电子工程系

Department of Electronic Engineering

姚铮,博士,副教授,博士生导师

中国北京市清华大学电子工程系 100084

电话:+86-10-62780133

电子邮件:yaozheng (at) tsinghua.edu.cn

 

教育背景

2005.9~2010.1,清华大学电子工程系,信息与通信工程专业博士学位

2001.9~2005.7,清华大学电子工程系,电子信息工程专业学士学位

 

工作履历

2014.12~至今,清华大学电子工程系,副教授,博士生导师

2014.9~2014.12,清华大学电子工程系,助理教授,博士生导师

2010.4~2014.9,清华大学电子工程系,助理研究员,硕士生导师

 

学术兼职

2015~至今,电子工程系本科生核心课《信号与系统》(30230104),64学时

2013~至今,电子工程系本科生专业限选课《数字信号处理》(30230613),48学时

Springer GPS Solutions杂志编委

ION ITM 2014分会主席

IEEE Member

ION Professional Member

IEEE T-WC, IEEE T-AES, IET RSN审稿人

ION SDR Meta Data Standard WG Member

 

研究领域

• 下一代卫星导航信号体制设计

• 实时卫星导航软件接收机技术

• 新体制导航信号接收方法研究

• 陆基无线电导航系统设计

• 多用户协作定位

 

研究概况

姚铮博士的研究方向为导航信号处理。研究内容以卫星导航系统的下行信号为核心,紧密围绕信号的产生、传输、接收展开,主要包括下一代导航信号体制设计、导航信号多径抑制、新体制导航信号接收方法、实时软件接收机技术,陆基无线电导航系统设计,以及多用户协作定位技术等。

(一)下一代导航信号体制设计

信号体制是卫星导航系统的三大核心技术之一,信号的潜在性能决定了导航系统的先天性能。研究工作面向2020年后的PNT(定位、导航、授时)需求,为正在建设中的新一代卫星导航系统设计信号,以解决测距性能提升与功率带宽受限之间的矛盾,并为下一代导航卫星设计高灵活性的星上可重构信号生成技术。

十二五期间,在国家重大专项和国家自然科学基金项目的支持下,为北斗全球系统设计了两种新型卫星导航信号结构——正交复用二进制偏移载波调制(QMBOC)以及非对称恒包络二进制偏移载波调制(ACE-BOC)信号。这两种信号均能够在发射/接收带宽和发射功率受限的条件下最大程度满足定位服务的多样性,并同时提高用户的测距性能。其中ACE-BOC信号在同等发射功率条件下,与同频段的Galileo和新一代GPS的信号测相比,测距精度提高了33%,接收灵敏度提升了1.76 dB。

图1  多频联合调制复用原理示意

(二)新体制导航信号接收方法研究

针对下一代导航系统普遍采用的谱分裂(Spectrum Split)调制和数据导频分离的信号结构,研究相应的信号捕获、跟踪、多径抑制等技术。在BOC、MBOC、AltBOC等新型信号的无模糊处理及多径抑制方面获突破性进展。研究工作得到了国家重大专项、863计划、科技部国家重大仪器专项、教育部博士点基金、企业合作等资助。

 

图2  所提出的BOC信号抗多径方法的多径抑制效果

(三)实时GNSS软件接收机技术

作为STARx (Software-defined Tunable All-GNSS Receiver) Project负责人、国际卫星导航SDR元数据标准化工作组成员,瞄准未来导航接收机处理架构的变革趋势,研究基于软件无线电架构的实时导航接收机。

2013年带领小组研制成功国际上第一个可同时接收5大卫星导航系统(GPS、GLONASS、Galileo、北斗、日本准天顶系统)全部16种民用信号并联合定位的实时软件接收机(图3(a)),于2013年5月5日凌晨,在中国境内首次接收到在轨的4颗Galileo卫星信号并实现三维定位,验证了Galileo信号的实际服务精度,并为北斗全球信号设计提供参考。试验结果获得欧洲空间局(ESA)颁布的证书(图3(b)),并得到中央电视台新闻、北斗卫星导航系统官方主页、清华头条新闻、IEEE Spectrum中文版的报导。

近年来,北斗重大专项的多项关键技术攻关课题的研究在STARx上开展,取得了很好的效果。STARx还被航天科技514研究所选定为北斗重大专项信号源专题的测试验收设备。

 

(a)  STARx架构

(b)  欧洲空间局(ESA)颁发的证书

图3  实时GNSS软件接收机技术

(四)GNSS多用户协作定位技术

针对未来北斗卫星导航系统中群体性较强的位置服务应用等需求,对GNSS多用户点对点协作定位技术开展预先研究,以改善恶劣环境中卫星导航的定位服务质量。重点包括接收机之间有效协作方式的探索、交互数据的内容和格式的确定、协作的安全性问题等在内的一系列关键技术。

