QTT超宽带多波束信号接收与处理系统

新疆奇台拟建的110 m全可动射电望远镜(QiTai Radio Telescope, QTT),主要用于脉冲星观测、引力波及黑洞探测、恒星形成和星系起源等基础科学研究领域.为了满足众多科学需求,将配备各种超宽带、多波束、高灵敏度接收机与处理系统,其主要功能是将射电望远镜收到的微弱的电磁波信号经接收机放大、滤波、变频之后在数字终端进行处理.由于该系统决定了射电望远镜的工作带宽、瞬时带宽和视场,并与灵敏度具有紧密联系,因此作为该大型射电望远镜的重要组成部分,对于望远镜的性能具有至关重要的作用.本文具体展示了QTT超宽带多波束信号接收与处理系统配置方案和主要性能指标,系统地论述了QTT接收机与信号采集与处理系统初步技术方案,分析了信号接收与处理系统的关键技术问题.     

基于IEEE UWB标准信道模型的RAKE接收机性能仿真

超宽带信号经多径信道传播会产生严重的时间弥散.采用RAKE接收是提高超宽带接收机性能的重要手段.基于IEEE 802.15.3a信道模型,针时脉冲位置调制(PPM)跳时超宽带信号(TH-UWB)系统,对采用RAKE接收机接收时的单用户系统和多用户系统的性能进行了比较分析,并给出了仿真结果.     

包络分析在超宽带信号采集中的应用

室内环境下超宽带信号具有丰富的多径分量,在时域中这些分量表现出簇（cluster）的形式,簇在时域上类似于幅度调制,可采用包络分析法对其进行分析.介绍了利用小波变换进行超宽带信号包络分析的方法,给出了接收信号包络的时域表达式,并对低信噪比下超宽带信号进行了包络提取,结果显示该方法实现了簇内多径分量的合并,并具有很强的去噪作用.包络分析方法对于那些难以建立模型的传输环境以及能够建立模型但难以提取参数的场合下超宽带信号的采集具有重要的意义,它指出了传统的包络分析技术可用于超宽带信号的采集.     

基于多波束接收机的FRB实时搜寻终端设计

快速射电暴(Fast Radio Burst, FRB)是一种偶发的、瞬时射电暴,为了探测到更多的样本进行研究,本文基于多波束接收机开发了一套实时搜寻终端,该系统包括信号采集与处理、单波束信号处理、多波束信号合成与分析、探测结果存储与发布等单元,可以对多路波束信号进行同时采集和分析,利用多波束的信号参考效应消除干扰,提高探测准确率.在某射电望远镜上进行了观测实验,通过捕捉脉冲星的单脉冲信号检验了FRB信号的探测功能,结果表明该终端可实现准确、实时的FRB探测.     

导航接收机数字化射频前端的设计与验证

针对传统导航接收机射频前端在实现多频点信号接收时复杂度高、灵活性差的问题,提出了一种基于直接射频采样的数字化射频前端设计方法．该方法针对整个导航频段信号主要集中在低频和高频2个频段的特点,将这2个频段视为2个整体的带通信号,通过多带通信号采样率选择算法选定射频直采的采样率;由于采样率较高,设计了一种滤波抽取网络来降低数据速率,它利用了射频直采专用A／D可输出半采样率数据的特性,最终实现了各频点导航信号的下变频和分离．该设计方法只需修改软件就可实现多频信号接收,使得系统灵活性大大增加．实验证明该方法是有效的．     

嵌套复合阵恒定束宽波束形成的多率实现方法

提出一种嵌套复合阵恒定束宽自适应波束形成的多率子带实现方法.复合阵以处理一倍频程的多个均匀间距的线性子阵嵌套组成,多率子带的实现以通用参数滤波器组为基础.每个子阵根据所处理的子带信号带宽不同而选择不同的加权数目.这种结构的阵列处理器不仅实现了将宽带信号分解成多个较窄的子带信号来并行处理,还使每个子阵工作在较低的采样速率下,降低了处理器算法的运算量,提高了波束形成器的权值更新速度.仿真结果表明,此结构的处理器能实现恒定束宽波束形成.     

传输距离对实际量子密钥分发系统的影响

基于BB84协议原理,搭建偏振编码的长距离点对点实际量子密钥分发实验系统.利用该实验平台完成了5,10,15km 3种不同传输距离的量子密钥分发实验,并对系统主要参数实时采集进行数据分析.实验结果表明:随着发送端与接收端量子光纤信道距离的增加,在统计时间内,系统分段成码率降低,信号态和诱骗态误码率上升,系统产生的密钥量降低.     

