盲源分离技术在民航地空通信干扰中的应用研究

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盲源分离技术在民航地空通信干扰中的应用研究

  近些年来,我国正在向着科技化、信息化的发展战略目标逐渐发生改变,与此同时,各个领域也在为实现这一发展目标而不断努力。民航事业作为我国科技发展主导力量之一,备受国家的青睐和重视,由此,航空安全问题就成为了空中交通管理部门关注的焦点,根据对飞行安全知识的了解,影响飞行安全的因素有很多,所以只有将潜在的安全威胁和隐患及时进行发现和提出,才能保证空中交通实现安全运行,进而促进和推动航空事业更加卓越的发展。本文接下来主要就民航地空通信中的甚高频通信技术与盲源分离干扰抑制技术进行阐述。

 

  一、民航中的甚高频地空通信

 

  ()甚高频地空通信概述。

 

  所谓的甚高频地空通信就是基于甚高频技术实现良好的地空之间的通信。甚高频的通信频段处于118MHz136.975MHz之间,所采用的操作模式是单信道双工,利用双边带调幅。当下我国国内民航地空通信所运用的模式主要为本文所讲述的甚高频技术,这是因为其所提供通信较为方便、迅速。甚高频电波传播的路径是直线,由于电离层不可以反射,在很大程度上将接收以及发射限定在了视距的范围里。

 

  ()甚高频地空通信的应用及发展。

 

  甚高频地空通信系统在国内民航领域普遍应用,甚高频共用系统开始出现在一些大型的机场终端区,顺应了这些终端区对于地空通信的需要,减少干扰,有些业务量大的机场选择了双重覆盖。在小型机场的终端区,整治了甚高频地空通信系统,使小型机场统一了功率配置、频率配置以及系统配置的标准,更有利规范小型机场的发展。我国从十九世纪末至二十世纪初,已经建设了八十七个甚高频远端地面站,排除西部航路之外,覆盖面很广。

 

  二、盲源分离技术在民航地空通信干扰中的应用

 

  基于对地空通信干扰进行控制的基础上,很多航空事业研究人员展开了深入的探讨和思考。根据考证,事实证明,目前我国解决民航地空通信干扰的方式一般采用的是盲源分离技术,以下是总结出来的相关经验,希望给予大家参考。

 

  () 盲源分离技术概述

 

  盲源分离又名盲信号分离,是在信号理论模型不完整或者无法获知具体信号源的条件下,将混迭信号(观测信号)中分离出各源信号的一种信号分离过程。日常生活中,盲信号处理包括盲源分离和盲辨识另种信号形式,盲源分离主要是对源信号得到最佳估计只,而盲辨识则是需要得到一种数学混合矩阵。盲信号分离主要依靠的是模型分析的方式,最常用到的有卷积混合模型和线性混合模型两种,对于盲源分离源信号线性混合则是混合型形式中较为简单的一种类型

 

  所谓盲源分离技术(Blind Source Separation),是研究在未知系统的传递函数、源信号的混合系数及其概率分布的情况下,仅利用源信号之间相互独立这一微弱已知条件,从一组传感器测量所得的混合信号中分离出独立源信号的一种技术。使用盲源分离技术时,一般要忽略掉两个信号以上的干扰情况,基于VHF信号视距直射波的传播方式,这一传播方式不会产生多径效应,而且信号时延会通过信号源与不同阵元建的位置来决定,阵元对象的选取具有一定的延时作用,另外,同一阵元对不同方向来波的延时也不一样。

 

  以零时延阵元为例,可以得出两个不同的阵元观测信号,分为命名为阵元12,形式为:

 

  式中各字母的含义为:s1k(1)s2k(2)代表有用和干扰的基带信号,0为载波频率,a1a2为振幅混合比,d1(k)d2(k)代表多普勒频移,τ1τ2代表阵元2对两个信源的时延,n1(k)n2(k)则为信号噪声值。地空通信信号可以看作一个具有特殊特点的语音调制信,当飞行高度较高时,就会得到飞机速度与两个阵元天线角度值近似相等这一情况,通过多普勒效应,进而得到相应的频移项,经过一系列的推导,得知信号的混合形式为。

 

  经过以上描述,分析中,将对窄带接收信号的盲源分离线性时延卷积混合模型转化为复值线性瞬时混合模型,由此得知,地空通信信号模型需要满足复数混合盲源分离的条件。盲源分离是进行有针对性的盲信号分离方式,因此在运用时要满足一定的条件,以寻找矩阵A的逆矩阵估值A-1为目标,构建出了对信源S的估计等式:

 

  当满足A-1A=I的条件下,那么使得等式成立,达到了对源信号的估计的目的。

 

盲源分离技术在民航地空通信干扰中的应用研究


  () 盲源分离技术对地空通信干扰的抑制

 

  在对地空通信干扰实施有效解决和完善的过程中,依靠的是盲源分离技术对源信号进行估计,一般来说,抑制效果最为明显的主要依赖于盲源算法的使用和推导。

 

  互信息是作为盲源分离过程中一项评判反应信号状态的重要指标,当发生分离是,互信息容量会随着分离信号间隔而增大,此时运行速率需要做出适当的调整,随着分离过程的不断施行,互信息容量会逐渐减小,由于互信息与运行速率间存在正比例关系,所以运行速率也会随之减小,直到信号实现完全分离,此时的互信息值为零,进而得出输出互信息等于其负熵减去边缘负熵代数和的演算等式,形式为:

 

  其中I(y)属于y的互信息,显而易见,缘负熵和越大,互信息越小。根据以往的实践经验,计算互信息在盲源分离技术中相对较困难的,因此,要采用间接的方法,利用计算分离信号边缘负熵总和与控制运行速率之间的关系,可以得出边缘负熵总和的关系公式为:

 

  由于输出信号已经经过预白化,所以输出信号为零均值单位方差信号,于是得到基于峰度盲源分离算法,其中两个变量用来控制互信息对步长的影响程度"需要精心选择"来保证初始阶段有较快的收敛速度"踪阶段有比较小的稳态误差。

 

  三、结束语

 

  当下我国空中交通的体系进过长期的完善已越来越发达,在此期间对于地空通信,也提出了新的要求,为了适应这于形势,国际民航组织通过相关规则指出,甚高频技术与盲流分离技术在民航地空通信中运用的必要性。旨在彻底解决通信过程中的数据传输与抑制干扰问题,从而使我国的民航事业有一个强大且安全的保障。由于笔者的知识深度与广度有限,此文对相关问题的探讨仅能停留在这一浅显层面,希望对我国的民航地空通信问题有所帮助。

 

  作者:周鑫芫 来源:中国科技博览 201619