 

图4  GNSS多用户协作定位示意图

(五)承担的部分科研项目

• GNSS 信号的双频调制复用一体化设计研究,国家自然科学基金,项目负责人,在研;

• XX全球系统XX信号设计,国家专项,项目负责人,在研;

• GNSS全系统卫星导航测试分析仪,国家重大科学仪器设备开发专项,技术负责人,子课题负责人,在研;

• 接收机技术攻关,国家科技支撑计划项目,子课题负责人,在研;

• 新一代GNSS中的多径建模及抑制技术研究,教育部博士点基金,项目负责人,在研;

• GNSS多系统互操作接收机技术(第一阶段),国家专项,项目负责人,已结题;

• 多星座多信号接收与互用技术研究,863计划“地球观测与导航技术领域”子课题,项目负责人,已结题;

• 某系统监测接收技术途径研究,国家专项,项目负责人,已结题。

• 基于参数估计方法的新一代GNSS多径抑制技术研究,国家重点实验室基金,项目负责人,已结题;

• 卫星导航信号调制及复用技术研究,中国空间技术研究院CAST基金项目,项目负责人,已结题;

• 新一代GNSS互操作信号调制及复用技术研究,中国卫星导航学术年会青优论文资助课题,项目负责人,已结题;

• 低信噪比猝发信号捕获技术,空天宽带网络技术协同创新实验室开放基金,项目负责人,已结题。

 

奖励与荣誉

• 2014年入选科技部遥感青年科技人才创新计划

• 2013年获得军队科技进步二等奖

• 2013 年获得中国导航学术年会青年优秀论文一等奖

• 2013 年获得中国导航学术年会年会优秀论文一等奖

• 2010 年获得清华大学优秀博士学位论文

• 2010 年获得清华大学优秀博士毕业生称号

• 2010 年获得中国导航学术年会青年优秀论文一等奖

• 2008 年获得美国导航协会GNSS学生优秀论文奖

 

学术成果

期刊论文

[1] Yao Z, Cui X, Lu M, Feng Z, and Yang J. Pseudo-correlation-function-based unambiguous tracking technique for sine-BOC signals. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2010, 46(4).

[2] Yao Z, Lu M, and Feng Z. Unambiguous sine-phased binary offset carrier modulated signal acquisition technique. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2010, 9(2).

[3] Yao Z, Lu M, and Feng Z, Spreading code phase measurement technique for snapshot GNSS receiver. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 2010, 56(3): 1275-1282.

[4] Yao Z, Cui X, Lu M, and Feng Z. Dual update-rate carrier tracking technique for new generation global navigation satellite system signals in dynamic environments. IET (IEE) Radar Sonar & Navig. 2009, 3(1): 81-92.

[5] Yao Z, Lu M, and Feng Z. Unambiguous technique for multiplexed binary offset carrier modulated signals tracking. IEEE Signal Processing Letters, 2009, 16(7): 608-611.

[6] Yao Z, Lu M, and Feng Z, Quadrature multiplexed BOC modulation for interoperable GNSS signals, Electronics Letters, 2010, 46(17): 1234-1236.

[7] Yao Z, and Lu M, Lower bound on spreading code tracking error under unmatched de-spreading mode, Electronics Letters, 2011, 47(15): 878-879.

[8] Yao Z, and Lu M, Dual-frequency constant envelope multiplex with non-equal power allocation for GNSS, Electronics Letters, 2012, 48(25): 1624-1625.

[9] Gao Y, Yao Z, Cui X, and Lu M, Analysing the orbit influence on multipath fading in global navigation satellite systems, IET Radar Sonar & Navig. 2014, 8(1): 65-70.

[10] Zhang X, Yao Z, and Lu M, Optimizing the Gabor bandwidth of satellite navigation signal by MCS signal expression,SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy (Science in China Series G), 2011, 54 (6): 1077-1082.

[11] Lv P, Yao Z, Lu M, and Feng Z. Adaptive PLL tracking algorithm for GNSS pilot signals based on the INS acceleration signal, Qinghua Daxue Xuebao/Journal of Tsinghua University, v 53, n 11, p 1542-1547, November 2013

[12] Gao Y, Yao Z, Cui X, and Lu M. Influence of tracking loops in navigation receivers on multipath error, Huazhong Keji Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban)/Journal of Huazhong University of Science and Technology (Natural Science Edition), v 41, n 10, p 21-24+29, 2013

部分会议论文

[1] Yao Z. A new unambiguous tracking technique for sine-BOC(2n,n) signals. Proc. of ION GNSS, Savannah, GA. 2008: 2432-2438.

