数据链测试仿真评估中的信道与链路干扰仿真技术

信道和链路干扰仿真是数据链测试仿真评估系统的关键技术之一。在局域网下模拟数据链系统真实运行的无线环境的非理想特性,需要对典型应用环境的信道条件、干扰特征进行分析和建模,仿真验证数据链系统在不同环境条件下的性能。本文首先分析了几类常见的信道和链路干扰仿真工具相关模块的原理和机制,研究并提出了传输时延、信道与链路干扰、链路级仿真方法及方案,并对几个关键问题进行了分析并提出解决方案。该研究在数据链测试仿真评估系统中的验证效果良好,能够为数据链系统可靠性、稳定性提供无线信道和链路干扰模拟工具,从而为数据链系统的设计提供参考和依据。     

一种基于链路状态的舱内环境自适应干扰消除算法

针对舱内无线光传输系统多种干扰问题,比如多径损耗和突发干扰等,提出一种基于链路状态的自适应干扰消除技术,该方法分析舱内链路状态,完成链路状态估计,采用环境自适应的变遗忘因子RLS（recursive least squares）算法,针对不同链路状态采取差异化的干扰消除策略,以提高舱内通信质量。仿真结果表明：该算法在尽力避免增加算法复杂度的条件下,相对于传统固定遗忘因子算法,在平稳状态下优先保证传输的误码性能,在链路状态变化时具有更好的收敛性能,灵活适应了舱内多种传输情况。     

采用LDPC码方案的战术数据链系统

战术数据链系统能够提高部队信息化作战能力,其中信道编码技术是保证消息传输可靠性的关键技术之一.构建了一种新的战术数据链系统,系统采用低密度奇偶校验(LDPC,Low-Density Parity-Check)码方案,LDPC码是适用于传输可靠性要求高的通信系统的新型码组.介绍了LDPC码方案中的和积算法,描述了系统的传输模型,分析了系统在固定频率和加性白色高斯噪声(AWGN,Additive White Gaussian Noise)信道条件下的链路性能.利用计算机进行蒙特卡罗仿真,结果表明:在AWGN信道和瑞利衰落信道下,LDPC编码方案可以有效地降低数据链系统的误比特率,取得比采用里德·所罗门编码的联合战术信息分发系统更好的误码性能.LDPC码作为信道编码技术的备选码组,为进一步提高战术数据链的可靠性提供了一种解决方案.      

两飞行器间无线数据链通信区域建模

为实现两飞行器在飞行过程中的正常通信,需建立一套通信区域的计算模型.基于空地无线数据链通信,从其实现正常通信的条件出发,考虑通信链路中的发射机、接收机、收发天线、传输空间及地球曲率、飞行器姿态角以及飞行器的空间位置关系等因素,分析研究了飞行器间无线数据链通信区域,建立了两飞行器间无线数据链通信区域的数学模型,包括天线、飞行高度、两飞行器空间位置关系、通信区域模型等.该模型已成功应用于某型号,为分析建立在无线数据链通信方式基础上的空地无线传输系统通信区域提供了参考,也适用于飞船、卫星等其它空空、空地无线数据通信系统.     

基于信道估计自适应算法的AVLC重发机制仿真

航空甚高频链路控制(AVLC)是下一代民航地空数据链甚高频数据链模式2(VDL2)的链路服务规程.为了提高AVLC重发控制效率、减少误重发,提出了基于信道估计的监督帧发送时刻自适应算法.在OPNET平台上建立了物理层、数据链路层和子网层VDL2架构;利用动态进程建模方法,建立了AVLC模型.通过对无监督帧、监督帧发送时刻静态算法和自适应算法分别建模,开展对比仿真,验证了监督帧重发控制对于提高VDL2性能的有效性和自适应算法较静态算法的优越性.实验结果表明,在宽范围的系数合理区间内,所提出的算法可有效增加吞吐量,缩小包延时,同时可增强系统稳定性.      

