基于轨道角动量谱分解的多通道水声通信及系统实现

水声通信能够实现信息的长距离传输,在深海探索和军事领域发挥重要作用.然而,由于换能器带宽和声波波长的影响,水声通信的发展与应用受到传输衰减大和信道容量低以及频谱利用率不足的限制.本文结合复用涡旋声束(AV)和轨道角动量(OAM)谱分解技术,研究了基于环形收发阵列的多通道水声通信方法,并系统实现.基于发送数据的ASCII编码,利用全息信号的幅度和相位调制,驱动环形换能器阵列发射沿轴传输的多通道OAM复用涡旋声束,并通过环形换能器阵列的信号采样和OAM谱分解完成复用涡旋声束的OAM模态解码,实现了高效的并行数据传输.构建了8声源环形收发阵列和全息相控系统,开展了6通道水声通信研究,成功实现了复用涡旋声场的实验测量和OAM解码,并与传统单通道二进制串行数据通信进行性能比较.理论和实验结果证明,基于OAM谱分解的通信通道数由发射阵列的阵元数N决定,其解码精度由发射信号的相位精度和接收阵列的阵元数决定;阵元数N≥1的大阵列系统在满OAM模式复用条件下的传输速率约为传统水声通信的N倍.本研究表明基于OAM谱分解的多通道通信可大幅提高信道容量和频谱利用率,为其在水声通信中的实际应用提供了一种实用方案...     

等衰落轨道角动量索引调制系统的信道容量性能分析

射频轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)提供了一种可以在同一载波频率物理信道上复用一组正交模式以提高信道容量的方法。现有研究大多专注于信道容量提升,对系统复杂度的研究相对较少。在基于均匀圆形阵列(uniform circular array,UCA)的OAM通信系统中,发射机需要完成大量调制运算以生成OAM信号。于是,提出了一种等衰落轨道角动量索引调制(equal fading orbital angular momentum index modulation,EOAM-IM)方案,其中,IM有效降低了OAM调制运算复杂度,且等衰落发射机也保证了不同模式OAM子信道传输增益。此外,还详细推导了所提EOAM-IM方案的系统信道容量。仿真结果表明,所提EOAM-IM方案能以更低的调制复杂度获得比传统OAM方案更高的信道容量。     

一种用于产生OAM波束的集成圆极化天线阵列

提出了一种在S波段内产生轨道角动量(OAM)波束的集成圆极化微带天线阵列.天线采用同轴馈电的方式.为了获得良好的圆极化特性,利用CST软件对天线结构参数进行了仿真优化分析,最终确定天线整体尺寸为0.416λ_0×0.416λ_0×0.026λ_0,3-dB轴比带宽为3.79～3.85 GHz,S_(11)-10 dB的工作带宽为3.74～3.96 GHz.该天线结构简单紧凑,易于实现.天线阵列由6个相同的圆极化天线组成,相邻阵列单元沿顺时针方向旋转60°,通过仿真和实验结果得知,在对阵元进行等幅、等相位的馈电的条件下,该天线阵列能够产生模态l=-1的OAM波束,这能够有效避免复杂馈电网络结构的设计.     

基于相位控制超构表面的OAM 阵列天线RCS减缩研究

设计了一款基于相位控制超构表面的低雷达散射截面(RCS)轨道角动量（OAM）阵列天线，该天线由四元缝隙耦合微带天线组成，通过馈电网络为各单元馈送幅度值相等，相位值依次为0°、90°、180°、270°的激励，实现了1模态的OAM辐射效果。根据相位相消减缩RCS的原理，以2种人工磁导体单元为基础，构建了超构表面，以棋盘布阵的形式加载到阵列天线周围，实现了天线RCS的有效减缩。仿真结果表明：阵列天线的工作带宽为4.22~5.16 GHz，增益为8.91 dBi；阵列天线在5.3~7.0 GHz实现了8 dB的RCS减缩，在5.35~6.05 GHz实现了10 dB的RCS减缩。     

用于二维角度估计的新型阵列结构及性能分析

为提高天线在低信噪比情况下的波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计能力和估计精度,基于柱形多层均匀圆阵,提出了一种新型锥形多层均匀圆阵。将该阵列在锥面各条母线上的阵元等效为均匀线阵,并将各线阵上接收的数据构成新的阵列流形矩阵。对比分析2种阵列流形的克拉美罗界(Cramer-Rao bound,CRB),得出该阵列在低信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)、大仰角情况下相对柱形多层均匀圆阵可以获得更高的估计精度和估计成功概率。在仿真中,用二维多重信号分类(Two-Dimensional Multiple Signal Classification,2-D MUSIC)算法验证了该阵列在多信源、低信噪比和大仰角时的优越性,同时给出了空间角对该阵列DOA估计性能的影响。     

