基于小波变换的高光谱激光雷达回波微弱信号处理技术

针对高光谱激光雷达回波信号能量弱导致的波形信息常常淹没在噪声中而难以提取的问题,基于高光谱激光雷达原理验证样机系统采集到的高光谱激光雷达回波信号数据,通过分析小波变换参数选取对信号处理的影响,寻找到一种基于小波变换的高光谱激光雷达回波微弱信号的处理方法,即在sym6小波3层分解下,运用软阈值函数和启发式阈值处理可有效处理高光谱激光雷达回波微弱信号,运用该方法在仅有少量回波样本信号数量情况下,达到高斯拟合在数倍回波样本信号数量情况下的处理效果,降低了提取出波形信息所需要的高光谱激光雷达回波信号探测时间。     

Mie散射激光雷达大气回波信号经验模式分解算法的研究与应用

详细论述了经验模式分解(EMD)的激光雷达大气回波信号降噪信号处理方法.并进行系统仿真及实验验证.这种基于EMD的去噪算法适合处理含有脉冲的信号(如Block,Bump和脉冲回波信号等).通过利用该算法对米(Mie)散射激光雷达大气回波信号进行分析处理,其结果表明该去噪方法能去除大气回波中含有的噪声,能为下一级消光系数反演提供高信噪比(SNR)的初始数据.     

用于条纹像距离提取的迭代加权质心方法

条纹阵列探测激光雷达具有测距精度高、作用距离远、探测景深宽和数据更新率高等显著优点,已被广泛应用于地形测绘、海岸带监测、城市三维重构、森林生态研究等领域中。传统的信号鉴别方法在回波信号距离提取过程中存在一定的局限性,影响了条纹阵列探测激光雷达的距离分辨能力和目标识别能力。针对这一问题在处理条纹图像时引入了一种迭代加权质心算法,讨论了该算法在质心定位中的独特优越性,结合条纹阵列探测激光雷达的信号分布特征确定了该算法中关键参数的选取。利用该算法在1.4 km的作用距离下获得了具有清晰边界特征的目标距离像,有效抑制了距离提取过程中产生的边界模糊效应,显著提升了系统的细节分辨能力,相比于传统的质心算法,测距精度提高了17%。     

相干测风激光雷达微弱信号的频率估计

相干测风激光雷达通过探测大气气溶胶的多普勒频移信息获取风速信息。其回波信号为微弱信号,微弱信号中频率提取属于频率估计范畴。经补零处理后的快速傅里叶变换算法（补零FFT算法）应用于相干测风激光雷达频率估计,具有算法简单,运算速度快,稳定性高等优点。与常用的频率估计算法脉冲对算法（PP算法）和改善型脉冲对算法进行比较,验证了补零FFT算法在相干测风激光雷达微弱信号频率估计方面的明显优势。通过仿真软件MATLAB仿真非相参积累脉冲3 000次的前提下检测微弱信号（距离门宽度为128采样点）信噪比可达-26.6 dB。最后,通过风场试验获取实测风速数据,验证了补零FFT算法在相干测风激光雷达中应用的优越性。     

基于粒子群算法的3维激光雷达回波分解

为了提高3维激光雷达回波分解的精度和准确度,采用粒子群算法与最小二乘法相结合的方法,分析了激光雷达回波分解原理以及粒子群算法原理,研究了粒子群算法在激光雷达回波信号分解中的应用;进行了理论分析与实际数据验证,取得了实际激光雷达回波数据的分解结果。结果表明,采用粒子群算法与最小二乘法相结合的分解方法,激光雷达回波可以更高精度地分解为一系列单个波形的叠加,并获得了延时、强度及脉宽等参量,拟合度提高至0.989,一定程度上抑制了噪声的干扰。该算法可以有效提高激光雷达回波分解的精度。     

一种机载脉冲激光雷达回波模拟设备

传统的激光雷达测距机信号处理能力的评估需要激光器、光学系统和探测器等设备的配合,为简化该评估方法,研制了一种机载脉冲激光雷达回波模拟设备。通过分析脉冲激光雷达回波特性,建立了回波数学模型,指出了衡量测距性能的关键参数。以模型为理论依据,以距离、信噪比等参数为输入,采用软件算法生成波形数据并存储于PC机,通过硬件电路将波形数据处理输出,形成模拟激光回波。实验证明,该设备可模拟目标最远40 km,信噪比最小为2的回波,其中,目标距离模拟误差在0.95‰内,信噪比平均模拟误差为13.3％,该设备工作稳定可靠,满足使用要求,极大地简化了激光雷达测距机信号处理能力的性能测试。     

电离层返回散射探测中的射频干扰剔除方法研究

在电离层返回散射探测中,回波信号容易受到射频干扰(RFI)的污染,使得直接从回波信号中提取电离层信息比较困难,因此对这些干扰进行剔除是必不可少的。基于波形平均算法和小波变换去噪算法,提出一种剔除射频干扰(RFI)和噪声的方法,并对实测数据进行了处理。结果表明:将该算法应用到电离层返回散射探测中是可行的。     