可变编码调制在遥感卫星中的应用效能研究

随着遥感卫星观测数据量的日益增加，卫星数据传输能力已成为制约遥感卫星使用效能的瓶颈因素。为充分利用近地遥感卫星数据传输的链路资源，采用可变编码调制（VCM）技术，通过对星地数传信道条件的动态评估，在保证链路传输误码率和链路余量的前提下，自适应地进行当前信道条件下的最优编码调制方式切换，充分利用系统链路余量，提高卫星星地数据传输效能。利用该方法，对VCM数传链路效能进行仿真分析，与相同符号速率的固定编码调制（CCM）体制相比，VCM传输效能平均提升42.1%，可为遥感卫星的数传通道设计提供借鉴。     

基于调制卷积神经网络的空地数据链信道估计

针对复杂环境下空地数据链正交频分复用(OFDM)系统信道估计精度不足的问题,提出了一种基于调制卷积神经网络(MCNN)和双向长短时记忆网络(BiLSTM)结合的信道估计算法。利用最小二乘算法(LS)提取初始信道状态信息(CSI);利用MCNN网络提取初始CSI的深度特征,并对网络模型进行压缩;利用BiLSTM网络对最终CSI进行预测,实现信道估计。利用构建的空地信道模型生成信道系数数据集,实现神经网络模型的训练与测试。仿真结果表明:与传统算法和现有深度学习方法相比,所提出的信道估计算法具有更小的估计误差,高信噪比条件下的系统误码率(BER)性能提升接近一个数量级;由于引入了调制滤波器技术,随着神经网络层数增加,网络模型参数量大幅减少。      

复杂电磁环境下无线接收机电磁兼容快速测试技术应用CSCD

复杂射频电磁环境下,无线接收机作为主要的敏感设备,其电磁兼容性直接影响着整个武器装备的电磁兼容特性. 本文针对GJB 151B中对于接收机非线性测试方法的局限性,引入了一种利用自动双频测试系统对接收机干扰响应的快速测试方法;并搭建了实验室半实物仿真测试平台,检测了某接收机在（ 4-6 ） GHz组合频率干扰下的所有非线性的干扰响应通道. 测试结果对于评估接收机及其所在系统的外部电磁环境适应性具有重要参考价值.     

虚拟层次化无线mesh网络信道分配策略

为了获得具备良好的用户分集效果和路由稳定性的无线mesh网络,提出了一种虚拟层次化网络架构.这种无线mesh网络将临近节点聚合为虚拟小区,该小区内部节点不仅能够直接通信,还具有路由转发功能.虚拟小区内部节点之间的连接构成虚拟的底层网络,虚拟小区之间的连接则构成虚拟的顶层网络.为解决虚拟层次化无线mesh网络的信道资源分配问题,提出了一种图着色模型——广义集合T-coloring模型.该模型以虚拟小区为无线信道的分配单位,并采用射频防卫度为无线信道的干扰约束指标,在保证网络连通性的前提下,既降低信道干扰又提高信道利用率.采用虚拟小区分裂方式进一步增加了网络容量也提升了信道分配公平性.仿真结果验证了该策略的有效性.     

VHF空地数据链信道访问参数研究

基于甚高频空地数据链信道访问模型和CSMA的矩阵分析方法,详细研究了数据报告更新率、数据报文长度、监听密度、数据链路信息传输率、数据链地面站的覆盖范围、数据链所能支持的飞机数目等参数,在不同的信道访问特性变化规律下对系统的吞吐量及报文传输延时的影响.仿真分析的结果表明:信道访问参数对VHF空地数据链的性能有显著的影响.     

星间链路天线相对姿态的地面模拟

星间链路天线的相对姿态模拟为星间链路的测试验证提供近真实的动态姿态环境,是星间链路系统地面测试的重要组成部分。建立多个坐标系统将两颗卫星天线的位置和姿态联系起来,利用卫星星历将天线的相对姿态表示为一颗卫星天线在另一颗卫星天线坐标系中的方向向量,利用两个二轴转台实现此方向向量,最终通过控制转台的转角模拟卫星天线的相对姿态变化。同时计算天线波束的方向,分析了两颗卫星的可见性。天线相对姿态的模拟为星间链路的建立和保持提供动态测试环境。     

