精确时延补偿的自适应旁瓣相消射电抗干扰方法研究

导航信号作为射电干扰信号影响L波段射电观测时,与雷达、通信领域的干扰不同,其功率通常小于噪声功率,使得利用干扰信号相关性的传统抗干扰方法效果不佳,且缺乏有效的评价指标。针对以上问题,依据射电信号处理流程构建了射电抗干扰系统框架,并从射电观测数据应用出发,给出了干扰抑制度和信号损失度两个指标。同时提出在精确补偿时延后利用抑制干扰子空间噪声分量的自适应旁瓣相消方法来消除导航信号的影响;仿真结果表明,本方法能有效抑制导航信号对射电观测的影响,且性能优于传统基于特征子空间的自适应旁瓣相消方法。     

射电天文自适应抗干扰算法研究

全球性卫星导航系统占用了L波段在1.1 GHz~1.6 GHz之间约150 M带宽,严重限制了射电天文在该频段的观测。将通信、雷达等领域的自适应滤波方法应用于消除"北斗二号"卫星信号给中性氢(HI)21 cm谱线观测带来的射频干扰(Radio Frequency Interference,RFI)。为了提高最小均方误差(Least Mean Square,LMS)自适应算法的性能,在对一类传统变步长最小均方误差算法研究的基础上,提出了步长与误差信号之间的一种新的函数关系,进一步改善了自适应滤波算法的性能。在相同收敛速度或者相同稳态误差的前提下,改进后的算法具有更小的稳态误差或者更快的收敛速度。计算机仿真实验结果与理论分析一致,验证了改进后的变步长自适应滤波算法在射电天文射频干扰消除中的性能优于传统算法。     

稀疏矩阵技术及其在天测与测地VLBI数据处理中的应用

介绍了稀疏矩阵的四种常见形式以及稀疏矩阵技术在天测与测地VLBI数据处理中的应用。推演了天测与测地VLBI数据综合解算中所用稀疏矩阵形式下待估参数求解和协方差矩阵估算的算法。通过对是否采用稀疏矩阵技术时方程求解 (乘法和加法 )运算对数的估算和比较 ,表明普通最小二乘方法的运算对数约为参数总数的 3次方 ,而采用稀疏矩阵技术时的运算对数近似与参数总数成线性关系 ,从而能够在现代空间对地观测技术的大样本数据处理中显著缩短计算时间。     

稀疏矩阵技术及其在天测与测地VLBI数据处理中的应用

介绍了稀疏矩阵的四种常见形式以及稀疏矩阵技术在天测与测地VLBI数据处理中的应用。推演了天测与测地VLBI数据综合解算中所用稀疏矩阵形式下待估参数求解和协方差矩阵估算的算法。通过对是否采用稀疏矩阵技术时方程求解(乘法和加法)运算对数的估算和比较，表明普通最小二乘方法的运算对数约为参数总数的3次方，而采用稀疏矩阵技术时的运算对数近似与参数总数成线性关系，从而能够在现代空间对地观测技术的大样本数据处理中显著缩短计算时间。     

基于卡尔曼滤波卫星三频信标仿真的分析研究

基于卡尔曼滤波技术,实现三频信标数据资料反演,获得二维的电离层电子密度分布。通过数值仿真分析,验证算法的可靠性,并对背景协方差矩阵的水平相关因子和垂直相关因子以及台站分布等因素进行分析研究,探索它们对电离层电子密度反演效果的影响,得到了相关结论。     

德令哈13.7m望远镜接收机抗射频干扰研究

在天文观测中,射频干扰会造成假谱,降低数据的可靠性和有效性.射频干扰消减旨在减少干扰信号对射电天文观测的影响,包含器件方面的技术革新和数据处理领域的方法研究.针对德令哈13.7 m望远镜接收机中频部分引入的射频干扰,通过优化中频器件的抗射频干扰能力,提高了接收机的整体抗射频干扰能力,以主动消除方法来减少射频干扰耦合到接收机内部.分析了接收机干扰的传输路径,提出了器件射频干扰的直接耦合系数和器件射频干扰的系统耦合系数的概念,为定位干扰敏感器件并量化干扰引入比重提供了基础.经过抗射频干扰优化后,接收机抗干扰能力改善30 dB左右,望远镜的天文观测效率提高10%以上.     

孔径阵列技术及其在射电天文中的应用

该文概述了近十余年来得到较多研究和发展的孔径阵列技术及其在射电天文中的应用,如高效馈源照明、扩大单反射面射电望远镜的视场、高效多波束、射频干扰抑制、对射电望远镜反射面缺陷的补偿等.随着孔径阵列(Aperture Array Tiles,简称 AAT)技术的日益成熟和成本的降低,AAT技术有可能成为全新一代射电望远镜(例如无反射面射电望远镜和软件射电望远镜)的基石.     

