代加权积累提高信号质量,解决低信噪比问题.在第二阶段,定义信号频谱相邻点前向商的绝对值为谱邻点商,并提取信号频谱主瓣和第一旁瓣对应的谱邻点商作为抗多径的指纹特征,解决多径干扰问题,同时利用Chirp-Z变换的局部精细化谱分析能力,进一步提高本文方法的计算精度和速度.仿真实验表明本文方法在脉冲对齐和克服多径干扰方面表现突出.实测数据实验对截获自15部同型号雷达的单频脉冲信号进行分类识别,获得超过97%的识别准确率,证明本文方法对多径条件下的雷达辐射源个体识别实际应用具有重要参考价值.

关键词：雷达辐射源个体识别脉冲信号对齐信噪比增强多径效应 Chirp-Z变换指纹特征

基于相位补偿的非理想无线轨道角动量复用通信系统研究

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电子与信息学报 2022年第9期44卷 3212-3219页

作者：王洋修艳磊胡韬施盼盼廖希重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 移动通信教育部工程研究中心重庆400065 移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

电磁波轨道角动量各模态间满足严格正交性,为无线通信系统提供了一个新的复用维度。当前无线轨道角动量通信的研究仍集中于理想视距(LoS)场景,在实际通信场景中,多径效应和非对齐效应等非理想传输情况通常是无法避免的,这会使得无线轨... 详细信息

电磁波轨道角动量各模态间满足严格正交性,为无线通信系统提供了一个新的复用维度。当前无线轨道角动量通信的研究仍集中于理想视距(LoS)场景,在实际通信场景中,多径效应和非对齐效应等非理想传输情况通常是无法避免的,这会使得无线轨道角动量多入多出(OAM-MIMO)通信系统的性能遭受较大损失。为提升非理想无线OAM-MIMO通信系统性能,该文建模了一种更加符合实际传输场景的毫米波OAM-MIMO 10射线信道模型;然后评估了多径效应和非对齐效应带来的性能损失问题;最后,提出了一种低复杂度的平均相位补偿与迭代功率分配(APC-IPA)联合优化方案来消除非对齐和多径效应造成的相位偏差,提升系统信道容量。仿真结果表明:在同时遭受非对齐和多径效应时,所提APC-IPA联合方案能够有效地提升系统信道容量。

关键词：轨道角动量非对齐多径效应相位补偿信道容量

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基于EM估计的多模型车载组合导航算法

仪器仪表学报 2022年第7期43卷 239-246页

作者：朱东琴王红茹岳敬轩哈尔滨工程大学信息与通信工程学院哈尔滨150001

针对行车过程中车载全球卫星导航系统受遮挡产生多径效应、可见星数量少等影响,造成的定位精度差的问题,提出了一种基于期望最大化(EM)的交互式多模型车载组合导航算法。本文采用了混合高斯分布模型描述GNSS多径效应误差分布,提出了基... 详细信息

针对行车过程中车载全球卫星导航系统受遮挡产生多径效应、可见星数量少等影响,造成的定位精度差的问题,提出了一种基于期望最大化(EM)的交互式多模型车载组合导航算法。本文采用了混合高斯分布模型描述GNSS多径效应误差分布,提出了基于EM的SINS/GNSS子系统组合导航信息融合方法,实现多径效应偏置误差的估计。建立了基于零速约束的SINS/OD组合导航模型,同时利用交互式多模型算法实现了在GNSS信号丢失情况下的导航模型交互融合,提高了车载组合导航系统精度。车载实验结果表明在GNSS多径效应及信息丢失条件下,本文所提出算法能有效提高导航精度,多径效应的混合高斯模型偏置为10 m条件下,偏置估计误差小于0.5 m,水平最大定位误差为2 m,比传统交互式多模型算法定位误差降低84.62%。

关键词： EM 车载组合导航交互式多模型多径效应

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卷积线性混合模型下的复非高斯信号盲源提取

北京航空航天大学学报 2023年第1期49卷 212-219页

作者：李苗苗吕晓德王宁刘忠胜中国科学院空天信息创新研究院北京100094 微波成像技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