激光脉冲弱小回波信号提取方法研究

在激光红外复合制导中,主动激光雷达可以提供探测目标的距离信息,并与红外探测方式实现光电互补,有助于提高复杂战场环境下精确制导的准确率。激光测距时,准确的回波位置检测是确保测距精度的关键。而信噪化是决定精度和作用距离的关键。为了提升脉冲回波信号的信噪比,本文提出了一种结合自相关滤波算法与改进的奇异值分解方法的微弱脉冲提取方法,并分别采用仿真数据和实际采集的脉冲激光回波信号进行去噪实验,实验结果表明,本文所提出的方法能够有效地提升回波信号的信噪比,有助于提高激光测距的精度。     

1550 nm相干激光测风雷达微弱回波信号处理

针对激光测风雷达回波信号极其微弱,直接快速傅里叶变换(FFT)后无法得到回波信号频域幅值的问题,该文提出了嵌入现场可编程门阵列(FPGA)的数字中频信号处理方法,有效地提取了回波信号频域幅值.激光测风雷达的回波信号是相干激光脉冲信号经过空气中气溶胶后向散射的信号,由于空气中气溶胶浓度小以及激光发射功率限制,回波信号微弱...     

基于并行PO/EEC的ISAR回波生成与成像仿真

为了满足基于模板的逆合成孔径雷达（ISAR）目标识别对海量高分辨模板图像的工程需求,提出了一种基于并行电磁散射特性计算技术的ISAR图像信号级仿真方法。首先,以OpenMP技术为基础采用并行物理光学和等效边缘电磁流对目标的电磁散射特性进行快速计算;其次,以步进频率波形为雷达发射波形结合目标的电磁散射特性生成了宽带雷达回波数据;最后,对使用距离多普勒算法对仿真回波数据进行处理生成ISAR像,并与点阵模型成像结果进行了对比分析。实现了对ISAR图像的信号级快速仿真,对ISAR系统设计与验证、ISAR图像解译和目标识别以及ISAR成像处理等具有重要意义。     

基于Kirchhoff近似的海底地声回波仿真

海底地声信号的仿真研究是声呐回波信号研究的一个重要方向,在声呐设备性能检测、海底底质分类研究方面具有重要的价值.借助基于Kirchhoff近似的海底回波模型,比较研究了沉积物类型、海底界面起伏以及声波频率对声波散射强度的影响.并且对于长江口附近海域的几种典型海底底质类型,通过Matlab仿真出了相应的海底回波信号.     

基于光学滤波的水面弱纹理提取方法研究

水下潜体运动产生的内波反映到水表会形成一定的红外弱纹理信号,这使得利用红外遥感手段探测成为可能。但是这种纹理信号的对比度很弱,而且往往和振幅很强的背景杂波混在一起,给信号的提取造成很大困难。比较了已有水面弱纹理探测方法的优缺点,提出光学滤波的方法增强水面弱纹理信号的信杂比,使这种信号的提取更容易。基于非相干光学滤波的原理和特定信杂比评估弱纹理信号提取性能的方法,对不同特定频率信号的光学滤波方法采用信杂比进行分析和评估,然后在此基础上,针对特定频率的信号优化了相应的非相干光学传递函数,通过仿真和实验验证了该方法的可行性,同时表明优化的双孔径非相干光系统对弱纹理模型和信号具有较好的提取能力,该优化的系统可以得到7%以上的信杂比增强,再结合后续的数字对比度增强技术可以进一步有效提高对弱纹理信号的提取能力。     

宽脉冲光子计数偏振激光雷达探测浅水层研究（特邀）

由于受激光脉冲宽度的限制,传统激光雷达无法实现几十厘米的浅水层测量。设计了一个双Gm-APD光子计数偏振激光雷达系统,采用宽脉冲获取薄浅水层的高精度距离像。浅水层的表面光滑,能够保偏;底面粗糙,将发生退偏。根据该偏振现象,通过发射水平线偏振光,接收系统中采用一个偏振分光棱镜将前后表面信号光分离,然后分别被两个Gm-APD探测。该系统不受信号光的脉冲宽度限制,并充分利用Gm-APD的死时间机制,针对超薄浅水层实现三维深度测量。利用基于穆勒矩阵和斯托克斯参量表示的偏振传输原理,理论分析了双Gm-APD偏振激光雷达的分光原理。采用信号复原质心算法抑制距离漂移误差获取高精度距离信息。对于深度从4.5cm变化到8 cm渐变的薄浅水层,底面覆盖了黑、白沙子,探测距离为5 m,在实验上采用6 ns激光脉冲获取了薄浅水层的高精度距离像,测距精度为0.8 cm,有效验证了方案的可行性。该方案能够为机载海洋测绘激光雷达的浅水层测量提供一定借鉴。     