射电干扰中基于测距的定位算法研究

当前射电望远镜台址射频干扰越来越多,需尽量找到射频干扰源并予以消减。无线定位技术是查找干扰源、获取射频发射源准确位置的重要技术手段。基于测距的无线定位算法因其定位精度高、稳定性强而备受关注。对几种基于测距的无线定位算法进行研究,分析对比这几种测距定位算法的特点。通过对比,基于到达时间差(Time Difference of Arrival, TDOA)定位算法的计算复杂度低,定位精度高;基于接收信号强度(Received Signal Strength Indication, RSSI)定位算法简单易于实现。在此基础上提出了一种基于到达时间差定位算法和基于接收信号强度定位算法数据融合的测距无线定位算法,该算法在通过基于到达时间差定位算法获得多个初始位置估计值的基础上,引入以信号接收强度作为初始位置估计值的权值的数据融合方式,通过线性加权归一化处理获得一个定位精度较高的位置估计值。因信号接收强度易于获得,该数据融合算法在基于到达时间差定位算法基础上增加的计算量较小,仿真结果表明,该算法比单一的基于到达时间差定位算法降低了约20%的定位误差,有效提高了定位精度,便于快速发现射频干扰源。     

阵列接收系统的噪声温度分析

针对射电天文抗干扰技术对于射电天文观测设备灵敏度的影响,分析了评估自适应波束形成技术对阵列接收系统的噪声温度影响.首先通过噪声信号模型,获取了影响系统噪声温度变化的参数,并在此基础上研究了天线增益、接收机增益和耦合性等系统参数的不确定性对于噪声温度的影响,最后利用仿真实验分析了理想系统条件下当前主要的自适应波束形成算法对于系统噪声温度的影响.结果表明基于自适应波束形成的抗干扰方法在天文信号源和干扰信号源重合的情况下已不再适用.     

基于GPS与三轴磁强计的联合导航算法

为了修正近地轨道(小于1000 km)地磁场模型,提高导航的精度,在地磁导航系统中引入GPS作为一个新的测量设备,提出了一种基于三轴磁强计与GPS的联合导航算法．该算法取卫星的位置和速度向量作为状态向量,建立状态方程;取卫星周围的磁场强度和GPS接收的信号作为观测量,建立观测方程;并以GPS确定的轨道状态量为标准量,去估计磁场模型参数的修正量,构成冷备冗余导航算法．仿真结果表明,提出的导航算法对轨道位置的估计误差小于50 m,速度的估计误差小于0．1 m／s,导航算法的精度和收敛性都优于使用单一地磁导航的系统．     

射电频率干扰的消减

一直以来,射电天文装备不断得到升级和发展,以使其具有更好的观测性能,包括提高数据记录的时间和频率分辨率以及获得更高的接收和记录带宽等.然而与之形成矛盾的是:国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)仅为射电天文分配了非常有限的频谱资源,导致的后果是射电观测设备不可避免地受到日益增强的非天文信号的影响,后者的来源主要是人类的通信活动和日常生活,这就构成了通常射电天文中所说的射频干扰(Radio Frequency Interference,RFI).射频干扰会降低数据质量甚至导致数据无效,对科学结果的影响越来越严重.对RFI消减的需求进行分析,总结了RFI的特性、抑制和消减的技术和方案,并介绍了一些有代表性的射电望远镜(或阵列)中采用的RFI消减方法;还分析比较了4种常用方案,即预防、预检测、预相关和后相关的优势和不足.对RFI进行准确的识别和标记是减少数据损失从而有效提高数据质量的关键,也是发展RFI消减技术的最终目的.通过研究不难发现,上述4种方案的组合运用将具有更高的实用价值.近几年来,随着高速数字信号处理和高性能计算的迅速发展,依赖大量计算的实时模式下的预检测以及离线模式下从大型望远镜阵列所产生的大规模干涉相关数据中检测RFI已经成为可能.     

基于小波变换的射频干扰消除方法的研究

在射电天文观测中,射频干扰(Radio Frequency Interference, RFI)会以多种形式混入望远镜接收系统,给观测带来误判或者降低观测信噪比.近年来国内国际射电天文快速发展,国内国际大型射电望远镜和阵列先后建设,观测灵敏度大为提高,射频干扰的影响尤为突出.随着科技发展和人类活动的加剧,射频干扰日益严重且不可逆转.提出利用2维离散小波变换的方法分析射电天文观测的数据,对望远镜系统输出的时间频率序列进行小波变换,根据小波系数分离出原始信号中各分量,每个分量统计得到相应的阈值,将各分量与阈值相比较识别干扰成分并标记去除.利用该方法对实际观测数据进行了处理,结果表明该方法能够很好地标记并消减干扰信号,且提高了观测的信噪比.     

GPS信号延时相乘捕获算法的检测率仿真

对全球定位系统(Global Positioning System,GPS)信号捕获中的延时相乘捕获算法的检测率进行了仿真分析.延时相乘捕获算法消除了多普勒频偏的影响,适用于高动态环境下信号的捕获.但算法的缺点是延时相乘操作增加了噪声量,从而降低了信噪比,影响检测性能.针对算法的缺点,通过理论计算与蒙特卡罗方法仿真,分析了算法中检测变量的噪声分布.从仿真结果看,检测变量的噪声符合高斯分布.根据噪声分布,计算了在不同信号载噪比(C/N0)条件下延时相乘捕获算法的检测率与虚检率的关系.通过减小噪声带宽和延长积分时间,可以提高算法的检测率.     