雷达信号的多径效应导致基于瞬时线性混合模型的盲源分离算法不再适用。为此,提出了一种基于FastICA的复非高斯信号盲源提取方法。该方法将混合系统建模为卷积线性混合模型,使得信号模型中不需要将每个多径信号都看作一个独立的源信号,... 详细信息

雷达信号的多径效应导致基于瞬时线性混合模型的盲源分离算法不再适用。为此,提出了一种基于FastICA的复非高斯信号盲源提取方法。该方法将混合系统建模为卷积线性混合模型,使得信号模型中不需要将每个多径信号都看作一个独立的源信号,既节约了接收通道数量,又降低了盲源分离过程的复杂度,利用待提取信号的非高斯性实现高斯背景下复非高斯信源的提取。实验结果表明:在信干比为-30 dB时,所提方法能够快速、有效地处理卷积线性混合模型下复非高斯信源的提取问题,为该场景下的微弱信号提取提供了一种新的方法。

关键词：多径效应卷积线性混合复FastICA算法非高斯信号盲源提取

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城市环境下单无人机测向定位航迹优化算法

国防科技大学学报 2022年第6期44卷 126-133页

作者：陈方正郝绍杰中国电子科技集团公司第四十一研究所山东青岛266555

为解决单架无人机在城市环境中对辐射源目标的定位问题,提出了一种基于环境预测法的单无人机测向定位航迹优化算法。使用交互多模型-扩展卡尔曼滤波进行视距和非视距信号混合环境下的目标估计。结合估计的目标位置和城市地理信息模型,... 详细信息

为解决单架无人机在城市环境中对辐射源目标的定位问题,提出了一种基于环境预测法的单无人机测向定位航迹优化算法。使用交互多模型-扩展卡尔曼滤波进行视距和非视距信号混合环境下的目标估计。结合估计的目标位置和城市地理信息模型,基于视线追踪法求解信号遮挡区域和多径信号干扰区域。在滚动时域控制算法框架下生成无人机预测轨迹,以最大化Fisher信息矩阵行列式为测向定位评价准则,考虑建筑物障碍以及其对信号的遮挡和反射效应对无人机测向定位航迹的影响,控制无人机选择最优航向飞行。仿真结果表明,该方法能够使无人机在存在障碍、信号遮挡和多径干扰的环境下实现对目标的高精度测向定位,为解决城市环境下的单架无人机测向定位问题提供了新思路。

关键词：测向定位航迹优化多径效应交互多模型 Fisher信息矩阵

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多径效应对航向信标系统电磁环境影响分析

系统工程与电子技术 2019年第12期41卷 2703-2709页

作者：朱峰翁文雯谢雨轩杨晓嘉叶家全西南交通大学电气工程学院四川成都611730 中国民用航空局第二研究所民航空管工程技术研究所四川成都610041

着陆导航是飞行安全中的重要一环,随着机场周边建筑物的密集化,由机场跑道周围地形地物产生的多径效应将影响导航信息的准确性。从天线辐射场型的角度,基于二元天线阵对航向信标天线建模,得到理想天线辐射场型;以建筑物反射为例,结合天... 详细信息

着陆导航是飞行安全中的重要一环,随着机场周边建筑物的密集化,由机场跑道周围地形地物产生的多径效应将影响导航信息的准确性。从天线辐射场型的角度,基于二元天线阵对航向信标天线建模,得到理想天线辐射场型;以建筑物反射为例,结合天线镜像原理得到多径效应下的天线辐射场型。仿真对比结果表明建筑物多径效应造成了航向信号方向性变差,幅值发生剧烈跳变。基于航向信标系统高级仿真(advanced trainer on localizer, ATOLL)分别进行进近飞行与圆弧飞行的信号校验仿真,分析多径效应对航道调制深度差值及航道信号覆盖范围的影响,找出某新建机场存在航向信号不稳的原因。

关键词：航向信标天线建模多径效应电磁干扰

复杂水下环境中的Dual-HFM速度谱优化

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系统工程与电子技术 2023年第10期45卷 2999-3007页

作者：扶钰斌马晓川李璇孙博昊陈筱月裴兴园中国科学院声学研究所水下航行器实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

