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卷积神经网络STAP低空风切变风速估计

电子与信息学报 2024年第8期46卷 3193-3201页

作者：李海张强周桉宇熊玉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

由于机载气象雷达前视阵下存在非均匀性地杂波,导致难以获得足够的独立同分布样本,影响杂波协方差矩阵准确估计,进而影响风速估计。对此,该文提出一种基于卷积神经网络STAP的低空风切变风速估计方法,通过少量样本就能够实现高分辨杂波... 详细信息

由于机载气象雷达前视阵下存在非均匀性地杂波,导致难以获得足够的独立同分布样本,影响杂波协方差矩阵准确估计,进而影响风速估计。对此,该文提出一种基于卷积神经网络STAP的低空风切变风速估计方法,通过少量样本就能够实现高分辨杂波空时谱估计。首先,基于卷积神经网络模型训练好高分辨杂波空时谱卷积神经网络,接着计算杂波协方差矩阵,进而计算卷积神经网络STAP最优权矢量进行杂波抑制,达到对低空风切变风速精确估计。该文在小样本情况下,将稀疏恢复问题通过卷积神经网络实现,完成对高分辨杂波空时谱有效估计,仿真实验结果表明该方法可以有效估计空时谱,并完成风速估计。

关键词：机载气象雷达卷积神经网络低空风切变风速估计

禁飞区约束的CSTBC无人机中继通信系统航迹优化

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北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 729-738页

作者：刘海涛刘晓畅黄金凤李冬霞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

中继无人机的飞行路径对无人机中继通信系统的链路传输可靠性具有重要影响。为提高无人机中继通信系统链路传输的可靠性,提出协作空时分组编码(CSTBC)无人机中继通信方案,并以链路中断概率最小化准则为基础,提出中继无人机的航迹优化方... 详细信息

中继无人机的飞行路径对无人机中继通信系统的链路传输可靠性具有重要影响。为提高无人机中继通信系统链路传输的可靠性,提出协作空时分组编码(CSTBC)无人机中继通信方案,并以链路中断概率最小化准则为基础,提出中继无人机的航迹优化方法;理论分析给出系统遍历容量和分集增益;为保障中继无人机飞行安全,并获取信道的分集增益,提出无人机禁飞区规避方法。结果表明:协作空时分组编码无人机中继通信系统可充分获取信道的分集增益,改善无人机中继通信系统链路传输的可靠性。

关键词：协作通信无人机中继通信空时分组编码禁飞区规避航迹优化

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一种双天线GNSS接收机混合干扰抑制方法

信号处理 2024年第8期40卷 1544-1555页

作者：王文益陈豪杰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

相对于单天线GNSS接收机,阵列GNSS接收机具有空间分辨能力,当干扰信号与卫星信号在时域频域上产生混叠时,其能够从空域上对干扰信号进行抑制,具有更强的干扰抑制能力。但阵列GNSS接收机相对于单天线GNSS接收机需要更多的阵元,随着阵元... 详细信息

相对于单天线GNSS接收机,阵列GNSS接收机具有空间分辨能力,当干扰信号与卫星信号在时域频域上产生混叠时,其能够从空域上对干扰信号进行抑制,具有更强的干扰抑制能力。但阵列GNSS接收机相对于单天线GNSS接收机需要更多的阵元,随着阵元数目的增加,系统成本也相应的增加,限制了阵列GNSS接收机的应用范围。双天线GNSS接收机既具有空域抗干扰能力,同时又具有价格低廉的特点,是一种较好的折中选择。对于单一的连续波干扰,其能够产生很好的抑制效果,但是当连续波干扰中混有脉冲干扰时,由于受到自由度的限制,双天线GNSS接收机无法对混合干扰进行有效抑制,进而影响接收机的正常工作。针对于上述问题,本文提出一种新的混合干扰抑制算法。首先利用脉冲的时域特征,对待处理信号进行分块处理,确保至少有一个数据块中不含有脉冲干扰,随后对不含脉冲干扰的数据块,使用空时最小功率(Space-Time Adaptive Processing Power Inversion,STAP-PI)算法得到最优权值,然后利用该权值抑制原信号中的连续波干扰。最后,对处理之后信号中残余的脉冲干扰进行时域置零处理,从而达到抑制混合干扰的目的。仿真实验和实采实验结果均证明了所提算法的有效性。

关键词：卫星导航混合干扰空时最小功率时域置零

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机载双极化气象雷达雷暴回波仿真与验证

信号处理 2024年第9期40卷 1728-1737页

作者：李海周桉宇陈南南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

雷暴是一种短暂而剧烈的强对流天气,常伴有闪电、冰雹、强降水等危险天气,对民航飞机的飞行安全造成巨大威胁。机载气象雷达作为保证飞行器飞行安全必备的装备,用于探测与显示航路附近的实时气象信息,辅助机组人员规避危险气象。由于极... 详细信息