GEO空间碎片光度测量标定方法的研究

基于GEO卫星、太阳和观测站的空间几何关系,建立了消除太阳赤纬角对地球同步轨道( Geostationary Orbit,GEO)卫星光学特性的影响的方法.以三轴稳定GEO盒状卫星缩比模型为研究样本,在不同太阳赤纬角下进行仿真实验光度测量,研究太阳赤纬角和相位角的空间几何关系,得出消除太阳赤纬角对其辐亮度值以及以相位角...     

太阳低频射电干涉阵的构建仿真

介绍了低频射电干涉阵的发展情况、研究领域,讨论了国际上的LOFAR、LWA和MWA等低频射电项目.借鉴当今的低频射电项目,结合云南的地理和太阳射电优势,设想在云南省内构建一个太阳低频射电干涉阵,观测频率在30 MHz～250 MHz范围内,文中仿真了太阳低频射电干涉阵(4台站),比较和分析了通过优化算法得到的阵列的UV覆盖、脏束(Dirty beam);讨论了低频射电干涉阵的观测模式、射电干扰、低频射电成像等问题;分析低频射电阵在观测太阳爆发性活动产生的日冕物质抛射(Coronal Mass Ejections,CME)、耀斑、射电爆发的可能性;通过上述的仿真和分析构建太阳低频射电干涉阵面临的问题,可以为今后建立阵列提供依据.     

星载GPS自主定轨的长期稳定性

通过模拟长达100天的星载GPS伪距观测资料,进行卡尔曼滤波定轨仿真计算．重点研究：1)采用简化的动力学模型与简化状态转移矩阵,是否保证滤波的长期稳定性；2)模型误差矩阵Q的选取对滤波定轨精度的影响；3)与事后最小二乘批处理相比较,在简化模型下自主定轨的精度．同时给出了相应的结论．     

射频干扰检测的SumThreshold算法

射频干扰(Radio Frequency Interference, RFI)是射电目标搜寻和精确分析研究的关键影响因素,因此RFI检测是相关数据处理中的一个重要环节.已有RFI检测方法可分为成分分解法、阈值分析法、机器学习类方法.从应用广泛性和可解释性方面考虑,阈值分析法最具代表性,特别是SumThreshold是近年备受关注的一个RFI检测方法.从SumThreshold方法的原理、算法设计、优化要点、适用性等方面进行介绍和探讨,以供同行参考.     

基于自适应滤波的干扰消除方法研究

射电天文信号非常微弱,电磁环境对射电望远镜观测至关重要,通常可以利用地形、建立无线电宁静区、进行电磁屏蔽与防护等手段来减小电磁干扰.然而,仍有一些干扰难以屏蔽.故提出了一种基于自适应滤波的干扰消除方法,可用于复杂噪声环境中天文信号的提取.该方法借助自适应横向滤波器,采用最小均方(Least Mean Square, LMS)误差算法,以系统误差和收敛性为评判标准,通过改变步长与阶数对滤波效果进行优化,仿真结果显示该滤波器能在保证算法收敛的前提下有效提取信号.为了检验该算法的有效性,选取了新疆天文台南山26 m射电望远镜和Parkes 64 m射电望远镜记录的观测数据,采用设计的滤波器分别对不同的实测数据进行测试,验证了该滤波器的有效性.理论分析与实验结果一致表明该方法能有效消除天文观测中的干扰信号,具有一定的实用性.     

高动态6PS信号跟踪算法的Simulink实现

基于Matlab／Simulink软件,设计实现了高动态GPS接收机的数字中频信号处理模块的仿真模型。模型可实现中频信号的跟踪和解调。给出了模拟信号源输入条件下的处理结果,结果表明模型的设计正确可行。模块可以为各种新的高动态GPS信号的跟踪算法的研究设计提供一个可视化平台。     

明安图观测基地复杂电磁环境和干扰消减措施

射频干扰是射电天文观测设备无法回避的问题。国家天文台(内蒙古)明安图观测基地多台各具特色的射电观测设备、各类电磁辐射源及其传播路径共同组成了复杂的电磁环境。现有超宽带高分辨太阳射电成像观测设备——明安图射电频谱日像仪,以及即将建设的子午二期工程的太阳行星际监测系统,包括米波-十米波射电日像仪、行星际闪烁望远镜和超宽带射电频谱仪等,全部频率覆盖1 MHz～15 GHz,观测结果用于太阳物理、空间天气监测和预报的关键问题研究,也对电磁环境提出了更高要求。介绍了明安图观测基地的观测设备及其地理环境,给出了方位频率功率谱、立体方向图、时间频率功率谱等射频干扰的初步监测结果,讨论了射频干扰预防、消减及射频干扰自监测方案。