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基于信号特性的宽带航空数据链信号来向估计方法

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信号处理 2022年第7期38卷 1458-1466页

作者：王磊孙海霞刘明莉李冬霞刘海涛中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

l频段数字航空通信系统(l-DACS)是未来面向航路阶段的空地数据链路,其工作频段计划部署在航空无线电导航频段,与民航测距机(DME)的频谱有部分重叠,容易受到大功率DME信号的干扰,为了在抑制干扰的同时能充分利用阵列天线的增益,有必要提... 详细信息

l频段数字航空通信系统(l-DACS)是未来面向航路阶段的空地数据链路,其工作频段计划部署在航空无线电导航频段,与民航测距机(DME)的频谱有部分重叠,容易受到大功率DME信号的干扰,为了在抑制干扰的同时能充分利用阵列天线的增益,有必要提前估计出l-DACS信号的波达方向。针对航空信道特点,并考虑到机载平台高速运动导致的多普勒频移影响,将l-DACS信号建模为渐进准循环平稳信号,提出了基于渐进准循环平稳特征的l-DACS系统信号来向估计方法。仿真结果表明,该方法能够在机载平台高速运动且受DME信号干扰的场景下估计出期望信号的来向,具有较高的估计准确度和良好的低信噪比适应能力。

关键词： l频段数字航空通信系统测距仪多普勒频移循环平稳特性波达方向估计

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基于USRP的l-DACS1前向链路设计与实现

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无线电工程 2022年第4期52卷 692-698页

作者：胡文博李昊洋刘海涛中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 四川九洲空管科技有限责任公司四川绵阳621000

l-band Digital Aeronautical Communications System 1(l-DACS1)是一种基于正交频分复用传输技术的宽带航空通信系统。依据l-DACS1系统规范,在USRP N210软件无线电平台设计实现了l-DACS1前向链路发射机与接收机,并在实验室环境下开展... 详细信息

l-band Digital Aeronautical Communications System 1(l-DACS1)是一种基于正交频分复用传输技术的宽带航空通信系统。依据l-DACS1系统规范,在USRP N210软件无线电平台设计实现了l-DACS1前向链路发射机与接收机,并在实验室环境下开展了前向链路传输试验。所设计的l-DACS1前向链路传输性能与计算机仿真结果一致,验证了前向链路发射机与接收机的正确性,为后续l-DACS1系统测距仪干扰抑制的研究提供了思路。

关键词： l频段数字航空通信系统正交频分复用通用软件无线电外设前向链路传输试验

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基于软件无线电的航空数据链干扰抑制算法验证

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基于软件无线电的航空数据链干扰抑制算法验证

作者：孟龙中国民航大学

学位级别：硕士

l频段数字航空通信系统1(l-DACS1)是由美国联邦航空管理局(FAA)和欧洲航空安全组织(EUROCONTROl)提出的一种为未来航空数据通信导航提供服务的系统,其采用多载波正交频分复用(OFDM)传输技术。l-DACS1系统具有频谱利用率高、传输容量大... 详细信息

l频段数字航空通信系统1(l-DACS1)是由美国联邦航空管理局(FAA)和欧洲航空安全组织(EUROCONTROl)提出的一种为未来航空数据通信导航提供服务的系统,其采用多载波正交频分复用(OFDM)传输技术。l-DACS1系统具有频谱利用率高、传输容量大和抗干扰性能强等优点,在航空移动通信领域具有广阔的应用前景。由于l-DACS1系统部署在航空无线电导航l频段的测距机(DME)波道中央,并且其频谱与DME信号频谱相互交叠,会导致l-DACS1系统OFDM接收机的性能严重恶化,因此开展OFDM接收机脉冲干扰抑制与信号解调技术的研究具有重要意义。本文利用软件无线电平台搭建l-DACS1系统前向链路的原型系统,并在该平台上验证DME干扰抑制算法的有效性。具体研究内容如下:首先,在研究l-DACS1系统前向链路超帧结构和系统物理层协议的基础上,用MATlAB软件设计实现了l-DACS1系统前向链路发射机和接收机的原型构建;在此基础上,利用软件无线电平台Yun SDR320设计实现了l-DACS1系统前向链路的发射机与接收机,并进行联调测试;其次,加入DME干扰信号,对脉冲熄灭、脉冲限幅和压缩感知凸优化三种DME干扰抑制算法进行理论分析,并在l-DACS1系统前向链路发射机和接收机的原型系统上进行浮点算法仿真;最后,利用软件无线电平台Y320搭建算法验证平台,验证脉冲熄灭、脉冲限幅和压缩感知凸优化三种DME干扰抑制算法的有效性,并与理论仿真结果进行对比。

