基于瞬态极化统计量的微弱 信号检测及优化算法设计

 针对窄带极化雷达系统,首先给出了极化聚类中心的统计分布函数,构造了GLRT检测似然比,据此提出了特征极化基下的微弱信号检测算法,同时计算出CFAR检测概率的解析表达式.然后通过极化基变换的方法证明了所选极化检验统计量分布具有极化不变性质,解决了一般极化基下的微弱信号检测问题,并给出了此种检测方案的优化算法.最后,我们通过仿真分析了此种检测算法的性能,结果说明低信噪比下新算法可以很大地改善雷达系统的检测性能,对于反隐身、预警和空间探测等领域有着重要的指导意义.     

基于ISVS的微弱信号检测

针对窄带极化雷达系统,本文研究了微弱信号的检测问题.首先给出了目标散射信号和随机极化波的瞬态Stokes子矢量序列(简记为ISVS)的表征方法,导出了随机极化波的ISVS到期望信号匹配距离的统计特性.在此基础上,利用目标散射信号和接收机噪声的ISVS到期望信号匹配距离之间的差异,基于径向积累的思想提出了一种微弱信号检测算法,可以极大地改善雷达系统的检测性能,对于反隐身、预警和空间探测等应用领域有着重要的指导意义.     

基于极化起伏度的微弱信号检测

本文研究了窄带极化雷达的微弱目标检测问题。首先给出了随机极化波的瞬态极化投影序列(IPPS)相对于任一期望信号的极化起伏度的概念,导出了极化起伏度的统计特性。在此基础上,利用目标散射信号和接收机噪声的IPPS 特性之问的差异,基于极化积累的思想提出了一种基于极化起伏度的微弱目标检测算法,通过合理选择脉冲宽度和接收带宽等参数,可以极大地改善雷达系统的检测性能。对于反隐身、预警和空间探测等应用领域有着重要的指导意义。     

基于Stokes子矢量估计的弱信号检测

研究了窄带极化雷达的弱信号检测问题。首先给出目标散射波和随机极化波瞬态Stokes子矢量序列（ISVS）的表征方法和匹配距离的概念，而后提出了一种雷达目标散射信号Stokes子矢量的估计方法。最后，利用目标散射信号和接收机噪声的ISVS之间的差异，基于径向积累的思想提出了一种弱信号检测算法，可以显著改善雷达系统的检测性能，对于反隐身、预警和空间探测等具有一定的指导意义。     

基于多级维纳滤波的洋流方位估计

该文提出基于多级维纳滤波(MSWF)降维技术的海面洋流方位估计方法。针对同一距离元探测到的洋流之间具有一定的相关性,先将观测数据作空间平滑,然后采用递推算法得到信号子空间和噪声子空间。该方法避免了协方差矩阵的估计及其特征分解,能够大大降低计算的复杂度,从而适应实时工作的需要。最后通过对实测数据的分析表明文中的方法可以快速有效地进行洋流方位探测。     

基于空间外差的钾盐光谱探测与提取研究

含钾消焰剂的使用,大大降低了火箭尾焰的二次燃烧及辐射量,提高了对其探测与追踪的难度。基于空间外差光谱技术微弱光谱信号精细探测的优势特性,采用自行设计的近红外波段仪器,以室外天空为背景,用酒精喷灯火焰模拟火箭尾焰,实验研究了其中钾盐信号的探测,并以现代谱估计方法中的自回归AR算法和MUSIC算法对测量信号进行提取研究。结果表明,两种算法均能实现对钾特征信号的提取及对噪声的抑制,使特征信号的峰宽变得更窄,其中AR算法对钾766.49 nm特征峰的半峰宽减小率为21%,噪声减小率为42%;MUSIC算法对钾特征峰的半峰宽减小率为50%,噪声减小率为47%,两相比较可见MUSIC算法的效果更好,说明将空间外差技术应用于火箭等喷射式飞行器的识别具有可行性。     

一种基于二重特征分解的稳健波束形成方法

针对强干扰背景下的弱目标被动探测与定位问题,提出了一种基于特征分解的稳健波束形成方法。首先搭建了一个由信号子空间与干扰方向导向矢量组合的特殊矩阵,理论推导了该矩阵特征向量与信号导向矢量间的内在关系,并证明这种数学关系仅与信号间相对方位有关,与信号能量无关;接着利用该关系,构造了能够抑制训练数据中期望信号并保证其余信号功率不变的预处理矩阵;最后对预处理后的训练数据,结合对角加载方法,获得最终波束形成方法的权向量。仿真实验证明,在干扰区间已知时,该算法在保证波束形成的稳健性同时,具有更强的干扰抑制能力。     