在理想环境下,双双曲调频(dual hyperbolic frequency modulation,Dual-HFM)速度谱估计方法可得到高分辨率的连续多普勒估计结果。然而由多径、双目标环境引起的旁瓣干扰,削弱了速度谱方法抑制噪声的能力,影响目标参数估计。针对该方法... 详细信息

在理想环境下,双双曲调频(dual hyperbolic frequency modulation,Dual-HFM)速度谱估计方法可得到高分辨率的连续多普勒估计结果。然而由多径、双目标环境引起的旁瓣干扰,削弱了速度谱方法抑制噪声的能力,影响目标参数估计。针对该方法在多径、双目标等各种复杂水声环境中的应用,进行了深入的讨论,推导了多径、双目标造成的速度谱旁瓣位置,并提出了基于多帧信号的速度谱旁瓣抑制方法,利用另一维度信号空间中目标回波信息与多径杂波旁瓣的差异性,抑制了复杂水下环境中的速度谱旁瓣,并保留了速度谱计算量低的优点。通过数值仿真验证了所提方法的适用性,为低信噪比、多径、双目标环境下的多普勒估计提供了理论依据。

关键词：双双曲调频信号多普勒估计多径效应多帧信号旁瓣抑制

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基于调制卷积神经网络的空地数据链信道估计

北京航空航天大学学报 2022年第3期48卷 533-543页

作者：刘春辉王美琳董赞亮王沛北京航空航天大学无人系统研究院北京100083 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100083

针对复杂环境下空地数据链正交频分复用(OFDM)系统信道估计精度不足的问题,提出了一种基于调制卷积神经网络(MCNN)和双向长短时记忆网络(BiLSTM)结合的信道估计算法。利用最小二乘算法(LS)提取初始信道状态信息(CSI);利用MCNN网络提取初... 详细信息

针对复杂环境下空地数据链正交频分复用(OFDM)系统信道估计精度不足的问题,提出了一种基于调制卷积神经网络(MCNN)和双向长短时记忆网络(BiLSTM)结合的信道估计算法。利用最小二乘算法(LS)提取初始信道状态信息(CSI);利用MCNN网络提取初始CSI的深度特征,并对网络模型进行压缩;利用BiLSTM网络对最终CSI进行预测,实现信道估计。利用构建的空地信道模型生成信道系数数据集,实现神经网络模型的训练与测试。仿真结果表明:与传统算法和现有深度学习方法相比,所提出的信道估计算法具有更小的估计误差,高信噪比条件下的系统误码率(BER)性能提升接近一个数量级;由于引入了调制滤波器技术,随着神经网络层数增加,网络模型参数量大幅减少。

关键词：正交频分复用(OFDM) 深度学习信道估计空地信道模型多径效应

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车载毫米波雷达时域测高技术研究

西安电子科技大学学报 2022年第5期49卷 9-17页

作者：沈文皓杨明磊郭俊磊胡晓宇刘楠西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室陕西西安710071

针对当前一般的车载雷达不具备目标高度测量能力,或是实现成本高昂的问题,提出了一种在毫米波段下使用单天线时域信息的单散射点目标高度测量方法。该方法利用了车载环境下地面反射后多径信号与直达信号干涉产生的多径效应,在汽车行进... 详细信息

针对当前一般的车载雷达不具备目标高度测量能力,或是实现成本高昂的问题,提出了一种在毫米波段下使用单天线时域信息的单散射点目标高度测量方法。该方法利用了车载环境下地面反射后多径信号与直达信号干涉产生的多径效应,在汽车行进过程中获取不同距离时待测目标的回波功率,通过插值使采样点在距离倒数上均匀化,进而使用快速傅里叶变换提取出目标的高度信息。首先推导了车载环境下多径效应存在的条件,构建了毫米波段下通过地面的镜面反射而产生多径效应的几何模型,进而拓展到目标回波的数学模型;其次,详细分析了可能对目标高度测量产生影响的因素,如车载雷达的安装高度、采样间隔和距离等,并针对性地提出了多种优化和改进建议;最后,通过仿真以及模拟高度测量实验获得的实测数据结果显示,使用该方法对单散射点目标进行高度测量具有可行性。相较于现有方法,该方法实现车载环境单散射点目标高度测量有着结构简单,成本低廉的优势。

关键词：毫米波雷达时域信号处理高度测量多径效应