基于FPGA和DSP的遥测数据实时谱分析卡设计

为了实时分析遥测数据单位频带内信号谱信息随频率的变化情况,设计了一种遥测数据实时谱分析卡。设计采用FPGA+DSP系统架构,配合流水线作业的设计理念。振动信号功率谱密度（PSD）计算采用快速傅里叶变换法（FFT）,冲击信号冲击响应谱(SRS)采用递归数字滤波法,极大降低运算量,缩短谱分析的时间,从而实现对谱信息的实时性分析。测试结果表明,该谱分析卡可以在9ms内完成对一路高频振动数据的处理,在67ms内完成对一路冲击数据的处理,设计具有良好的实时性、稳定性和扩展性,在实际应用中得到较好的效果。     

基于傅里叶变换的信道质量盲估计算法

根据快速傅里叶变换(FFT)和数字信号调制解调的特点,给出了一种盲信道质量估计算法.算法利用了信号进行傅里叶变换后功率谱密度中所包含的信号特征在基带完成,并用软件实现.仿真结果表明,这种算法具有准确度高、计算速度快、所需数据量小等特点.符合信道实时估计的要求.     

基于功率谱FFT的BPSK信号参数估计

针对低信噪比环境下二相编码(BPSK)信号参数估计的问题,该文提出一种基于功率谱 FFT 的信号参数估计算法.该算法根据信号功率谱傅里叶变换得到的幅度谱和相位谱与各参数之间的关系,实现 BPSK 信号的码元宽度、载频和码长估计.该算法对功率谱继续做傅里叶变换可以进一步消除噪声对估值的影响,更适合在低信噪比环境下实现参数的估计,且计算简单易于实现.仿真试验证明了该算法的准确性和抗噪性,在信噪比为-10 dB时BPSK信号的载频和码元宽度估计正确率分别比循环谱算法提高了9.9%和190.9%.     

舰用远程警戒雷达信号自适应处理技术

雷达信号分析方法多以传统的傅里叶变换为基础,由于其受数据长度的影响和数据两端截断会造成傅里叶谱旁瓣效应,所以对于舰用远程警戒雷达系统来说,无法得到令人满意的结果。本文针对舰用远程警戒雷达的特点,对于数据点≤16等间隔时间采样和2～4种杂波种类的模拟信号数据,以现代谱分析(主要为最大熵谱分析(MEM))为基础,通过对信号数据进行初步处理,预测滤波器阶的最佳判别,参数最小二乘,Levinson法对矩阵求逆等数据处理过程,对数据进行推导计算;经计算机模拟分析,其结果是克服了功率谱主瓣的能量泄漏缺点,运算量也不多于传统方法,完全符合舰用远程警戒雷达系统的要求。     

基于DSP的64点FFT算法实现

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation,FFT)作为时域和频域转换的基本运算,是谱分析的必要前提,广泛应用于信号的实时处理。分析了FFT的基本原理,以TI公司的TMS320VC5402 DSP为硬件平台,实现了实时快速傅里叶变换算法,验证了在DSP上实现快速傅里叶变换(FFT)的准确性和可行性,对信号谱分析具有重要意义。     

基于FPGA与DSP遥测声压谱分析装置设计

为压缩飞行器遥测系统运行过程中的数据传输量,设计了遥测声压谱分析装置。设计基于FPGA与DSP双核架构,配合流水线作业的设计理念,采集信号的同时进行数据时频转换,并实时将数据处理结果传输给外部设备。噪声信号声压谱密度(SPL)算法运用1/3倍频程的方式选择噪声的频率带,采用快速傅里叶变换法(FFT),极大地降低运算量,缩短数据转换时间,从而实现数据传输的实时性。测试结果表明,该数据预处理装置算法的误差小于3.4%,设计具有良好的实时性和稳定性,具有较高的实用价值。     

PSIM系统稳定性自校准原理理论分析

针对偏振光谱强度调制(PSIM)系统存在的环境稳定性问题,在PSIM系统实现偏振光谱信息调制解调机理的前期研究基础上,经过严格的理论推导,提出了一套基于傅里叶变换、滤波和傅里叶逆变换等数字信号处理过程的PSIM系统环境稳定性实时自校准算法流程.该算法流程可以从PSIM系统的实测数据中分离出因环境扰动而引入的变化量,实现PSIM系统解调系数自校正,从而有效增强PSIM系统的环境适应能力.     