雷暴是一种短暂而剧烈的强对流天气,常伴有闪电、冰雹、强降水等危险天气,对民航飞机的飞行安全造成巨大威胁。机载气象雷达作为保证飞行器飞行安全必备的装备,用于探测与显示航路附近的实时气象信息,辅助机组人员规避危险气象。由于极化技术在气象探测方面的优势,双极化雷达成为机载气象雷达的发展方向。但是雷暴天气具有发展迅速、变化复杂,危险性高等特点,使得获取实测机载双极化气象雷达雷暴回波数据困难。为了解决这一问题,本文基于机载双极化气象雷达提出一种雷暴回波仿真方法并进行验证。方法首先利用数值预报模式WRF模式(Weather Research and Forecasting)对雷暴气象场景进行模拟;然后使用T-Matrix方法计算气象粒子的单个粒子散射振幅矩阵,同时结合场景内粒子的微物理特性,计算雷暴目标的反射率因子;最后应用雷达气象方程,基于机载气象雷达系统参数建立雷暴回波信号模型,实现机载双极化气象雷达雷暴回波信号仿真。最后,为检验方法的正确性和准确性,基于雷暴单体识别算法对回波仿真结果进行验证。通过仿真不同仰角下雷暴回波,实验结果表明,基于WRF模式的机载双极化气象雷暴回波仿真方法对雷暴天气具有良好的模拟能力,经单体识别算法验证,结果表明可准确体现雷暴单元的质心分布,结构属性和立体特征,对比实测数据,雷暴回波仿真结果与实测数据相吻合,实验结果具有真实性和准确性。

关键词：机载双极化气象雷达 WRF 雷暴回波仿真雷暴单体识别

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局部鲁棒预处理的DME干扰抑制方法

电子学报 2024年

作者：贾琼琼周月颖中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室

全球定位系统（Global Positioning System, GPS） L5/北斗B2/Galilea E5是全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）的重要组成部分，为民用航空提供与生命安全相关的应用服务.然而L5/B2/E5信号处于受保护的航空... 详细信息

全球定位系统（Global Positioning System, GPS） L5/北斗B2/Galilea E5是全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）的重要组成部分，为民用航空提供与生命安全相关的应用服务.然而L5/B2/E5信号处于受保护的航空无线电导航服务（Aeronautical Radio Navigation Service, ARNS）频段内（962～1213 MHz），同时工作在该频段内的还有民用航空导航系统测距机（Distance Measuring Equipment, DME）等. DME发射的大功率脉冲信号会对L5/B2/E5等卫星导航信号造成干扰，使得接收机无法正常捕获卫星信号或导致跟踪环路失锁.传统的DME干扰抑制方法通过在干扰稀疏域，如时域、频域和时频混合域进行DME干扰置零，这会在抑制干扰的同时完全消除与干扰重叠的卫星信号.为了降低DME干扰抑制对卫星信号的损失，本文提出基于鲁棒统计理论的局部鲁棒预处理的DME干扰抑制方法，根据DME干扰所在的稀疏域特性提取出存在干扰的信号片段后，应用非高斯分布下的鲁棒统计理论对提取出的数据样本进行鲁棒预处理，从而在抑制干扰的同时降低对卫星信号的影响.实验结果表明本文所提出的稀疏域局部鲁棒预处理的DME干扰抑制方法的性能优于相应的传统稀疏域方法，输出捕获因子比传统稀疏域方法提高1～2 dB.

关键词：全球卫星导航系统测距机干扰干扰抑制稀疏域鲁棒统计理论

MDAT-Net:一种融合MSC和时空注意力的TCN航迹预测方法

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：焦卫东杨蓓中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室

针对现有航迹预测模型难以有效地提取多尺度时空特征，导致预测精度受限的问题，提出一种基于融合多尺度卷积网络(MSC)和时空双重注意力(STDA)的时间卷积网络(TCN)(MDAT-Net)航迹预测新方法。MDAT-Net模型包含MSAT、MTAT航迹预测模块以... 详细信息