包络分析在超宽带信号采集中的应用

室内环境下超宽带信号具有丰富的多径分量,在时域中这些分量表现出簇（cluster）的形式,簇在时域上类似于幅度调制,可采用包络分析法对其进行分析。介绍了利用小波变换进行超宽带信号包络分析的方法,给出了接收信号包络的时域表达式,并对低信噪比下超宽带信号进行了包络提取,结果显示该方法实现了簇内多径分量的合并,并具有很强的去噪作用。包络分析方法对于那些难以建立模型的传输环境以及能够建立模型但难以提取参数的场合下超宽带信号的采集具有重要的意义,它指出了传统的包络分析技术可用于超宽带信号的采集。     

ROF技术分析与发展趋势

光纤射频传输技术（ROF）是未来综合宽带通信网的最具前景的解决方案．本文介绍了ROF系统的典型系统架构与优势,分析了ROF与第三代移动通信技术系统、智能交通系统、超宽带传输系统相结合的关键技术．指出了基于ROF的宽带通信技术的发展趋势．     

基于9223模块超宽带雷达回波信号实时采集系统的设计与实现

针对超宽带探测雷达回波的采集要求,设计了一种基于9223采集模块的回波信号中频信号采集系统.该系统将穿墙雷达回波信号与本振信号进行混频处理获取可直接采样的中频信号,由计算机控制9223采集模块完成了四通道回波信号同步采集并经以太网传输至计算机;依据数据采样流程,系统给出了混凝土墙体(墙体厚度12cm)后面1米处、2米处目标回波信号.实验结果表明,该采集系统有效避免了超宽带穿墙雷达直接采样的实施难度,回波信号能有效分辨目标对应峰值,满足了超宽带数据采集系统的需求.     

陆架斜坡海域信号水平纵向相关特性实验研究

对于复杂的海洋传播环境,如波导环境扰动、各阶模态之间的干涉、环境噪声等,声信号在传播过程中波形会随空间和时间起伏变化.接收信号之间的空间相关性是直接影响阵列处理增益的重要因素之一,因此研究信号的空间相关特性对提高信号处理的性能有重要意义.本文中,利用一次海上试验测量数据对陆架斜坡海域不同位置处接收信号的水平纵向相关特性以及水平纵向相关性随船运动的起伏变化情况进行了研究.海上试验在中国南海海域开展.试验中,接收阵为一个192元水平拖曳阵,以2 m/s的速度移动,声源为一个宽带声源,深度为95 m左右,用钢缆与发射船船尾相连.实验过程中发射船停机漂泊.声源发射信号为260–360 Hz的线性调频信号.为了降低环境噪声对水平纵向相关性测量结果的影响,数据处理过程中先对接收信号进行带通滤波和匹配滤波处理.然后,将接收阵划分若干个部分重叠的短的子阵列并对各子阵接收信号进行宽带波束形成处理.最后,利用各子阵宽带波束形成输出信号计算水平纵向相关系数.结果发现,该海域接收信号水平纵向相关长度的测量结果大体分布在13–60 m的范围内,普遍小于浅海波导环境,信号水平纵向相关特性易受斜坡海域声场干涉结构和海洋波导环境起伏的影响,随空间和时间变化明显.     

宽带共形阵列信源方位与极化联合估计算法

针对共形阵列天线的宽带独立信源方位估计问题,给出了一种信源方位与极化参数的联合估计算法.首先通过短时傅里叶变换(STFT),将宽带信号划分为多个窄子带信号,然后延时接收信号,构造满足旋转变换关系的成对快拍数据,从而估计出不同子带的信号流型矩阵.在此基础上,利用各子带间的频率差异性,实现信源方位与极化参数的联合估计.所提算法适用于任意共形载体,无需参数搜索和配对,可完成二维波达方向和极化参数的联合估计,极大地降低了估计算法复杂度,具有较强的普适性与工程实现价值.计算机仿真实验验证了算法的有效性.     

基于ESPRIT法的UWB系统同步与信道联合估计

提出基于ESPRIT算法的超宽带系统同步-信道联合估计算法.首先对接收信号进行傅立叶变换,由傅立叶变换结果计算自相关函数,基于自相关函数的信号子空间构造矩阵束,把同步、多径时延估计转化成矩阵束的特征值求解问题.求解出时延后再进一步求解信道参数.     

新疆天文台脉冲星数据检索

新疆天文台南山观测站25 m射电望远镜(简称NSRT) 2002年L波段常温接收机制冷改造完成后,脉冲星观测系统灵敏度达到了0.4 m Jy,实现了200多颗脉冲星的常年监测. NSRT通过近20年的观测产生了大量有价值的科学数据.南山观测站脉冲星数据通过300 Mb/s专线传输到70 km外的新疆天文台本部数据中心进行长期存储,通过南山观测站及新疆天文台本部的数据存储系统实现了脉冲星数据的远程异地容灾备份.元数据提取、数据归档及发布由位于新疆天文台本部的数据发布系统完成,截至2018年11月底已发布脉冲星观测数据87000多条,最大文件1 GB,脉冲星数据格式为PSRFITS.脉冲星数据服务提供了锥形检索及多目标约束检索,数据发布基于虚拟天文台标准并已将脉冲星数据服务注册到国际虚拟天文台联盟,用户可通过标准虚拟天文台工具实现检索、访问与处理.     