基于混合整数有向差分进化算法的平面麦克风阵列几何优化

针对多约束条件下阵列优化过程中运算复杂和波束指向固定的问题,本文提出一种基于混合整数有向差分进化(MIDDE)算法的综合方法。首先,通过几何变换减少优化目标数量,缩小寻优空间,降低运算复杂度;其次,对差分进化(DE)算法的变异过程引入随机选择与排序策略,提高搜索速度与精度,并改进边界约束处理方式,提高边界搜索能力。最后,用MIDDE算法优化基于正则化稳健超指向波束形成器的目标函数。仿真结果表明,在白噪声增益(WNG)受约束的情况下,优化阵列可在宽波束指向角范围内获得较高的方向性因子(DF),且显著高于相同阵元数的规则阵列,该方法可有效提高阵列性能。     

一种基于Khatri-Rao子空间的非均匀稀疏阵列

基于Khatri-Rao(K-R)子空间提出一种提升阵列自由度的非均匀阵列排布方式,即新型嵌套阵列。新型嵌套阵列由大小2个均匀线阵(ULA)构成,较大ULA的阵元间隔取决于较小ULA的阵列长度。相较于自由度为O N()的N阵元ULA,N个阵元的新型嵌套阵可通过在K-R子空间中得到阵元数为N2(/2+N-1)的虚拟ULA,将阵列自由度提升至O N2(),大大提高了分辨多信源的能力。同时由于阵元稀疏排布,N个阵元的新型嵌套阵的有效孔径大于N阵元ULA,使新型嵌套阵列分辨临近目标的能力优于ULA。在通过K-R子空间得到虚拟ULA的稀疏阵列流型中,新型嵌套阵列是自由度提升最大的方式之一,且在低信噪比和小快拍数情况下依然有较好性能。     

基于块操作的最小二乘解扩重扩多目标阵列算法

在最小二乘解扩重扩多目标阵列算法(LS＿DRMTA)的基础上,提出了基于块操作的最小二乘解扩重扩多目标阵列算法(BLS＿DRMTA),对该算法的性能进行了仿真,仿真的结果表明,在同等条件下,无论是信扰比还是误码率,BLS DRMTA算法均优于LS＿DRMTA算法.     

基于迭代加权?q范数最小化的稀疏阵列综合方法

摘 要：针对非均匀稀疏阵列综合问题,提出一种利用迭代加权?q(0相似文献   

基于Fourier变换非一致间距阵列的一种合成法

基于阵列图及其分布间的Fourier关系，作者提出了非一致间距阵列的一种合成方法。在Fourier关系下，通过抽样一个给定的阵列图，就能使用FFT(快速Fourier变换)得到其近似连续的阵列分布。为提高改善阵列图的性能，提出一个算式用于决定非一致间距阵列的空间间隔，从而在合成的阵列中保持更多的能量。该方法简单且易于应用。     

混合MIMO-相控阵雷达目标高分辨成像

为了兼顾相控阵雷达成像和多输入多输出雷达成像的优势，提出一种基于混合MIMO-相控阵技术的多目标高分辨成像方法。将传统MIMO雷达中的每个单阵元发射天线都用一个工作在混合MIMO-相控阵模式的发射阵列（TA）来代替，每个TA根据目标数量和目标方向划分为多个子阵（SA），每个SA内部阵元工作于相控阵模式并形成指向某个方向目标的发射波束，而各个SA之间发射彼此正交的波形，从而工作在MIMO模式。对各SA的回波信号进行波束形成处理以获得更高的信噪比和信干比增益。在此基础上，结合字典优化、正交匹配追踪和参数化稀疏表征方法，分别提出单次快拍高分辨成像和多次快拍高分辨成像方法。仿真结果表明:所提方法能够获得更好的成像性能和成像实时性。     

采用传播图论建模方法的Massive MIMO室内场景传播特性

大规模多天线(Massive MIMO)技术在基站端配置大规模天线阵列,能够大幅度提升数据传输速度和系统容量,实现无线传播信道中的空间和时间资源的最大化利用.有关Massive MIMO无线传播信道的研究,对大规模多天线的应用、系统的设计与部署具有重要意义.本文采用传播图论信道建模的方法,研究Massive MIMO在实际传播信道中的性能表现,既能很好的避免信道实测带来的繁重工作,又能有效反映Massive MIMO的无线信道衰落特性.分别在高频点6GHz和低频点1.472 5GHz对选定的室内传播场景进行了信道建模与仿真,由传播图论建模方法得到了信道冲激响应,并进行参数提取,分别从角度域和时延域分析了大规模多天线系统的信道传播特性,并通过分析信道奇异值扩展的分布,证明了实际传播环境中天线数目增多信道的正交性显著增强.     

