课题基金 / 基金详情

复杂室内环境脉冲超宽带信号有限新息率采样与参数估计方法研究

批准号:
62101495
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
黄国兴
依托单位:
学科分类:
信号理论与信号处理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄国兴

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对复杂室内环境下脉冲超宽带信号接收端所面临的信号多径叠加、路径损耗、脉冲波形畸变的问题,基于脉冲信号和多径信道的参数化特性,从参数采样的角度,研究基于有限新息率(FRI)的脉冲超宽带信号欠奈奎斯特采样与参数估计方法。首先,通过微分洛伦兹函数拟合的方式,构建复杂室内环境下脉冲超宽带信号的参数化数学模型;然后,充分考虑物理元器件非理想效应的影响,研究获取信号时频信息的FRI采样核和阵列式采样结构;最后,利用不同阵元采样通道间信号的相关性,结合波束形成和智能优化的思想,研究脉冲超宽带信号调制参数、多径信道参数联合估计算法,实现噪声干扰环境下目标参数的高精度估计。通过以上研究,拟解决目前复杂室内环境下脉冲超宽带数字接收机采样数据量巨大而信号中所蕴涵参数信息有限之间的矛盾问题,为超宽带数字接收机技术的未来发展提供理论和方法支撑。
英文摘要
In complex indoor environment, the impulse radio ultra-wide bandwidth (IR-UWB) signals face the problems of multipath aliasing, path loss and pulse waveform distortion. According to the parametric characteristics of pulse signals and multipath channels, this research focuses on the sub-Nyquist sampling method for IR-UWB signals with finite rate of innovation. Firstly, based on the differentiate Lorentzian function fitting approach, this research will construct the parametric mathematical model of IR-UWB signals in complex indoor environment. Then, considering the non-ideal effects of physical components, FRI sampling core and array sampling structure will be studied. Finally, making use of the correlation between the signals from different sampling channels, and combining with the ideas of beamforming and intelligent optimization, this research will study the multi-channel joint estimation method for IR-UWB signal modulation parameters and multipath channel parameters, to realize high precision estimation of target parameters under noise interference environment. The research results will solve the contradiction problem between the tremendous sampling data and the limited parameter information contained in the IR-UWB signals. Furthermore, it will establish theoretical basis and method support for the development of UWB digital receiver technology.
室内复杂的建筑结构和多变的材质会对脉冲超宽带信号的传播产生重要的影响,导致信号多径混叠、脉冲波形畸变等问题。本项目旨在面向复杂室内环境下的脉冲超宽带信号采样系统,研究脉冲超宽带信号参数化建模、有限新息率(FRI)采样方法以及信号重构算法。首先,本项目提出了复杂室内环境脉冲超宽带信号参数化建模方法,通过采用微分洛伦兹、高斯二阶导等函数线性组合的方式,结合粒子滤波与深度学习的方法,对畸变脉冲序列进行高精度拟合与建模,实现了对室内信号多径混叠、路径衰减和脉冲波形畸变情况下的复杂信号建模,极大地降低了模型匹配误差;然后,针对现有FRI采样系统由于物理元器件非理想效应而导致信号重构效果较差的问题,提出了非理想硬件环境下的脉冲超宽带信号FRI采样结构及硬件实现方法,在模拟域利用发射信号的先验信息实现采样核非理想频谱特性的校准,在数字域通过对元器件非理想特性的测试实现对信号参数估计误差的补偿,结合这两种模拟域校准和数字域补偿的方式,达到消除FRI采样系统中物理元器件非理想效应的目的,提高了非理想硬件环境下的信号恢复效果;最后,针对低信噪比情况下FRI采样方法参数估计精度较低的问题,提出了脉冲超宽带信号调制参数、多径信道参数联合估计算法,基于分布式FRI采样结构,利用复杂脉冲函数模型、各采样通道间信号相关性等先验信息,结合子空间算法、智能优化算法的思想,从而实现了低信噪比下信号参数的高精度估计。本项目的成果有效解决了目前复杂室内环境下脉冲超宽带数字接收机采样数据量巨大而信号中所蕴涵参数信息有限之间的矛盾问题,为室内超宽带数字接收机技术未来的发展方向提供科学的决策参考和理论支撑,在现代军事和民用领域的短距离通信、测距、导航和定位等技术中有着巨大的应用前景。
浅层地下目标探地雷达回波信号FRI采样与参数估计方法研究
  • 批准号:
    LQ21F010014
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    黄国兴
  • 依托单位:
国内基金
海外基金