基于GPRS的无线数据采集及短消息报警系统设计

设计一种基于GPRS的无线数据采集及短消息报警系统.本系统由无线射频数据采集通信模块、无线射频遥控模块、数据采集A/D转换模块、GPRS模块等组成,用于完成环境数据的采集、处理和传输.该系统由1个主站及5个独立子站组成,采集的变电站变压器6路电流值用无线的形式统一到同一个平台上进行数据处理,并通过GSM网络由手机用户进...     

基于GPRS的无线数据采集及短消息报警系统设计

设计一种基于GPRS的无线数据采集及短消息报警系统.本系统由无线射频数据采集通信模块、无线射频遥控模块、数据采集A/D转换模块、GPRS模块等组成,用于完成环境数据的采集、处理和传输.该系统由1个主站及5个独立子站组成,采集的变电站变压器6路电流值用无线的形式统一到同一个平台上进行数据处理,并通过GSM网络由手机用户进行电流监控、查询和管理.     

一种基于IWOLA的脉冲星消色散数字终端设计

在基于FPGA的脉冲星消色散数字终端中,为了解决片内高速RAM资源的系统设计瓶颈,提出了一种基于IWOLA算法的多相滤波器组(PFB),并基于该算法构建了一种针对宽带实输入信号的脉冲星消色散数字终端.该数字终端通过约简多子带进行处理.理论分析结果表明,该数字终端节省了系统对高速RAM和后续信号处理单元的需求,在保证时间分辨率的前提下提高了频率分辨率.另外,该数字终端计算效率高,且克服了基于PDFT算法的系统设计缺陷.当脉冲星消色散终端中FFT模块的长度为8 192时,基于IWOLA算法的脉冲星消色散数字终端最大节省了25%的BRAM资源.仿真实验结果表明,该系统的性能满足设计要求.     

基于卷积神经网络的宽带合作频谱感知

利用认知无线电网络中的多个次用户所能提供的大量频谱观测数据,提出一种基于卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）的宽带合作频谱感知方案。宽带频谱感知旨在灵活地检测跟踪目标宽带授权频段上的可供使用的频谱空穴,该方案考虑利用宽带频谱上被占用的子带与未被占用的子带之间在信号能量及占用位置方面所体现出的类别差异,通过设计一种CNN模型并基于此对频谱观测数据进行训练学习,得到频带占用模式分类模型,从而实现宽带合作频谱感知。仿真结果证明,与传统的基于能量检测技术和典型机器学习（machine learning,ML）分类算法的宽带合作频谱感知方案相比,该方案在检测性能上具有较大的优势,特别是在低信噪比环境下的检测性能。     

一种射频宽带低噪声放大器的设计

提出了一种射频宽带低噪声放大器的实现方式,使用宽带电流反馈型运放和宽带低噪声电压反馈型运放完成了0d B~60d B增益连续可调.由于输入信号幅度小、带宽宽,系统通过屏蔽盒进行处理提高了自身的稳定性和抗干扰能力.输入电压最小峰峰值2m V,3d B带宽达0.3MHz~150MHz,最大输出正弦波有效值1.8V,在1MHz~100MHz频带内增益起伏小于1d B,性能优良,可广泛用于电子对抗、战术武器制导以及无线通信中.     

适用于声回声抵消的过采样实值子带结构的研究

在语音通信中,声回声抵消技术是一种用于消除在扬声器与传声器共存情况下所产生的回声干扰的技术.在声回声抵消系统的实现过程中,可以通过子带技术来提高系统的性能,并减小算法本身的运算量.常见的子带算法多是基于复值实现的,而复数运算往往会给系统的实现带来一些麻烦.提出了一种适用于声回声抵消系统的过采样实值子带算法,该子带算法通过通用离散傅立叶变换对全通带输入信号进行调制,然后将各频带内的信号通过原型低通滤波器同时降采样处理得到各复值子带信号,然后采用共轭调制分量对各复值子带信号对进行的单边带调制,保持子带信号的共轭特性,取信号实部进而实现了实值子带信号.通过对该实值子带算法的运算量进行分析表明,该算法避免了各子带内系统对复数的处理的复杂性,并达到子带内系统运算量减半的目的.算法仿真实验结果表明:该算法与复值子带算法的性能相当,具有实时性好、可靠性高、实现简单等特点,适用于声回声抵消系统等.