针对现有航迹预测模型难以有效地提取多尺度时空特征，导致预测精度受限的问题，提出一种基于融合多尺度卷积网络(MSC)和时空双重注意力(STDA)的时间卷积网络(TCN)(MDAT-Net)航迹预测新方法。MDAT-Net模型包含MSAT、MTAT航迹预测模块以及投票模块。在预测模块中，首先，为优化传统时间卷积网络中卷积核大小固定的问题，搭建由不同尺度卷积核组成的多尺度卷积架构，以此更好地提取不同尺度的时空特征。其次，为动态挖掘隐藏特征与目标特征之间的潜在相关性，引入空间注意力机制及时间注意力机制来自适应地关注重要信息，跳过次要信息。最后，在投票模块中决定各维度使用哪个模型进行预测，以此融合两预测模型的优点，实现高精度的航迹预测。实验结果表明MDAT-Net模型的RMSE的改进率最高可达83.33%，MAE的改进率最高可达85.84%，具有较高的准确性和鲁棒性。

关键词：航迹预测多尺度卷积时间卷积网络注意力机制时空特征

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雷达低信噪比旋翼无人机与飞鸟分类方法

北京航空航天大学学报 2024年

作者：王晓亮王聪生施宇翔何炜琨中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室

针对低空监视雷达如何在低信噪比条件下有效区分旋翼无人机与飞鸟的问题，论文提出了一种有效的目标分类方法。论文方法通过对雷达回波信号进行小波包分解和时频谱分割，分别提取由小波包分解和由时频谱图得到的子带统计特征，利用子带... 详细信息

针对低空监视雷达如何在低信噪比条件下有效区分旋翼无人机与飞鸟的问题，论文提出了一种有效的目标分类方法。论文方法通过对雷达回波信号进行小波包分解和时频谱分割，分别提取由小波包分解和由时频谱图得到的子带统计特征，利用子带统计特征构建特征向量并用支持向量机进行分类，通过分析不同统计特征分类性能的差别，优选出小波包分解子带能量比和时频谱图子带均值作为分类特征构建最终支持向量机分类器所用的特征向量。实验结果表明，该方法在低信噪比条件下分类旋翼无人机与飞鸟的准确率较其它常见方法有显著提升。

关键词：旋翼无人机飞鸟目标小波包分解时频分析子带统计特征

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机载双极化相控阵气象雷达气象目标回波仿真

系统工程与电子技术 2024年

作者：李海陈禹同熊玉中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室

本文提出一种机载双极化相控阵气象雷达气象目标回波仿真方法，方法首先通过天气预报模式仿真得到气象场景信息，其次分析极化相控阵偶极子阵元的极化特性以及降水目标的散射特性，将两者结合计算极化偶极子阵元在发射接收过程以及降水... 详细信息

本文提出一种机载双极化相控阵气象雷达气象目标回波仿真方法，方法首先通过天气预报模式仿真得到气象场景信息，其次分析极化相控阵偶极子阵元的极化特性以及降水目标的散射特性，将两者结合计算极化偶极子阵元在发射接收过程以及降水目标散射过程中的电场极化性质，得到气象目标的偶极子极化散射矩阵，最后结合气象场景信息和偶极子极化散射矩阵，运用雷达气象方程得到相控阵参考阵元的回波信号，进而得到双极化相控阵雷达全阵元的气象目标回波信号。仿真得到的结果与实测结果对比，验证了方法的可靠性。

关键词：机载气象雷达相控阵双极化气象目标雷达回波仿真

OFDM-UAV中继广播通信系统航迹优化方法

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西安电子科技大学学报 2024年第4期51卷 91-101页

作者：李冬霞孟燕黄庚铭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

为了提高无人机中继广播通信系统的性能,针对频率选择性衰落信道,考虑基站到无人机以及无人机到用户的全通信链路,提出了基于正交频分复用(OFDM)技术的无人机中继广播通信系统航迹优化方法。首先提出了基于OFDM的无人机中继广播通信传... 详细信息

为了提高无人机中继广播通信系统的性能,针对频率选择性衰落信道,考虑基站到无人机以及无人机到用户的全通信链路,提出了基于正交频分复用(OFDM)技术的无人机中继广播通信系统航迹优化方法。首先提出了基于OFDM的无人机中继广播通信传输模型,对单用户节点中断概率和系统平均中断概率进行理论分析并给出近似计算公式;然后以平均中断概率最小化和最大用户中断概率最小化为优化准则,提出无人机的航迹优化方法并分析了各因素对系统中断性能的影响;最后通过计算机仿真,证明了所提航迹优化方法正确有效。研究表明:在多径信道下,基于OFDM的无人机中继广播通信系统能有效克服频率选择性衰落,且译码转发方式下的连通性优于放大转发方式;基于平均中断概率最小化准则得到的系统中断性能优于最大用户中断概率最小化准则。

关键词：无人机中继广播通信正交频分复用航迹优化中断概率