[2] Yao Z, and Lu M. Side-peaks cancellation analytic design framework with applications in BOC signals unambiguous processing. Proc. of ION ITM, San Diego, CA. 2011: 775-785.

[3] Yao Z, and Lu M, Optimized modulation for Compass B1-C signal with multiple processing modes, Proc. of ION GNSS, Portland, OR. 2011: 1234-1242.

[4] Huang B, Yao Z, Guo F, Deng S, Cui X, and Lu M, STARx – A GPU Based Multi-System Full-Band Real-Time GNSS Software Receiver, Proc. of ION GNSS+ 2013, Nashville, TN, 2013: 1549-1559.

[5] Yao Z, and Lu M, Design, Implementation, and Performance Analysis of ACE-BOC Modulation, Proc. of ION GNSS+ 2013, Nashville, TN, 2013: 1549-1559.

[6] Yao Z, and Lu M. Constant envelope combination for components on different carrier frequencies with unequal power allocation. Proc. of ION ITM, San Diego, CA. 2013.

[7] Yao Z, and Lu M. Quasi-coherent joint processing of modernized GNSS multiplexing signals. Proc. of ION PPNT, Honolulu, HI. 2013: 98-105.

[8] Huang B, Yao Z, Lu M, and Feng Z. A code phase measurement method for snap-shot GNSS receiver, Lecture Notes in Electrical Engineering, v 243 LNEE, p 641-651, 2013.

[9] Lv P, Lu M, and Yao Z. Dual-update rate INS aided carrier phase lock loop for new generation global navigation satellite signals. Lecture Notes in Electrical Engineering, v 243 LNEE, p 715-724, 2013.

[10] Zhang J, Yao Z, and Lu M. Applications and low-complex implementations of ACE-BOC multiplexing. Proc. of ION ITM, San Diego, CA. 2014: 781-791.

[11] Zhang J, Yao Z, and Lu M. Optimized asymmetric dual-frequency constant envelope multiplexing technique, Lecture Notes in Electrical Engineering, v 304 LNEE, n VOL. 2, p 103-113, 2014.

[12] Zhu Y, Yao Z, Cui X, Lu M. Comparative analysis of dual-frequency constant envelop multiplexing techniques for ARNS band. Proc. of ION ITM, San Diego, CA. 2014: 792-801.

[13] Gao Y, Yao Z, Zhu Y, and Lu M. A two-dimension tracking based multipath mitigation method for BOC signals. Proc. of ION ITM, San Diego, CA. 2014: 876-883.

[14] Chen Q, Yao Z, and Lu M. Implementation of a GNSS receiver with an unambiguous acquisition and tracking technique. Proc. of ION ITM, San Diego, CA. 2011: 989-996.

[15] Zhang X, Zhang X, Yao Z, Lu M. Implementations of Constant Envelope Multiplexing based on Extended Interplex and Inter-Modulation Construction Method. Proc. of ION GNSS, Nashville TN. 2012: 893-900.

[16] Zhang X, Yao Z, Zhang X, and Lu M, A method to optimize the spreading code chip waveform in sense of Gabor bandwidth, Proc. of ION GNSS, Portland, OR. 2011: 1299-1304.

[17] Jin L, Yao Z, Cui X, Lu M, and Feng Z, Dual update-rate FLL-assisted phase lock loop of novel robust receivers for new generation global navigation satellite signals, Proc. of ION GNSS, Portland, OR. 2011: 3652-3659.

[18] Teng D, Yao Z, Cui X, Lu M, and Feng Z, Weighting adjustment acquisition method for the DSSS signal. Proc. of NSWCTC, Wuhan, China. 2010: 336 – 339.

专著章节

[1] Yao Z, Unambiguous Processing Techniques of Binary Offset Carrier Modulated Signals. In Jin S (Eds.), Global Navigation Satellite Systems - Signal, Theory and Applications (Chapter 3), Rijeka, Croatia: InTech Press, 2012: 53-76.

部分发明专利

[1] 姚铮, 崔晓伟, 陆明泉, 等. 双更新率载波跟踪环路: 中国,ZL200710178904.3. (中国专利授权号.)

[2] 姚铮, 崔晓伟, 陆明泉, 等. 一种扩频码跟踪环路的构成及其运行方法: 中国,ZL200710304686.3. (中国专利授权号.)

[3] 姚铮, 陆明泉, 冯振明. 信号调制方法和信号解调方法: 中国,ZL201010184771.2. (中国专利授权号.)