语谱分析的FPGA实现

语谱是语音信号短时时频分析结果的图形显示,能够清楚地揭示语音信号的时变频谱特性,反映语音信号的动态频谱特性和时域变化特性,在语音信号的分析以及语音学的研究中具有重要的价值。该文利用短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform,STFT)方法对语音信号进行分析,采用了一种按时域抽取基-4 FFT算法实现流水线结构的蝶形运算单元,在 FPGA上实现了语音信号的语谱分析,并利用非线性映射算法实现了语谱的VGA显示。     

基于局部多项式傅里叶变换的语音盲源分离

频域的语音信号盲源分离多采用短时傅里叶变换以及Wigner-Ville分布(WVD)求信号的功率谱,而短时傅里叶变换对于多分量信号的频率分辨率受窗函数影响很大,WVD是一种非线性时频变换,处理多分量信号受交叉项影响很大。局部多项式傅里叶变换(LPFT)不仅提高了频率估计精度而且大大减少了时频分布中交叉项的影响。将语音信号表示为多分量的多项式相位信号,对语音信号作二阶LPFT,求得其局部多项式傅里叶变换谱(LPP),并构造时频矩阵,采用联合近似对角化算法求得能使信号功率谱矩阵近似对角化的一个酉矩阵,通过信号的白化以及酉矩阵来估计源信号,有效地分离出了原始信号。仿真结果表明,在噪声环境下可以将两个不同的语音信号进行分离。     

采用USRP、RFNOC和Keras的信号盲识别

随着信号采集设备的带宽越来越宽,大量感兴趣或者不感兴趣信号被捕捉,多信号的盲识别问题是一个难题,更是一个亟需解决的问题。传统的识别大都基于功率、频谱或相位等诸多先验知识进行模板匹配,但在全盲条件下对多信号进行自适应识别是一个更加复杂的问题。为此,提出了一种基于通用软件无线电外设（Universal Software Radio Peripheral,USRP）、片上射频网络（RF Network on Chips,RFNOC）和Keras的自适应信号盲识别算法。首先构造基于深度学习的神经网络,然后使用初始IQ数据、初始功率谱密度数据和快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)累积算法处理后的谱相关密度数据等三种不同的初始数据去训练它,利用其自适应性实现多信号的盲识别,最后通过基于USRP、RFNOC和Keras的软硬件验证了该算法的有效性和鲁棒性。     

相干激光测风雷达高分辨距离门自适应技术研究

脉冲相干激光测风雷达的信号处理通常采用固定长度距离门来划分时域信号,并对每个距离门做频谱计算得到风速度信息。固定距离门的时域信号划分存在中频信号的非整周期截断问题,导致频谱计算时出现频谱泄露而产生误差,使信噪比降低。文中提出一种基于整周期搜索的自适应距离门划分方法,距离门长度与中频信号频率自适应,可实现对信号的整周期分割,避免了频谱处理中的频谱泄漏问题,提高频率估计精度。采用加噪信号对两种处理方法进行仿真分析,结果表明:自适应距离门方法可实现距离门长度与中频信号的自适应,在信噪比小于1 dB时,该方法得到的中频估计误差是固定距离门方法的38%~62%。应用自适应距离门方法处理激光测风雷达系统获取的转盘和风场回波信号,与使用固定距离门方法的激光测风雷达测量结果进行对比。结果表明:自适应距离门划分方法对转盘速度测量的均方根误差为0.19 m/s,大气风速度测量的距离分辨率在7~11 m之间变化,均优于固定距离门方法,实现了激光测风雷达的距离分辨率和测量精度的提升。     

集中式MIMO雷达研究进展：正交波形设计与信号处理

集中式多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）雷达通常利用正交波形增加发射波形自由度,采用数字阵列拓展空间收发自由度,使得雷达接收机的天线孔径获得明显扩展,最终带来空间分辨率、测角精确度、杂波抑制能力等大幅度提升。但是,这些性能提升的前提是发射波形具有正交特性。事实上,在实际应用中,在不牺牲时域/频域资源情况下,受限于时宽带宽积,无法获得完全正交的波形集合,从而限制了MIMO雷达系统性能。本文对集中式MIMO雷达正交波形复用的技术原理进行了系统回顾,分别归纳了三种快时间发射波形设计方法：时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）、码分复用（Code Division Multiplexing,CDM）和频分复用 （Frequency Division Multiplexing, FDM）,以及两种慢时间发射波形设计方法：多普勒分复用（Doppler Division Multiplexing,DDM）和随机相位编码波形,并对其优缺点进行对比。同时,对快时间MIMO和慢时间MIMO的信号处理流程进行归纳综合,给出基于匹配滤波的集中式MIMO雷达统一信号处理框架。为了展示不同波形对成像性能的影响,本文给出了基于三维匹配滤波的MIMO雷达成像结果。最后,结合实际应用问题,指出当前MIMO雷达面临的技术难点和发展趋势。     

Blind Joint Estimation for OFDM Time-Frequency Parameters

A novel blind joint estimation of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) time-frequency parameters is conceived in low signal-to-noise ratio (SNR) and multipath channel conditions. The oversampling factor is estimated by employing a new-designed cosine roll-off filter whose cut-off frequency is considered as the approximation of the sampling signal’s spectrum. The useful data length is estimated by means of the improved varying time-delay autocorrelation, and its final estimated value is defined as a power of 2, which has the minimum Euclidean distance with the peak position. The estimated useful data length is further utilized to refine the previous estimation of the oversampling factor. The bandwidth of OFDM signals is estimated by adopting the spectrum approximation method based on the estimated time-parameters. The simulation results demonstrate that the proposed method is robust to noise and multipath channel conditions without any requirement of a prior knowledge.     

