航空数据链的认知抗干扰技术研究与FPGA实现

发布时间：2017-09-28 20:38

  本文关键词：航空数据链的认知抗干扰技术研究与FPGA实现

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【摘要】：随着空中战场日益复杂的电磁环境和愈加严重的干扰,航空无线电系统目前采用的盲抗干扰方式存在较大局限性。近年,基于认知无线电概念提出的认知抗干扰产生了很多新的技术途径。但国内外的研究尚处于初步阶段,还未建立完整的理论体系,工程应用中的诸多难题亟待解决。为此,结合航空电子系统的实际应用需求,为增强复杂电磁环境中航空数据链(ADL)的抗干扰能力,本文提出了同时收发的航空认知抗干扰新体制,设计了干扰感知与通信协同的工作模式,分析了接收机IQ失衡、相位噪声、孔径抖动等射频损伤对ADL干扰感知性能的影响,提出了自适应阈值的干扰感知算法,并完成该算法的FPGA逻辑设计与实现。具体地,论文主要完成以下工作。首先,基于认知无线电和同时收发通信的技术思想,提出发送-感知-接收(T-S-R)的同时收发认知抗干扰(SCAJ)新体制,通过在感知/接收周期内自适应分配感知、接收时隙而缩短感知时间和实现实时抗干扰,研究了不同衰落信道下基于传统能量检测(ED)的干扰感知性能,推导出ADL同时收发认知抗干扰的系统容量,这为定量评估同时收发认知抗干扰系统性能提供了理论基础。针对SCAJ系统中IQ通道失衡产生的镜像干扰降低ADL抗干扰能力问题,研究了IQ通道失衡的单/多频带SCAJ接收机干扰感知性能,推导出基于ED的IQ失衡接收机干扰检测概率和虚警概率,并据此提出了消除镜像干扰信号的有效方法。其次,研究了衰落信道中本振相位噪声对SCAJ接收机干扰感知性能的影响,分析了不同信道环境下含/不含相噪接收机的干扰信号噪声比,并据此推导出SCAJ接收机的干扰检测概率和虚警概率及其理论上界。采用精确的相噪估计与补偿技术,则可提高SCAJ接收机的干扰检测概率并逼近其克拉美-罗界(BCRB)。然后,研究了模数转换器(ADC)孔径抖动对ADL同时收发认知抗干扰接收机性能的影响,分析了不同信道环境中计及孔径抖动的同频、非同频双工SCAJ接收机的有效干扰信号噪声比,为定量分析ADC孔径抖动对SCAJ接收机性能提供了理论依据。最后,基于传统能量检测方法,提出了T-S-R模式自适应阈值的SCAJ干扰感知算法,采用Verilog HDL硬件描述语言进行FPGA逻辑设计,并完成了该算法的FPGA实现。FPGA验证结果表明,该算法既能自适应的缩短感知时间,又能实时抗干扰,且在干扰信号噪声比为-10dB时有效感知到干扰,这对于提高航空数据链的抗干扰能力,实现全时段、全频段和全空域的电磁干扰感知具有重要意义。
【关键词】：航空数据链 认知抗干扰 发送-感知-接收 射频损伤 自适应干扰感知
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN973.3;V243
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 选题背景与研究意义10
• 1.2 课题研究现状与趋势10-12
• 1.3 论文主要贡献12-13
• 1.4 论文内容安排13-14
• 1.5 本章小结14-16
• 第2章 ADL同时收发认知抗干扰(SCAJ)新体制研究16-28
• 2.1 ADL SCAJ系统模型16-18
• 2.2 SCAJ接收机干扰感知性能18-22
• 2.2.1 高斯信道下干扰感知18-20
• 2.2.2 衰落信道中干扰感知20-22
• 2.3 SCAJ系统容量22-23
• 2.4 仿真结果与分析23-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 IQ通道失衡的ADL SCAJ接收机干扰感知性能28-40
• 3.1 IQ失衡的SCAJ系统模型28-30
• 3.2 IQ失衡的SCAJ接收机干扰感知性能30-33
• 3.2.1 单频带IQ失衡30-31
• 3.2.2 多频带IQ失衡31-33
• 3.3 镜像信道干扰删除33-35
• 3.4 仿真结果与分析35-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 含相位噪声的ADL SCAJ接收机干扰感知性能40-52
• 4.1 含相噪的ADL SCAJ系统模型40-41
• 4.2 含相噪的SCAJ接收机干扰感知性能41-46
• 4.2.1 接收机干扰信号噪声比41-43
• 4.2.2 干扰感知性能43-44
• 4.2.3 干扰感知性能上界44-46
• 4.3 仿真结果与分析46-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第5章 孔径抖动对ADL SCAJ接收机干扰感知的影响52-62
• 5.1 孔径抖动的SCAJ系统模型52-55
• 5.1.1 同频同时收发53-54
• 5.1.2 非同频同时收发54-55
• 5.2 孔径抖动的SCAJ接收机干扰感知性能55-57
• 5.2.1 接收机有效干扰信号噪声比55-56
• 5.2.2 干扰感知性能56-57
• 5.3 仿真结果与分析57-60
• 5.4 本章小结60-62
• 第6章 自适应阈值的干扰感知算法设计与FPGA实现62-78
• 6.1 SCAJ接收机干扰感知62-66
• 6.1.1 传统能量检测63-64
• 6.1.2 自适应阈值的干扰感知算法(ATJS)64-65
• 6.1.3 仿真结果与分析65-66
• 6.2 ATJS的FPGA逻辑设计66-70
• 6.2.1 采集运算单元67-68
• 6.2.2 控制单元68-69
• 6.2.3 存储输出单元69-70
• 6.3 ATJS的FPGA测试70-76
• 6.3.1 干扰信号的产生70-71
• 6.3.2 FPGA功能仿真71-73
• 6.3.3 FPGA测试73-76
• 6.4 本章小结76-78
• 结论78-80
• 1 全文总结78-79
• 2 未来工作展望79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间所发表的学术成果84-86
• 致谢86

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本文编号：937942