混沌背景中微弱信号检测的回声状态网络方法

对复杂非线性系统的相空间重构理论进行了研究分析,提出了混沌背景中微弱信号检测的回声状态网络方法。针对回声状态网络模型参数选取困难这一问题,采用遗传算法对其模型参数进行优化。将回声状态网络模型参数作为遗传算法的个体,混沌时间序列预测均方根误差的倒数作为适应度函数,通过选择、交叉、变异等操作获得适合数据特点的最优模型参数。根据回声状态网络强大的学习和非线性处理能力,利用得到的回声状态网络模型最优参数建立混沌背景噪声的单步预测模型,将淹没在混沌背景噪声中的微弱瞬态信号和周期信号从预测误差中检测出来。以Lorenz系统和实测的海杂波数据作为混沌背景噪声进行仿真实验,仿真结果表明,本文所提方法在预测精度和训练速度方面均优于支持向量机和神经网络模型,能够有效地检测出混沌背景噪声中的微弱目标信号,且具有较小的预测误差。      

新型机载激光测深系统及其飞行实验结果

新研制的机载激光测深系统与第一代机载激光测深系统相比,在探测信号采集率、浅水测量能力、测点定位精度和系统的自动化方面都有较大的提高。新系统采用1000 Hz激光器以提高测量密度,分设深水浅水双通道接收回波信号以提高浅水探测能力,装配高精度的惯性导航系统(IMU)和全球定位系统(GPS)提高了测点的定位精度和深度精度,数据后处理进行了潮汐改正和波浪改正提高深度测量的精度。系统在某海域进行了多次飞行实验,实验数据经过分析和处理,得到了比较满意的结果,表明该激光测深系统在测深精度和测量效率等方面,已经接近实用化。     

结合蚁群搜索与边缘检测的红外轮廓提取算法

现有的边缘检测算法对红外图像进行边缘提取的过程中,容易出现边缘模糊和噪声残留等现象;针对这种现象,提出了一种结合蚁群搜索与边缘检测的红外轮廓提取算法。根据小波变换后各高频子带间的相关性,引入了图像的相关性因子来对图像信号进行分类;并对提取的边缘信号进行基于蚁群算法的边缘检测算法进行边缘提取,来去除其中的噪声信号并对弱边缘信号进行保护。实验结果表明,其实验结果与预期效果基本相符,在不同复杂背景的红外图像中,都具有较好的边缘保护效果与抗干扰能力。     

DRM外辐射源雷达多普勒扩展杂波抑制算法研究

数字调幅广播(DRM)外辐射源雷达面临严重的多径杂波问题,其中不仅包含静止地面散射物引起的无多普勒频移多径杂波,还有经运动海面等散射引起的具有多普勒频移扩展的多径杂波。扩展相消杂波抑制类(ECA)算法常被用于无源雷达杂波抑制,但均仅针对无多普勒频移的多径杂波。文中建立了考虑多普勒频移扩展杂波的该无源雷达信号模型,结合信号波形特点提出了载波域ECA算法(ECA-C)的扩展算法,深入分析了扩展ECA-C算法的多径杂波抑制机理。该方法通过对各载波信号组成进行分析,构造相应的杂波子空间,利用子空间正交投影可同时对静止的和具有多普勒频移的多径杂波进行抑制,提高了系统的杂波抑制能力,进而改善了弱目标检测能力。理论分析和实测数据处理结果表明了该算法的优越性。     

基于一阶海洋回波的HF-SAR提取表层海流性能分析

将合成孔径技术用于高频地波雷达,以实现单站提取表层海流,对于降低观测成本、提高效率具有重要意义。但现有的高频合成孔径雷达(HF-SAR)信号模型是基于理想点目标的,而未考虑海域分辨单元的Bragg散射效应。针对这一问题,基于一阶海洋回波理论,该文提出了用HF-SAR提取表层海流的改进的信号模型,并分析了Bragg散射对HF-SAR方位向回波的影响。然后针对方位向回波信号的特点,给出了相应的速度估计算法。最后通过蒙特卡洛仿真分析了HF-SAR对指定海域分辨单元的速度估计性能,结果显示对于流速和流向的估计精度能够满足工程应用的要求,这表明用HF-SAR提取表层海流是可行的。     

基于电磁模型的宽带雷达海杂波信号建模与分析

该文针对时变海洋面雷达回波信号模拟问题,建立了一种包含电磁散射机理与雷达波形调制特征的海杂波雷达回波信号模型.该模型首先建立一组具有时变特征的海面几何样本,通过对改进双尺度面元模型的加速处理,实现各时刻海面散射数据的高效模拟,并通过与测试数据的对比证实了电磁计算方法的准确性,然后采用子脉冲形式建立宽带回波信号模型,并以...