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基于GPU的天线组阵信号时延补偿方法

系统工程与电子技术 2023年第8期45卷 2383-2394页

作者：毛飞龙焦义文马宏韩久江高泽夫李超李冬航天工程大学电子与光学工程系北京101400 国防科技大学电子科学学院湖南长沙410073

针对天线组阵合成系统对于宽带、高速、并行信号的实时合成需求,设计了基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)的天线组阵信号时延补偿方法。首先,分析了典型的整数时延补偿方法在GPU平台上实现的可行性,设计了基于数据块重叠保... 详细信息

针对天线组阵合成系统对于宽带、高速、并行信号的实时合成需求,设计了基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)的天线组阵信号时延补偿方法。首先,分析了典型的整数时延补偿方法在GPU平台上实现的可行性,设计了基于数据块重叠保留的整数时延补偿方法。然后,对比了典型的小数时延补偿方法的优劣,设计了适合于GPU并行加速的频域小数时延补偿方法。最后,对基于GPU的天线组阵信号时延补偿方法进行了实验验证。多次实验测试结果表明,在确保时延补偿正确性的基础上,基于GPU的时延补偿方法相比传统串行CPU时延补偿方法加速比提升了约18倍,采用基于GPU的时延补偿方法可实现对多天线信号的实时合成。

关键词：时延补偿天线组阵图形处理器并行计算

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天线组阵窄带低信噪比信号合成方法

无线电工程 2022年第9期52卷 1642-1648页

作者：毛飞龙焦义文马宏李冬高泽夫李超孙宽飞航天工程大学电子与光学工程系北京101416 电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室河南洛阳471003

针对天线组阵窄带信号合成方法中低信噪比条件下合成性能较差的问题,在传统天线组阵全频谱合成方法的基础上,加入正交下变频、低通滤波和抽取模块,采用频域互相关对合成方法进行优化。对采用传统方法与改进后方法的合成损失进行了仿真分... 详细信息

针对天线组阵窄带信号合成方法中低信噪比条件下合成性能较差的问题,在传统天线组阵全频谱合成方法的基础上,加入正交下变频、低通滤波和抽取模块,采用频域互相关对合成方法进行优化。对采用传统方法与改进后方法的合成损失进行了仿真分析,使用旋转基线相位干涉仪进行了实测点频信号合成,验证了方法的正确性。验证结果表明,改进后的合成方法降低了低信噪比条件下(SNR∈[-20,-15]dB)天线组阵窄带信号的合成损失,提高了合成性能。

关键词：天线组阵低信噪比窄带信号频域合成正交下变频合成损失

基于MVDR算法的卫星通信地球站面天线组阵抗干扰仿真研究

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电光与控制 2023年

作者：习延鹏刘剑肖楠空军工程大学信息与导航学院

现代战争中，大量指挥控制和情报信息通过卫星传输，卫星通信地球站的抗干扰能力是保证信息通畅的基础。针对多个小型地球站受干扰无法通信的情况，提出基于面天线阵列的最小方差无失真响应（minimum variance distortionless response... 详细信息

现代战争中，大量指挥控制和情报信息通过卫星传输，卫星通信地球站的抗干扰能力是保证信息通畅的基础。针对多个小型地球站受干扰无法通信的情况，提出基于面天线阵列的最小方差无失真响应（minimum variance distortionless response， MVDR）算法。首先分析卫星通信地球站天线要素，给出面天线的增益表达式，建立面天线阵列接收信号的数学模型；然后研究MVDR改进算法波束形成机理，推导出反射面天线阵列输出信干噪比和最优权矢量的计算公式，分析均匀线阵在部分角度抗干扰效果不佳原因，并针对该问题提出一种阵列布设逼近最小冗余阵且阵元位置互质的线性阵列；最后通过多组仿真实验验证所提方法对提升阵列抗干扰性能的有效性。仿真结果表明，所提方法可提高面天线阵列的卫星方向增益、增大阵列的输出信干噪比、有效抑制卫星通信下行链路干扰。

关键词：卫星通信干扰抑制天线组阵最小方差无失真响应(MVDR)