互耦效应对天线阵单元间相关性的影响

分析了互耦效应对多天线性能的影响,通过网络等效分析法对天线模型进行简化分析,得出阻抗矩阵和收发端的耦合矩阵。推导出互耦效应时天线阵元空间相关性的通用表达式,并论证了它与无互耦时空间相关性的关系。研究了互耦效应分别对平行天线阵列和共线天线阵列阵元间空间相关性的影响。仿真分析表明,互耦效应对于两种天线阵列的影响显著不同,适当的选择天线阵列可以有效地改善互耦效应对于系统性能的影响。     

Performance Evaluation of a Four-Element Antenna Array with Selection Circuits for Adaptive MIMO Systems

Reconfigurable antenna arrays increase the flexibility of adaptive MIMO systems. At present, most designs have adopted antenna arrays with reconfigurable elements. However, antenna selection is also an effective method, which has not been fully investigated. In this paper, the potential benefits of a four-element antenna array with selection circuits in the UMTS band (1920–2170 MHz) are explored. The array has eight pin-diodes embedded in the feeding network to select any sub-set of elements. For evaluation, an adaptive MIMO system was set up and a measurement campaign was taken in an indoor multi-path environment. The measurements were performed over a 300 MHz bandwidth centered at 2.05 GHz, covering the UMTS band. The results show that different channel conditions prefer different antenna array configurations. Therefore, in varying channel conditions the antenna array can support antenna selection algorithms to select the best sub-set of elements to increase channel capacity.     

干涉式微波成像仪地面实验系统天线阵列设计

为提出二维干涉式微波成像仪的可行方案,通过地面实验,开展利用二维合成孔径技术直接成像的研究,验证部分相关和二维成像机理及算法,检验系统的空间分辨率和温度分辨率,具有重要的科学意义。本文对二维干涉式微波成像仪地面实验系统的天线阵列进行了稀疏孔径设计。设计目标是:考虑方案的物理可实现性,即平台应用中的工程技术约束条件,在能够得到同样的空间频域覆盖的情况下,采用尽量少的干涉天线单元。理论分析和数值模拟结果表明,设计后的天线阵列满足了地面实验系统工程设计要求;设计后,6单元阵列实现了零冗余,7单元阵列冗余度仅为9.1%;空间频域的采样点对空间频域覆盖的完备性良好,为有效地进行亮温图像反演提供了可靠的可见度函数。     

Efficient Signal Separation Method Based on Antenna Arrays for GNSS Meaconing

As an effective deceptive interference technique for military navigation signals, meaconing can be divided into two main types: those that replay directly and those that replay after signal separation. The latter can add different delays to each satellite signal and mislead the victim receiver with respect to any designated position,thus has better controllability and concealment capability. A previous study showed there to be two main spatial processing techniques for separating military signals, whereby either multiple large-caliber antennas or antenna arrays are used to form multiple beams that align with all visible satellites. To ensure sufficient spatial resolution,the main lobe width of the antenna or beam must be sufficiently narrow, which requires the use of a large antenna aperture or a large number of array elements. In this paper, we propose a convenient and effective signal separation method, which is based on an antenna array with fewer elements. While the beam of the array is pointing to a specified satellite, the other satellite signals are regarded as interference and their power is suppressed to a level below the receiver's sensitivity. With this method, the number of array elements depends only on the number of visible satellites, thus greatly reducing the hardware cost and required processing capacity.     

多输入多输出系统发射天线选择对系统信道容量的影响

针对多输入多输出(MIMO)系统信道矩阵秩亏引起信道容量下降的问题,基于信道容量上限提出了一种发射天线选择方法.该方法利用信道矩阵与发射空间相关矩阵秩相同的特点,重新构建了蕴含模型物理参数的信道模型.在对空间相关矩阵QR分解的基础上,采用随机矩阵理论推导了迫零接收机信噪比的概率密度函数,从而得到了MIMO系统信道容量的上限.该方法不需要已知信道的瞬时状态信息,只取决于衰落的空间相关,计算的复杂度较低,易于实现.仿真结果表明:在低散射环境中,适当地选择发射天线可以使系统的信道容量增加约1 b/s;当接收信噪比大于6.5 dB时,发射端采用均匀圆阵系统的性能要优于采用均匀线阵系统的性能.     

矿井MIMO-OFDM通信系统的信道建模与仿真

在已有矿井MIMO信道模型的基础上,提出了一种基于Nakagami衰落的矿井MIMO空间相关信道模型建模方法。基于Nakagami衰落的非相关MIMO信道,通过计算收发天线间的空间相关性生成MIMO空间相关信道。对所建信道模型的空间相关性及信道容量进行仿真分析。仿真结果证明:MIMO信道的空间相关性随收发端天线单元间距的增大而减小;MIMO信道容量与信道空间相关性以及收发端天线数目有关;减小信道的空间相关性或者增加天线数目,可增加MIMO信道容量。基于Nakagami衰落的矿井MIMO空间相关信道模型适用于矿井无线通信系统。