DS/FH混合系统多址干扰抑制

根据DS-CDMA(Direct Sequence Code Division Multi-Access)系统中多用户检测的思想,分析了并行干扰抵消PIC(Parallel Interference Cancellation)对系统性能的影响,在此基础上,提出了采用部分并行干扰抵消PPIC(Partial Parallel Interference Cancellation)技术来抑制DS/FH SSMA(Direct Sequence/Frequency Hopping Spread Spectrum Multi-Access)混合系统中的多址干扰MAI ( Multi-Access Interferences).推导了闭环形式的误码率公式,得到系统性能评估的上限表达式.仿真结果表明,采用PPIC技术可有效的提高DS/FH SSMA系统的抗多址干扰的能力,因而可以提高系统的容量.仿真是建立在AWGN信道下的,对于衰落信道和低信噪比环境下,系统的性能会有一定程度的降低.      

CCPT系统中基于副边阻抗调制技术的反向信号与能量叠加传输技术研究

为了解决金属环境条件下的无线供电和信号传输需求，提出了一种基于电容耦合方式的无线能量和信号并行传输方案。通过建立E类放大器的数学模型，分析电容耦合系统的传输特性和阻抗影响机理，设计了适用于E类放大器结构的调制与解调电路，并通过仿真验证了电路的可行性，为CCPT系统从能量传输到信号回传提供了系统性的理论指导。     

深空星间链路信道建模及硬件模拟器研制

针对深空通信信道距离长、信噪比低、链路损耗巨大等特点，提出了太阳闪烁与多径效应影响下的深空星间链路信道理论模型。在此基础上，构建了一个基于硬件现场可编程门阵列和控制计算机的深空星间链路信道模拟器，有效模拟了深空星间通信的多径衰落、传播路径损耗和信道延迟，规避了投入高、风险高、耗时长的实地通信实验。实测结果表明，该深空星间链路模拟器输出的载噪比及误比特率波形与理论结果吻合，可用于实验室条件下对深空星间链路的实时模拟复现。     

基于深度学习的无人机数据链信噪比估计算法

无人机数据链通信受到各种自然与人为的干扰,信噪比（SNR）是信道状态和通信质量的有效评估指标。为解决传统估计算法信噪比估计精度不足的问题,提出了一种卷积神经网络（CNN）与长短时记忆（LSTM）网络结合的估计模型。利用仿真与实测相结合的方式,构建了一个包含不同信噪比、调制方式、衰落信道等信息的无人机通信信号数据集;在网络训练阶段,将样本序列进行分割,对分割后的每一部分序列使用CNN-LSTM网络提取深度特征,多次训练并保存模型参数;在测试阶段,利用构建好的测试集完成对算法的验证与测试,得到信噪比估计值。实验表明,相比于传统信噪比估计算法与单一网络结构的深度学习算法,所提算法的均方误差最低,实现了对信噪比的高精度估计。      

一种鲁棒的图像小波变换模拟编码传输方法

在复杂度和延迟受限或者可变信道条件下,由于通信系统的一体化设计,信源信道联合编码(JSCC, Joint Source-Channel Coding)技术的应用有助于改善传统的分离结构系统.针对带宽功率限制模拟信道,提出了一种结合了小波变换编码和香农映射信源信道联合编码的静止图像模拟编码传输方法;并基于更加合理的考虑了信道噪声的重建图像失真估计,提出了相应的联合优化带宽分配算法.仿真及分析表明,由于信源信道的联合优化及具有模拟编码传输的特点,该方法表现出良好的编码传输性能,且编解码复杂度和延迟小;同时在信道失配情况下表现出的柔性降级/改善特性有助于提高可变信道条件下系统的鲁棒性和信道带宽利用率.      

松软土壤环境下月球车动力学与控制的仿真工具

  开发一种月球车三维可视化动力学与控制的仿真工具。该工具融合多刚体系统动力学、车轮-土壤交互动力学以及运动控制系统模型,可以模拟松软土壤与复杂地形等环境,评估月球车在这些环境下的运动状况,并研究如爬越松软土壤的大角度坡面等关键工况下的运动控制方法及其优化。最后给出月球车在该仿真工具上运动控制的应用实例。