天线组阵中基于SUMPLE算法的故障天线分析

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宇航学报 2011年第11期32卷 2445-2450页

作者：沈彩耀胡赟鹏于宏毅信息工程大学信息工程学院郑州450002

在大规模天线组阵中,故障天线所引入的噪声会增加阵列的合成输出损失,而在低信噪比下难以用信号检测算法判断组阵天线是否存在故障。针对该问题,在分析故障天线对信号合成影响的基础上,本文提出一种基于SUMPLE算法的权值幅度修正方法实... 详细信息

在大规模天线组阵中,故障天线所引入的噪声会增加阵列的合成输出损失,而在低信噪比下难以用信号检测算法判断组阵天线是否存在故障。针对该问题,在分析故障天线对信号合成影响的基础上,本文提出一种基于SUMPLE算法的权值幅度修正方法实现天线增益分析,并分析了修正因子对降低故障天线影响的有效性。理论分析与仿真结果表明,权值幅度修正算法能明显降低故障天线的权值幅度,减少了合成增益损失,有利于在大规模天线组阵中故障天线的检测,具有重要的工程应用价值。

关键词：天线组阵 SUMPLE算法合成权值故障天线

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天线组阵频域合成方法最佳子带划分数分析

系统工程与电子技术 2020年第10期42卷 2156-2163页

作者：焦义文马宏刘燕都陈永强航天工程大学电子与光学工程系北京怀柔101416

为定量分析天线组阵宽带信号频域合成方法中最佳的子带划分数,首先,介绍了频域合成方法并构建了宽带信号合成系统模型;然后,分析了点频信号条件下的合成性能;最后,通过在频域进行积分扩展,得到不同子带划分数条件下的合成损失理论公式... 详细信息

为定量分析天线组阵宽带信号频域合成方法中最佳的子带划分数,首先,介绍了频域合成方法并构建了宽带信号合成系统模型;然后,分析了点频信号条件下的合成性能;最后,通过在频域进行积分扩展,得到不同子带划分数条件下的合成损失理论公式。仿真结果表明,子带划分数越多,频域合成方法合成性能越高,但硬件开销越大。以合成损失与硬件开销为评估指标,最佳子带划分数为128。

关键词：天线组阵宽带信号频域合成残余时延子带划分合成损失

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天线组阵中相位差的递推最小二乘估计与滤波

宇航学报 2010年第1期31卷 211-216页

作者：孔德庆施浒立中国科学院国家天文台北京100012 中国科学院研究生院北京100039

相位差的估计精度是影响深空网天线组阵中信号合成性能的关键因素。利用天线组阵SUMPLE或SIMPLE相关算法中相位差估计值之间的几何关系,提出了相位差变化率的最小二乘估计,并在此基础上提出了相位差的递推最小二乘滤波方法。经过理论分... 详细信息

相位差的估计精度是影响深空网天线组阵中信号合成性能的关键因素。利用天线组阵SUMPLE或SIMPLE相关算法中相位差估计值之间的几何关系,提出了相位差变化率的最小二乘估计,并在此基础上提出了相位差的递推最小二乘滤波方法。经过理论分析和仿真实验表明,所提出的方法能够大大提高相位差的估计精度;对于给定的例子,估计精度提高了接近两个数量级。相位差经滤波后,天线阵的信号合成性能显著增强,从而大大提高对深空通信中微弱信号的数据接收能力。

关键词：天线组阵相位差信号合成最小二乘估计

天线组阵中基于循环相关的BPSK信号合成方法研究

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电子学报 2011年第9期39卷 2080-2085页

作者：孔德庆李春来施浒立中国科学院国家天文台北京100012

深空网天线组阵中的干扰信号会严重影响信号的合成性能.针对全频谱合成方式下的SIMPLE合成算法,推导了干扰相关时合成信号的信噪比计算公式.分析了基于循环互相关的载波相位差估计方法,提出了BPSK信号循环自相关的相位差估计方法,并首... 详细信息

