隨著全球經(jīng)濟和人們出行需求的快速增長,空中交通負荷經(jīng)歷了前所未有的增長。傳統(tǒng)二次雷達監(jiān)視下的空中交通管制設施與日益增長的航空運輸需求之間的矛盾日益突出,ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)成為我國未來新一代空管自動化系統(tǒng)的核心技術。作為一種開放式的星基監(jiān)視手段,ADS-B系統(tǒng)以其主動廣播式的運行模式與低廉的成本,得到了國際民航組織和民航發(fā)達國家的廣泛的認可。作為廣播式航空器監(jiān)視手段,ADS-B系統(tǒng)容易受到多種干擾的影響。因此,一種有效的干擾抑制方法亟待被應用。本文首先建立了ADS-B信號陣列空間稀疏采集模型,分析了基于OMP算法、基于貪婪算法的改進方法的信號重構(gòu)算法。面對線性平穩(wěn)信號、線性非平穩(wěn)信號、非線性平穩(wěn)信號以及非線性非平穩(wěn)信號,通過仿真驗證了不同算法信號恢復的可行性、效率以及成功重構(gòu)概率,為ADS-B的來波方向估計和干擾抑制奠定了理論基礎。其次,分析了傳統(tǒng)波達方向估計算法分辨率的表達方式,利用二階導數(shù)的性質(zhì),提出了一種基于離散函數(shù)二階導數(shù)的功率譜函數(shù)估計算法。并將其推廣至二維空間,提出2D-MUSIC方法及二維離散譜函數(shù)求二階導數(shù)的方法。在不同信噪比、采樣率和陣元數(shù)下,仿真驗證了所提出的基于二階導數(shù)的MUSIC方法在低信噪比和低采樣率條件下,相比于傳統(tǒng)的MUSIC算法具有更高的分辨成功率,進而實現(xiàn)了ADS-B來波方向的估計。再次,結(jié)合半正定規(guī)優(yōu)化布陣與壓縮感知波束形成技術,建立陣元優(yōu)化模型,求解凸優(yōu)化問題,得到峰值旁瓣最小化的方向圖,驗證了提出的基于SDP優(yōu)化方法在波束形成中對于減小峰值旁瓣的可行性,在降低了陣列總輸出功率的同時,實現(xiàn)對ADS-B干擾方向來波的抑制。本文的研究成果可為我國新一代空管自動化系統(tǒng)提供安全可靠的ADS-B信號源,提高我國空域監(jiān)視的安全水平和民航飛行效率,并為ADS-B在無人機空管和低空空域監(jiān)視的應用提供理論支持。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V355.1;TN972
【部分圖文】：

的頻率發(fā)射信號，如果采用傳統(tǒng)的采樣方法，在民航飛機日益增多，低空空域逐步開放的背景下，勢必會在信號的接收端造成大量的數(shù)據(jù)冗余，為接收端信號處理造成麻煩。如果能利用 CS理論使用陣列信號對 ADS-B 信號進行稀疏采樣，這樣就可以減少數(shù)據(jù)冗余，CS 理論表明，對信號的采樣率不取決于信號的帶寬，而取決于信息在信號中的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。CS 理論主要分為三個步驟，分別為信號的稀疏表示方法，測量矩陣的設置和信號重構(gòu)恢復算法。CS 方法應用的前提是信號可以在某個域內(nèi)被稀疏表示。其中最常使用的變換基有傅里葉變換基、離散小波基、離散余弦變換基等[64]。在測量矩陣中為了保證信號在基向量表示的空間內(nèi)的線性投影能夠保留信號的原始特征，測量矩陣必須滿足約束等距特性，這對于測量矩陣的選擇提出了要求。而對于現(xiàn)有的重建算法而言，主要有兩大類：1. 基于松弛理論的凸優(yōu)化算法：該方法通過求解凸優(yōu)化問題找到信號的近似，必要的時候?qū)⒓s束條件松弛，以使問題滿足凸優(yōu)化條件，如基追蹤算法、內(nèi)點法、梯度投影方法和迭代閾值法等。2. 貪婪算法：該類算法是通過迭代選擇的一個局部最優(yōu)解來逐步逼近原信號，如匹配追蹤算法，正交匹配追蹤算法，分段OMP 算法、正則化 OMP 算法和壓縮采樣匹配追蹤算法等。凸優(yōu)化算法可以找到全局最優(yōu)解但是算法復雜度較高，而貪婪算法計算復雜度較低，但是容易陷入局部最優(yōu)[65]。稀疏陣列ADS-B觀測矩陣 YADS-B