基于线型预测频谱估计的相干激光雷达功率谱分析方法EI北大核心CSCD

基于多普勒效应的相干激光雷达广泛应用于测风等大气探测领域,实际应用于风场观测时,由于噪声杂波干扰、回波信号较弱和风场不均匀性等影响了多普勒频移估计的精度。为准确估计激光雷达弱回波信号中的多普勒频移,提升相干测风激光雷达的探测距离和探测精度,文中开展了基于激光雷达功率谱信号的多普勒频移估计算法以及探测性能提升的评估研究。在快速傅里叶变换的基础上,提出了一种结合线性预测频谱估计与导数增强方法的功率谱分析方法,通过与常用的最大似然离散谱峰值频移估计算法(ML DSP算法)进行比较,验证了文中方法在相干测风激光雷达微弱信号频移估计过程中的优势。风速数据的时间及空间相关性分析结果表明,功率谱分析方法具有更好的风速估计稳定性,有效风场探测距离相较ML DSP算法提升了73%。与超声风速计对比结果表明,文中提出的综合算法在弱信号情况下的风速测量精度高,风速结果与超声风速计的标准偏差相较ML DSP算法降低了0.23 m/s,偏离率BIAS降低了0.3 m/s,有效提高了低信噪比范围内多普勒频移估计的精度。     

白天空间目标激光测距微弱信号探测方法

白天空间目标激光测距数据有助于提高空间目标定轨精度,在航天科研方面具有重要应用价值。白天天空背景较亮,激光测距回波信号一般很弱,从较强背景光中识别出微弱的空间目标激光回波信号十分困难。针对白天空间目标激光测距微弱信号探测技术难题,从白天天空背景噪声影响估算入手,计算了不同探测阈值情况下的测距虚警率,分析了白天激光测距距离门宽与探测阈值的关系,给出了白天对空间目标激光测距的回波信号探测阈值,提出了基于多光子探测器的白天激光测距微弱信号探测方法,并对其可行性进行了实验验证,该研究成果可应用于白天空间目标激光测距系统设计及新型激光测距系统发展研究等方面。     

浅水多途环境下地震波传感器二维DOA估计

利用单个三轴地震波传感器可对水中目标进行被动探测和定位,为了提高地震波传感器的目标分辨能力,将MUSIC算法用于单地震波传感器的方位估计中。针对传统MUSIC方法在相干信号源条件中性能下降的问题,提出斜投影极化分离方法对水中多径传播信号进行分离,在不同的极化状态空间对目标的空间谱进行估计实现水中目标的高分辨方位估计。仿真结果表明,该方法依靠单个地震波传感器便可实现浅水多途环境下的高分辨方位估计。湖试数据的处理结果验证了该方法的有效性。     

双Mach-Zehnder光纤干涉仪中的模拟退火偏振控制算法

基于双Mach-Zehnder光纤干涉仪的分布式光纤油气管道安全检测及预警系统运行时,由于光纤等效双折射和输入偏振态扰动的影响,常出现相位偏移而导致用于报警定位的两路检测信号相关性下降而产生定位误差。本文提出基于双臂检测信号相关系数的模拟退火算法对输入偏振态进行实时控制,在系统信号相关性恶化时,通过反馈控制改变输入偏振态以恢复信号的良好相关性。现场实验表明,基于双臂检测信号相关系数的模拟退火偏振控制算法,可快速寻找到偏振态最优点,使检测信号维持良好的相关性;相较采用偏振控制之前,系统的工作稳定性得到了明显提高。     

高灵敏度的光子偏振激光雷达系统

在空间目标探测中,由于远距离、小目标的特点,回波信号十分微弱,传统的激光雷达不能很好地探测如此微弱的信号。而且现在空间目标探测不仅需要距离信息,还希望获得目标的强度、偏振等更加多维的信息。提出了基于Gm-APD单光子灵敏度探测器的四路光子偏振探测系统,以Gm-APD探测器的泊松概率响应模型为基础,推导了回波微弱信号的强度解算公式,通过四路的强度解算出回波信号的偏振信息,在实验室搭建了四路Gm-APD光子偏振探测系统的原理样机,并介绍了四路Gm-APD光子斯托克斯参量的探测实验。在平均每个脉冲回波能量为7.7810-19 J的情况下,获得3.95%的线偏振误差和5.84%的椭圆偏振误差的探测结果。     

基于偏振图像的低照度场景多目标检测算法

偏振光反射信息可直接反演目标本征特性,且在传输过程中具备较强的抗干扰特性,因此偏振成像技术可适用于多种复杂环境中的智能监控、交通监察领域。近年来使用深度学习判读图像检测目标的方法迅速发展,已经广泛应用于图像处理的各个领域。本文提出了一种基于偏振图像与深度神经网络算法的行人、车辆多目标检测算法YOLOv5s-DOLP。首先,通过实时获取到偏振图像进行偏振信息解析,获取目标偏振度图像。其次,为增强偏振度图像中检测目标与背景存在高对比度的特性,在主干网络中引入通道注意力与空间注意力,提升网络特征进行自适应学习的能力。此外,使用K-means算法对目标位置信息进行聚类分析,加快网络在偏振度图像的学习速度,提升目标检测精度。实验结果显示,该算法结合了偏振成像和深度学习目标检测的优势,对于低照度复杂场景中的车辆、行人目标检测效果好、检测速度快,对于道路车辆的目标检测、识别与跟踪具有一定的应用价值。     