深空网天线组阵中的干扰信号会严重影响信号的合成性能.针对全频谱合成方式下的SIMPLE合成算法,推导了干扰相关时合成信号的信噪比计算公式.分析了基于循环互相关的载波相位差估计方法,提出了BPSK信号循环自相关的相位差估计方法,并首次将两种方法应用到了天线组阵信号合成技术中.理论分析和仿真实验表明,在不增加额外计算量的基础上,循环互相关和自相关都具有较高的相位差估计精度和抗干扰能力.循环自相关比循环互相关具有更好的低信噪比相位差估计性能和信号合成性能,以及更低的天线间数据传输速率;而循环互相关具有更广的循环频率选择范围.

关键词：天线组阵干扰抑制 BPSK信号循环相关

基于并行计算的PCAL信号相位实时提取系统设计

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系统工程与电子技术 2024年

作者：李雪健陈永强马宏刘杨王育欣焦义文智能化航天测运控教育部重点实验室(航天工程大学) 浙江工业大学机械工程学院宇航动力学国家重点实验室(西安卫星测控中心) 航天工程大学电子与光学工程系

针对天线组阵设备链路中相位校准（phase calibration，PCAL）信号的高效率相位提取这一需求，首先针对传统基于快速傅里叶变换（fast Fourier transform algorithm，FFT）的PCAL信号相位提取方法中存在的相位卷绕和计算效率低的问题，... 详细信息

针对天线组阵设备链路中相位校准（phase calibration，PCAL）信号的高效率相位提取这一需求，首先针对传统基于快速傅里叶变换（fast Fourier transform algorithm，FFT）的PCAL信号相位提取方法中存在的相位卷绕和计算效率低的问题，提出了基于最佳FFT分辨率的改进PCAL信号真实相位提取方法。为进一步提高PCAL信号相位提取的计算效率，将该方法与国产深度计算单元（deep computing unit，DCU）并行计算技术相结合，提出了基于并行计算的改进PCAL信号真实相位提取方法，并基于该并行方法设计并实现了一种基于并行计算的PCAL信号相位实时提取系统。针对上述改进方法及实时系统进行了实验验证，大量实验结果表明，基于最佳FFT分辨率的改进PCAL信号真实相位提取方法相比传统基于FFT的PCAL信号相位提取方法约有3倍的加速比，基于并行计算的改进PCAL信号真实相位提取方法将加速比再提升一个数量级，基于并行计算的PCAL信号相位实时提取系统可实现对有效带宽2.2 GHz及以下、信号间隔1 MHz、量化位数8 bit的PCAL信号相位实时提取。此外，设计的实时系统亦适用于其它变频设备的链路标校中。

关键词：相位提取相位校准信号天线组阵并行计算实时系统设计

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面向天线组阵的光载微波光纤稳定传输技术

光学学报 2023年第15期43卷 88-96页

作者：董毅魏伟王喜谢玮霖谈仲纬薄天外北京理工大学光电学院信息光子技术工业和信息化部重点实验室北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 浙江嘉兴314011

光载微波光纤稳定传输技术解决了天线组阵中所需的延时(或相位)稳定的微波信号远距离分配难题,在多天线协同的新一代微波测量中具有不可替代的作用。本文介绍了光载微波光纤稳定传输的基本理论,分析了制约传输稳定性的关键因素,并展示... 详细信息

光载微波光纤稳定传输技术解决了天线组阵中所需的延时(或相位)稳定的微波信号远距离分配难题,在多天线协同的新一代微波测量中具有不可替代的作用。本文介绍了光载微波光纤稳定传输的基本理论,分析了制约传输稳定性的关键因素,并展示了基于相位预补偿和基于光延时校正的提高传输稳定性的技术途径。通过光电双外差混频的相位检测高灵敏地感知光纤链路延时变化,并分别利用微波相位调控和光延时调控来对这一变化进行高精度的补偿,最终实现了多路时间抖动在数十fs量级的高稳定光载微波传输,为天线组阵等多天线协同微波测量中的信号级同步提供了有效的解决方案。

关键词：光纤光学天线组阵光载微波微波光子光纤传输