分析型為n的一維離散時間信號 M 1,如果一個稀疏域 可以表示一個 則稱信號 是可以稀疏表示的，即：系數(shù)， 是 中 個基向量的線性組合，上式的陣列表示形式x N ， 是 N N稀疏基矩陣，稱之為稀疏字典， 是有 個非零元素感知理論中，把x在HY W X域的稀疏投影表示成：y x向量， 是M N測量矩陣，壓縮感知理論指出，當稀疏字典 相干時，可以通過基追蹤等優(yōu)化方法求解下式優(yōu)化問題，實現(xiàn)測量信號信號模型如圖 2.3 所示

南京航空航天大學碩士學位論文表 2.2 信號參數(shù)表信號參數(shù) 數(shù)值信號長度變化范圍 500-5000/間隔 500頻率變化范圍 600Hz-12000Hz壓縮比 10

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 陳柘;鐘曉榮;張曉博;;壓縮傳感及其在醫(yī)學圖像融合中的應用[J];傳感器與微系統(tǒng);2013年09期

2 孟軍;馬彥恒;董建;趙喜;;一種基于ADS-B的雷達跟蹤精度計算方法[J];中國測試;2013年01期

3 程擎;;中國實施ADS-B監(jiān)視的地面站部署分析[J];電訊技術;2012年08期

4 楊曉波;;一種新的抗大功率欺騙干擾GPS接收機研究[J];科技視界;2012年21期

5 林長灝;;空中廣播式自動相關監(jiān)視技術管制探討[J];中國新技術新產(chǎn)品;2011年17期

6 劉哲;楊揚;;一種新的基于壓縮感知理論的稀疏信號重構(gòu)算法[J];光電子.激光;2011年02期

7 張鋒;郭陳江;丁君;;模擬退火法在陣列天線綜合中的應用[J];現(xiàn)代雷達;2008年03期

8 陳客松;何子述;韓春林;;稀疏線陣陣列結(jié)構(gòu)的枚舉算法[J];電子科技大學學報;2006年02期

9 靳凱文;李春葆;秦前清;;基于蟻群算法的最短路徑搜索方法研究[J];公路交通科技;2006年03期

10 陳忠寬,傅文斌,劉捷,周健;非均勻線陣遺傳優(yōu)化方案的比較研究[J];武漢理工大學學報;2003年09期

相關博士學位論文 前1條

1 孫璇;基于壓縮感知的認知無線電頻譜感知算法研究[D];北京郵電大學;2012年

相關碩士學位論文 前10條

1 楊柳;基于壓縮感知圖像重構(gòu)算法研究[D];湘潭大學;2016年

2 周鵬飛;GNSS/INS組合導航抗欺騙性干擾關鍵技術研究[D];國防科學技術大學;2015年

3 王雪鋒;基于壓縮感知的視頻圖像重構(gòu)算法研究[D];重慶大學;2015年

4 何雨明;基于Dice系數(shù)的壓縮感知圖像重構(gòu)算法研究[D];重慶大學;2015年

5 龍易;ADS-B導航抗欺騙性干擾技術研究[D];電子科技大學;2015年

6 王文東;塊壓縮感知的L_2/L_q（0㩳q≤1）極小化算法研究[D];西南大學;2014年

7 趙陽;基于字典學習及壓縮感知的高光譜圖像重構(gòu)算法研究[D];燕山大學;2013年

8 王強;對InSAR的欺騙性干擾技術研究[D];西安電子科技大學;2013年

9 郝鵬鵬;基于壓縮傳感原理的圖像重建方法研究[D];燕山大學;2009年

10 胡俊;支持向量機參數(shù)優(yōu)化問題的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

本文編號：2832570