关键词： l频段数字航空通信系统测距机软件无线电干扰抑制算法

基于SBl的宽带航空数据链测距仪干扰抑制算法研究

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基于SBL的宽带航空数据链测距仪干扰抑制算法研究

作者：王雪中国民航大学

学位级别：硕士

l频段数字航空通信系统(l-DACS)是未来面向航路飞行阶段的空地数据链路。其内嵌于测距仪(DME)系统工作频道之间,因此两系统的工作频带存在部分交叠。l-DACS系统容易受到大功率DME信号干扰,导致l-DACS系统接收机的误比特率大幅增加,接收... 详细信息

l频段数字航空通信系统(l-DACS)是未来面向航路飞行阶段的空地数据链路。其内嵌于测距仪(DME)系统工作频道之间,因此两系统的工作频带存在部分交叠。l-DACS系统容易受到大功率DME信号干扰,导致l-DACS系统接收机的误比特率大幅增加,接收机性能急剧恶化。为解决接收机性能差的问题,本文基于稀疏贝叶斯学习(SBl)理论开展DME脉冲干扰抑制方法研究,研究内容如下:第一,搭建l-DACS系统前向链路(Fl)仿真平台,验证加性高斯白噪声信道和多径信道下DME干扰对l-DACS系统的影响。仿真结果表明:无论在AWGN信道还是多径信道,DME信号都会对整个l-DACS系统产生很大影响,从而大大降低l-DACS系统链路的传输性能。第二,基于稀疏贝叶斯学习的基础知识,提出基于SBl的DME脉冲干扰抑制方法。利用正交频分复用(OFDM)接收机上的虚拟子载波构造稀疏贝叶斯模型;然后利用SBl算法对干扰信号进行重构,最后在时域消除;通过对接收机的比特差错性能曲线和信号重构效果对比分析得出:SBl算法具有比脉冲熄灭和脉冲限幅法更优的信号恢复效果,提高了l-DACS系统链路传输性能。第三,基于块稀疏贝叶斯(BSBl)理论基础,提出基于耦合稀疏贝叶斯(PC-SBl)算法的DME脉冲干扰抑制方法。首先,利用测距仪脉冲的非稀疏特性,对接收信号进行重新分块;然后利用PC-SBl算法对DME信号进行重构,最后在时域消除DME干扰。通过对接收机的比特差错性能曲线和信号重构效果对比分析得出:PC-SBl算法具有比脉冲熄灭和脉冲限幅法更优的信号恢复效果,并且运算速度高,显著改善l-DACS系统的传输性能。第四,由于DME信号的出现具有随机性,为应对分块信息未知的情况,本文提出基于块稀疏贝叶斯-边界优化(EBSBl-BO)算法的DME脉冲干扰抑制算法。通过对信号重构效果、归一化均方误差、接收机误比特性能曲线和平均运行时间几个方面对比分析得出:当仿真环境一致时,EBSBl-BO算法对DME信号的恢复能力最强,重构误差最小,提高系统性能的能力最优。

关键词： l频段数字航空通信系统测距仪稀疏贝叶斯学习块稀疏贝叶斯学习

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宽带航空数据链系统信号来向估计方法

宽带航空数据链系统信号来向估计方法

作者：孙海霞中国民航大学

学位级别：硕士

l波段数字航空通信系统(lDACS)是未来面向航路阶段的空地数据链路,其工作频段计划部署在航空无线电导航频段,与民航测距机(DME)的频谱有部分重叠,容易受到大功率DME信号的干扰,对机载平台来说,DME干扰和lDACS信号的空间来向一般不同,因... 详细信息