基于快速变极化的认知无线电频谱感知算法

为充分利用授权信号的极化状态矢量信息进行频谱感知,该文提出一种基于K臂赌博机的快速变极化算法,通过将双自由度搜索问题转化为K个1维问题,能够实现满足实时频谱感知要求的授权信号极化状态识别。给出了算法收敛时预期收益的上下确界。最后分析了基于该算法进行极化匹配接收的频谱感知性能。仿真结果表明,算法能够快速收敛,并高精度识别授权信号极化状态,对频谱感知性能提升显著。     

基于四极化通道融合的海面漂浮微弱目标特征检测

海杂波背景下的微弱漂浮目标检测是雷达目标检测的热点和难点问题。由于海杂波背景下的微弱漂浮目标的回波能量低和多普勒频率通常位于主杂波区,传统的自适应类相参积累检测方法无法有效检测该类目标。基于特征类的目标检测方法是解决海面漂浮目标检测问题的有效途径。本文首先分别提取四个极化通道的三种时域和频域特征（相对平均振幅、相对多普勒峰高和向量熵）,然后在极化通道维度上进行融合,获得四极化通道融合特征。最后,在三维特征空间中使用快速凸包学习算法来确定海杂波的判决区域,从而完成检测。实测海杂波数据实验验证了新方法的有效性,并表明其具有优良的检测性能。      

Degree of polarization detection: a dual‐polarized antenna based spectrum sensing algorithm for cognitive radio

A new spectrum sensing algorithm‐degree of polarization (DoP) sensing algorithm is proposed in this paper. By exploiting a pair of dual‐polarized antenna at the receiver, DoP of the received vector signal is estimated and utilized to detect the presence of primary users based on the polarization characteristics of electromagnetic waves. The dual‐polarized narrowband and broadband systems are both considered for DoP detection. In theoretical analysis, we derive the probability of detection, the probability of false and detection threshold of the proposed algorithm. It is shown that our algorithm overcomes the noise uncertainty problem. Considering the polarization‐sensitive channel impairments, the impact of polarization mode dispersion on DoP detector is discussed. This method can be utilized for various signal detection applications without requiring the knowledge of signal, transmission channel, and noise power. In simulations based on wireless microphone signals, by applying polarization information signal carries, DoP achieves a better detection performance than arithmetic‐to‐geometric mean detector, the maximum‐to‐minimum ratio eigenvalue detector, and energy detector with noise uncertainty. The simulations based on digital video broadcasting‐terrestrial signals are also presented, which may show the detection performance of the proposed method may be affected by polarization mode dispersion. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

LFM-PC复合调制信号优化设计算法

针对相位编码(Phase Coded,PC)信号在高速运动平台和高速目标探测中运用存在多普勒敏感问题,研究了一种基于线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号和相位编码信号复合调制的宽多普勒容限信号形式——LFM-PC复合调制信号。本文推导了LFM-PC信号的模糊函数,在多普勒容限内以最小归一化积分旁瓣为准则建立了信号优化设计模型,提出了基于交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)的低复杂度信号优化算法。仿真结果表明,基于此算法优化设计的LFM-PC信号具有宽多普勒容限的同时降低了归一化旁瓣,并且此优化算法具有收敛速度快、运算量低的特点。     

Self-adaptive CH4 concentration detection system based on infrared spectrum absorption principle

Considering that the noises resulting from low modulation frequency are serious and cannot be totally eliminated by the classic filters,a novel infrared(IR) gas concentration detection system based on the least square fast transverse filtering(LS-FTF) self-adaptive modern filter structure is proposed.The principle,procedure and simulation on the LS-FTF algorithm are described.The system schematic diagram and key techniques are discussed.The procedures for the ARM7 processor,including LS-FTF and main program,are demonstrated.Comparisons between the experimental results of the detection system using the LS-FTF algorithm and those of the system without using this algorithm are performed.By using the LS-FTF algorithm,the maximum detection error is decreased from 14.3 to 5.4,and also the detection stability increases as the variation range of the relative error becomes much smaller.The proposed LS-FTF self-adaptive denoising method can be of practical value for mid-IR gas detection,especially for weak signal detection.     

基于光弹调制的原子磁强计中光信号检测方法

在无自旋交换弛豫原子磁强计中,需要检测极小的旋光角度。基于光弹调制器的偏振调制技术由于其较低的噪声和长时间的稳定性在各种检测方法中是优选的。但光弹调制器的输出信号里包含有大量噪声和高次谐波,严重影响了原子磁强计的性能。针对以上问题分析了基于光弹调制器的偏振调制技术的原理和待检测信号的特性,并提出一种基于双通道数字锁相放大器的原子磁强计微弱信号检测方法。该方法简化锁相放大算法,减小电路复杂度,并能准确地同时检测一次谐波和二次谐波的幅值。理论分析和仿真结果表明,该检测系统工作良好,可以准确地检测微弱信号,误差在0.1%以内。