極低信噪比無線通信信號隨機共振檢測理論與方法研究

《極低信噪比無線通信信號隨機共振檢測理論與方法研究》是依託電子科技大學,由王軍擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：極低信噪比無線通信信號隨機共振檢測理論與方法研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王軍

項目摘要

隨著探測距離與下潛深度的增加，深空和遠洋水下潛器通信系統接收信噪比（SNR）越來越低，需要研究高效的極低SNR無線通信信號檢測方法。本項目利用非線性動力學系統的隨機共振（SR）理論在微弱信號檢測中的獨特優勢，研究極低SNR通信信號SR檢測的理論和方法，利用信號、噪聲和非線性系統間的協同提高檢測性能。項目首先建立非線性系統參數和噪聲與通信信號檢測性能的關係模型，從SNR、波形相關性和互信息的角度，揭示通信信號SR檢測的機理。以此為基礎，項目提出極低SNR通信信號SR預處理方法，將接收信號通過特別設計的參數自適應非線性系統，利用SR改變噪聲的時間、頻率特性及其統計分布，在增強有用信號的同時抑制帶內噪聲；進一步，項目通過可以有效區分信號和噪聲、估計信號參數的非線性方法，實現對極低SNR通信信號的判決解調。項目還將針對深空和遠洋水下潛器通信的典型場景，通過半實物仿真對提出的理論和方法進行評估驗證。

結題摘要

項目圍繞極低信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）無線通信信號隨機共振（stochastic resonance，SR）增強檢測和解調理論、方法和技術開展研究，主要研究內容包括以下四個方面：極低SNR無線通信信號SR檢測機理研究；極低SNR無線通信信號SR預處理方法研究；經SR預處理的無線通信信號的非線性解調算法研究；基於半實物仿真平台的無線通信信號SR檢測性能評估。 項目完成了上述四個方面的研究內容，取得了如下四方面的研究成果： 第一，針對寬頻高斯噪聲下的極低SNR信號高效檢測問題，項目提出了基於雙穩態SR系統的信號增強處理方法和架構，以最大化輸出SNR為目標，給出了噪聲、頻率自適應的雙穩態系統參數設計方法。 第二，針對非高斯脈衝噪聲下帶限無線通信信號的可靠接收問題，項目提出了基於超閾值量化陣列廣義隨機共振的信號增強處理方法，以最大化處理後SNR和波形相關性為最佳化目標，構建了最佳化處理模型，基於變分和凸最佳化理論，給出了最佳化處理方法的一般形式，和特殊處理方法（如clipper）的最佳化參數。 第三，針對非高斯脈衝噪聲下線性和連續相位調製信號非線性處理和最佳化接收問題，項目提出了新型的有記憶（Myriad濾波）和最佳化的無記憶（單符號）預處理方法，給出了噪聲參數估計、同步性能限分析、最佳化同步序列設計與同步算法、相干和非相干解調算法。 第四，面向對潛長波通信（典型的非高斯脈衝噪聲套用場景），開發了實驗室實驗系統，對項目研究的關鍵算法進行了測試評估，驗證了其有效性，相比於傳統處理方法，最大可獲得3dB的增益。 項目的研究成果可用於增強噪聲下的微弱無線通信信號檢測，尤其是長波通信等非高斯脈衝噪聲的場景，提高信號接收的可靠性。項目申請發明專利10項（含授權1項），發表論文17篇,錄用1篇，項目研究成果套用於電磁頻譜監測項目，獲省部級科技進步一等獎，成果套用於某探索研究項目，通過專家組驗收。