l波段数字航空通信系统(lDACS)是未来面向航路阶段的空地数据链路,其工作频段计划部署在航空无线电导航频段,与民航测距机(DME)的频谱有部分重叠,容易受到大功率DME信号的干扰,对机载平台来说,DME干扰和lDACS信号的空间来向一般不同,因此可以采用空域滤波的方法进行干扰抑制和有用信号的提取。为了实现自适应干扰抑制和波束形成,有必要研究lDACS信号或DME干扰的波达方向估计方法。本文主要研究内容如下:第一,基于搭建的lDACS系统前向链路仿真平台,验证加性高斯白噪声信道和多径信道下DME干扰对lDACS系统的影响。仿真结果表明:无论在AWGN信道还是多径信道,DME信号都会对整个lDACS系统产生很大影响,从而大大降低了lDACS系统链路的性能。第二,基于阵列信号处理和循环平稳理论的基础,理论分析并仿真lDACS系统OFDM信号、DME干扰和噪声的循环平稳特性。根据OFDM信号和DME干扰循环平稳特性不同的特点,采用Cyclic-MUSIC算法能够在存在DME干扰时只估计出OFDM信号的入射方向,但当机载平台高速移动时,由于多普勒频移和航空信道的多径衰落影响,出现信号循环谱频谱偏移、频谱泄露及循环谱峰值降低等问题,Cyclic-MUSIC算法估计性能下降甚至失效。为此,将lDACS信号建模为渐进准循环平稳信号,提出了基于渐进准循环平稳特征的lDACS系统信号来向估计方法,即GACS-MUSIC算法。仿真结果表明:GACS-MUSIC算法能够在机载平台高速运动且受DME信号干扰的场景下估计出期望信号的来向,具有较高的估计准确度和良好的低信噪比适应能力。第三,基于压缩感知理论和信号来向的空间稀疏特性,构建基于压缩感知的DOA估计模型。通过正交投影将DME干扰消除。采用l1-SVD算法能够估计出OFDM信号的来向,但使用的快拍数较多。针对l1-SVD算法使用快拍数较多的问题,研究构造伪协方差矩阵,将伪协方差矩阵与l1-SVD算法结合,ISS-l1-SVD算法在单快拍且存在多个DME干扰时能够估计出OFDM信号的入射方向,但由于使用单快拍接收到的数据有限,信噪比性能有所下降。针对信噪比性能下降的问题,构造高阶伪协方差矩阵,提出ISS-HOP-l1-SVD算法。仿真结果表明:ISS-HOP-l1-SVD算法在单快拍且存在多个DME干扰时估计出了OFDM信号的入射方向,且比ISS-l1-SVD算法的信噪比适应能力强。

关键词： l频段数字航空通信系统测距仪波达方向估计循环平稳特性压缩感知

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测距仪信号功率谱及邻道泄露功率

中国民航大学学报 2024年第1期42卷 10-15页

作者：刘海涛刘莉王磊李冬霞中国民航大学天津市智能信号处理与图像处理重点实验室天津300300

为了解决宽带航空数据链频率资源匮乏的问题,l频段数字航空通信系统(l-DACS,l-band digital aeronautical communications system)将以内嵌的方式部署在航空无线电导航l频段测距仪(DME,distance measure equipment)波道间,因此,不可避... 详细信息

为了解决宽带航空数据链频率资源匮乏的问题,l频段数字航空通信系统(l-DACS,l-band digital aeronautical communications system)将以内嵌的方式部署在航空无线电导航l频段测距仪(DME,distance measure equipment)波道间,因此,不可避免产生测距仪信号干扰l-DACS系统接收机的问题。为了定量描述DME/N(distance measure equipment/normal)与DME/P(distance measure equipment/precision)信号带外泄露对lDACS系统接收机的影响,首先建立了DME/N与DME/P信号数学模型,然后理论推导出DME/N与DME/P信号的功率谱密度表达式,以此为基础研究了DME/N与DME/P信号带外泄露对邻道部署的l-DACS系统接收机的影响,最后通过计算机仿真验证了理论分析结果的正确性。研究表明:DME信号带外泄露对l-DACS系统的影响主要表现在第一邻道,DME/P信号在第一邻道内泄露功率比DME/N信号泄露功率高约10 dB。

关键词： l频段数字航空通信系统测距仪邻道干扰功率谱带外泄露功率

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