基于DCO-OFDM水下可见光通信系统的预均衡技术

针对硬件预均衡技术和基于有限脉冲响应(FIR)滤波器的软件预均衡技术存在的问题,提出了数字预加重的软件预均衡技术,该技术根据发光二极管(LED)的频率响应参数针对性地补偿LED带宽,并设计了一套直流偏置光-正交频分复用(DCO-OFDM)水下可见光通信系统作为实验测试平台。实验结果表明:采用数字预加重技术后,LED调制带宽由7.8 MHz提升至了16 MHz,且该技术实现复杂度低、灵活性强,预均衡后的信号频谱更加平坦。     

100 channel optical FDM technology and its applications to opticalFDM channel-based networks

Optical frequency division multiplexing (optical FDM) technology, which allows the use of an extremely broad lightwave bandwidth (10-200 THz and over) and can realize transport systems that could replace the current digital (time division multiplexing based) transport networks, is described. The future outlook for communication networks based on optical FDM technology is assessed. Based on the technical results obtained from a 100-channel optical FDM experiment, of an optical FDM channel concept is proposed and a viable architecture for optical FDM-channel-based networks is developed     

一种新的OFDM系统载波频偏估计算法

在正交频分复用(OFDM)系统中,频率偏移会破坏子载波间的正交性,降低整个系统的性能。在研究传统频偏估计算法的基础上,利用简单的实数训练序列,进行OFDM系统的载波频偏估计,只需要一个训练序列,就可以有效地在时域内同时对小数倍和整数倍的频率偏移进行估计。仿真结果表明,基于实数训练序列的载波频偏估计算法不仅方法简单,易于实现,而且可提高频偏估计精度。     

IMDD OFDM无源光网中的非线性分析和信号失真消除

提出一种子载波演化方法分析基于强度调制直接探测的正交频分复用无源光网络中的非线性。该无源光网络中的非线性主要来源于调制过程中的子载波混合干扰和啁啾。传输过程的光纤色散会导致调制时的各子载波最佳相位匹配条件不能维持,进一步导致信号恶化。设计了一种新的Volterra数字滤波器除信号失真。修正的Volterra数字滤波器不仅包含相同的采样点,还包括了不同的采样点。通过实验验证了该滤波器去除信号失真的效果;在FEC为10-3的情况下,实验结果与已经报道的结果相比提升3 dB了功率效益;传输25 km光纤与背对背相比,FEC为10-3时的功率亏损小于0.5 dB;系统的数据传输速率达到24.5 Gbps,频谱效率达到7 bits/s/Hz。实验结果表明提出的方法可以有效地消除信号的线性和非线性失真,能够有效地恢复信号。     

121.9-Gb/s PDM-OFDM Transmission With 2-b/s/Hz Spectral Efficiency Over 1000 km of SSMF

We discuss optical multi-band orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and show that by using multiple parallel OFDM bands, the required bandwidth of the digital-to-analogue/ analogue-to-digital converters and the required cyclic prefix can significantly be reduced. With the help of four OFDM bands and polarization division multiplexing (PDM) we report continuously detectable transmission of 10$,times,$ 121.9-Gb/s (112.6-Gb/s without OFDM overhead) at 50-GHz channel spacing over 1,000-km standard single mode fiber (SSMF) without any inline dispersion compensation. In this experiment 8 QAM subcarrier modulation is used which confines the spectrum of the 121.9 Gb/s PDM-OFDM signal within a 22.8 GHz optical bandwidth. Moreover, we propose a digital signal processing method to reduce the matching requirements for the wideband transmitter IQ mixer structures required for PDM-OFDM.      

随机噪声信号的功率谱估计的仿真

在通讯与电子信息工程行业及领域中,大部分问题的解决需要进行估计一个随机信号在频率域上的功率谱分布,诸如此类的问题有很多,比如：设计滤波器消除噪声信号,振动随机信号的回波抵消,随机信号的特征抽取与表示等等。功率谱估计的分类：一般分为两大类,一类是参数法功率谱估计,一类是非参数法功率谱估计。参数法功率谱估计通常对数据进行一种建模,比如把数据建模成滑动平均模型（Moving Average）,或者自回归（Autoregressive）模型,而非参数法功率谱估计。除了要求信号满足广义平稳之外,不需要其它的统计假设。与非参数法相比较,参数法的优点是在一个给定的数据集合上能够有较少的误差、偏差与方差。     

Practical aspects of DFT-based frequency division multiplexing fordata transmission

A practical implementation of digital frequency division multiplexing is presented. The design goals are the use of very few modulation schemes (two or three), uniform reliability across the subchannels, and the avoidance of peak power violation. The FTDM (Fourier transform division multiplexing) method is used to design signals for transmission. Data are encoded in the frequency domain, Fourier transformed to yield a real sequence, and a signal is transmitted whose sampled values, when inverse Fourier transformed, yield the original code. Spectral characteristics for the code are easily obtained because it is designed in the frequency domain