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超宽带抗干扰通信定位技术研究

王鹏毅  
【摘要】: 超宽带机理是利用脉冲冲击调制,形成扩频超宽带信号进行信息传输。美国从20世纪90年代中期以来,研制了多种超宽带无线电通信、雷达、成像和高精度定位系统,作为军用设备的超宽带无线电系统已得到实际应用。目前,商用和军用都对通信测控或定位系统的信息安全提出了更高的要求,超宽带信号功率远小于热噪声,可以进行隐蔽传输,具备较强的抗干扰和抗截获能力,其多用户测控无线入网可具备入网认证和身份识别功能。这种通信体制具备很强的信道安全能力,和其它信息加密综合应用能够满足很强的信息安全要求。所以研究超宽带的通信技术具有重要的商用和军用价值。 本论文的主要以下几个方面进行了研究: (1)对超宽带脉冲通信体制研究,给出了该体制的实现方法。 在研究了超宽带信号的定义和频谱特性的基础上,给出了基于超宽带脉冲扩频信号的幅度调制、时延相位调制和伪码复合调制等调制形式和超宽带信号解调方法,对超宽带接收性能进行了计算和分析,并给出了接收工程实现的示意框图。 (2)对超宽带信号的测距捕获进行了研究,提出了两种快捕方法。 主要研究了基于伪码复合冲击脉冲信号测距的方法,分析了伪码脉冲幅度调制和时延相位调制两种信号形式频谱,以幅度调制信号为例分析了全相参时延捕获方法,提出了平方脉冲相位捕获再伪码相位捕获和先延迟相乘脉冲相位捕获再伪码相位捕获两种快捕方法,比较计算了多种捕获方法的检测信噪比,并给出了快捕实现原理框图。 (3)对高动态超宽带信号的进行了研究,首次提出了时变模板的概念和矩阵相关的方法。 在高动态时变超宽带信号的捕获跟踪方面,针对超宽带时变信号首次提出了时变模板的概念和矩阵相关的方法,建立了基于分数阶域滤的超宽带一时频联合匹配滤波的框架,解决了超宽带时变信号的检测,能够满足超宽带高动态的特种情况捕获应用。查阅国内外相关文献,没有发现相关文献报告。 (4)在超宽带信号精密跟踪方面,首次提出了一种应用于超宽带的冲击脉冲早迟跟踪环路的实现方法。 通过对高斯白噪声下的环路跟踪精度和性能进行了理论计算,给出了超宽带的冲击脉冲早迟跟踪环的时延测量精度的理论值,并进行了多种形式冲击脉冲信号的系统仿真验证。最后在自研的硬件平台系统仿真结果和理论结果一致。查阅国内外相关文献,没有相关报告。 (5)对超宽带多用户工作和组网性能进行了研究,提出了超宽带多用户定位精度的计算方法。 主要介绍了民用无线局域网的各种标准协议,针对中远距离的多用户测控问题,提出了一种全新的超宽带多目标隐蔽测控体制,给出了TH-PPM和TH-PAM两种多用户组网工作信号体制,并对该类信号的产生调制和相干捕获方法,对多目标的测控传输的误码率进行了工程计算;对多目标的捕获解调进行了计算分析,并对该信号的多用户定位精度进行了计算分析;提出了超宽带多目标测控网络拓扑结构,对其组网安全认证过程进行了分析;最后给出了相关结论。 (6)在超宽带高速数据传输技术方面,主要针对超宽带高速数据传输提出了多个伪码和多个正交Walsh函数并行调制传输的两种方法,采用并行传输可以有效提高超宽带系统的传输速率,降低码间干扰和实际工程处理难度。并在试验样机上试验了这种方法。查阅国内外相关文献,没有发现相关报告。 (7)超宽带的电波传输和多径接收研究 研究了冲击脉冲调制信号空间传播形式,在和传统信号传播方式进行比较的基础上,针对中远距离通信,提出了一种冲击信号空间传播模型,研究和仿真试验表明,在传统瑞利信道中,采用冲击调制的信号具备优良的抗空间多径能力,各项性能明显优于传统扩频通信信号。 (8)在超宽带阵列信号空时处理方面,独立提出了一种基于时域分析的复合加权宽带阵列信号处理新方法。首次推导证明了阵列系统的时延测量精度是个阵元时延测量精度的统计平均值。 该方法通过群时延、相位和幅度复合加权处理,可以避免复杂的频域聚焦算法;对超宽带的阵列信号处理进行了独创性研究,提出了一种便于工程实现的一种简单的超宽带空时阵列处理方法,可以在超宽带信号抗干扰的基础上,进一步提高系统的抗干扰能力;采用数学方法首次推导证明了阵列系统的时延测量精度是个阵元时延测量精度的统计平均值。以上查阅国内外相关文献,没有发现相关报告。 (9)超宽带信号仿真和硬件平台试验研究 主要对超宽带信号的捕获、跟踪、数据传输、多用户通信工作、多径信道等作了多种仿真试验,在自主研制的超宽带信号的硬平台上件产生、调制和解调技术,实现了一种超宽带专用硬件平台,实现了670ps的脉冲冲击信号,完成了1Mbps数据的调制和解调试验。这些超宽带的调制解调算法都是我们独立研发的,具有自主知识产权。


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