基于MVDR算法的单天线ADS-B交织信号分离

发布时间：2021-08-14 22:41

　　广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B）作为一种新的监视技术正受到国际民用航空组织（International Civil Aviation Organization,ICAO）的大力推广。然而,由于ADS-B信号传输具有随机性,多条信号交织问题不可避免。本文将最小方差无失真响应（Minimum Variance Distortless Response,MVDR）算法应用于单天线ADS-B信号解交织。首先,将单天线接收到的数据转化为虚拟均匀线阵模型;然后利用阵列信号处理中的MVDR算法分离交织信号。由于该算法需要准确估计信号频率,而针对快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）估计信号频率误差较大的问题,利用改进的频率估计方法能够降低信号频率估计误差,从而有效分离交织信号。仿真实验验证了该算法的有效性并且对信号之间相对时延问题不敏感。 

【文章来源】：信号处理. 2020,36(05)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

ADS-B基带信号

由于常规矩阵求逆的运算复杂度约为O(k4),因此只画出后三种矩阵求逆方法的运算量与重构因子k的关系曲线,此时令公式(15)和(17)中的 m=n= k 2 。由图2可以得出,对公式(9)中的样本协方差矩阵利用基于Hermite特性的矩阵分块方法进行求逆,可以降低运算量。

仿真实验参数设置:采样频率80 MHz,中频频率10 MHz。仿真生成两条信号,其信噪比均为15 dB,其中信号1的数据位信息为:飞机号780AAA,高度33150 ft,经纬度(117.5°,37.5°);信号2的数据位信息为:飞机号780ABC,高度33350 ft,经纬度(110.5°,31.5°)。两条信号相对时延为50 μs,信号之间的频偏为0.4 MHz,即信号1频率为fs1=9.8 MHz,信号2频率为fs2=10.2 MHz,初始相位随机。图3为两条信号交织的时域波形图。为了能够同时获得两条信号的频率,选取单天线接收信号的交织部分进行采样点数为N=512点的Zoom-FFT与FFT变换,此时的采样率仍为80 MHz, Zoom-FFT的细化倍数为D=8,获得的部分频谱图如图4所示。由图4可以看出,当采样率和采样点数固定的情况下,传统FFT由于频谱泄露和栅栏效应而对两条信号的频率估计产生了较大的误差,而Zoom-FFT通过对特定频段的细化而提高了该频段的频谱分辨率,降低了对两条信号的频率估计误差。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3343306