运动目标微多普勒效应的激光雷达相干探测及特征提取

在建立口径为200mm,波长为1550nm的全光纤型激光相干雷达探测系统的基础上,展开对运动目标微多普勒效应的实验研究。对实验获取信号进行频谱分析和时域-频域联合分析的结果表明,时间-频域联合分析方法可有效地提取运动目标的微多普勒效应特征,从而得到目标在20～2000Hz的振动特征。利用这些特征可区分和识别不同运动目标,为目标的探测、分类和识别提供了一条有效的途径。     

复合微多普勒效应中几种时频方法的比较

为了研究复合振动目标微多普勒信号中目标振动特征的提取问题,进行了激光微多普勒效应探测运动目标复合振动的实验研究,对实验结果的时频域的联合分析表明:时频分析方法能够较好地分析出运动目标复合振动的微多普勒特征。运用短时傅里叶变换(STFT)、Winger分布(WD)、Winger-Ville分布(WVD)和重排平滑伪Winger-Ville分布(RSPWVD)对微多普勒信号进行了时频分析,并对结果进行了比较。结果表明:重排平滑伪Winger-Ville分布(RSPWVD)能较好地揭示微多普勒信号的特征,是一种有效的时频分析方法。     

基于相干激光雷达的激光微多普勒探测

利用相干激光雷达探测目标微动特性技术是一种以单频激光为光源,用外差探测的方式实现对低速、低频多个运动物体进行微多普勒信息提取和识别的技术.以波长为1.064 μm的窄线宽单块激光器为光源,发射激光经过模拟长距离传输的4 km的光纤延迟,照射到以扬声器的发声单元和电动平移台为目标的微动物体上,目标反射的激光会聚进入单模光纤,参考光与信号光通过3 dB光纤合束器线性耦合进入同一根光纤,并在探测器表面进行相干.用于接收相干信号的探测器的接入方式为光纤输入,带宽为3.5 GHz.利用时间-频率域联合描述的方法对数/模(A/D)采样后的数据进行分析.在4 km光纤延迟时,本系统最低探测速度为0.5 mm/s,速度分辨率达到毫米每秒量级,频率分辨率达到千赫兹量级.利用微多普勒信息探测技术,实现了探测物体表面的微动状态信息和识别运动状态的目的.     

基于时频图的飞机目标特征提取算法

研究了两种基于时频分析的飞机目标特征提取算法。首先,介绍利用短时傅里叶变换获得目标二维时频图信息,然后,分析飞机目标回波时频图的图像熵特征和平均时频谱特征,给出了这两种特征的提取算法,仿真得到利用这些特征对三类飞机的分类识别结果,分析了其目标分类识别性能以及适用情况。在研究时频图平均时频谱特征提取算法时,发现单独使用此特征在飞机目标分类识别中存在的问题,加入基于平均时频谱的方差特征,综合两种特征实现了对三类飞机目标的的分类识别。仿真结果表明,这两种特征的目标识别正确率都能达到94％以上。     

一种基于FPGA的高速短时傅里叶实现

短时傅里叶变换(STFT)由于其算法简单、处理时间短及易于实现等优点,因此其在图像处理、语音分析、信号检测及参数估计等领域获得越来越多应用。通过分析短时傅里叶变换算法原理,设计了一种基于现场可编程逻辑器件(FPGA)的高速短时傅里叶实现结构,该结构充分利用蝶形单元运算特点,在满足时间分辨率及频率分辨率的基础上降低了运算复杂度,并在高速率运行时钟下节省了硬件资源。     

逆合成孔径成像激光雷达微多普勒效应分析及特征提取

 研究了基于逆合成孔径成像激光雷达的目标微多普勒效应,分析了激光信号高载频和大带宽对目标微动点一维距离像的影响,在此基础上建立了相应的微多普勒特征参数方程并讨论了快时间对微多普勒效应的影响.针对逆合成孔径成像激光雷达系统目标微多普勒效应的特点,提出了一种结合二值数学形态学腐蚀膨胀运算和推广Hough变换的目标微多普勒特征提取方法.仿真实验验证了文中微多普勒效应理论分析和微多普勒特征提取算法的正确性,并证明了逆合成孔径成像激光雷达对厘米或毫米量级微动观测的有效性.     

基于卷积神经网络的非多普勒激光雷达测风系统

提出了一种基于卷积神经网络技术的非多普勒激光雷达测风系统.该系统利用半导体感光元件(charge coupled device,CCD)拍摄气溶胶颗粒物的激光雷达后向散射图,针对不同风速气溶胶颗粒物的运动轨迹特征,实现定量的风速测量.卷积神经网络对经过图像预处理的气溶胶颗粒物运动轨迹图,进行特征提取并生成风速测量模型,...     

FMCW激光雷达精密测量技术及振动特性研究

针对激光器调频非线性对FMCW激光雷达测距精度的影响,研究利用辅助光路提取峰谷值点对测量光路进行重采样的方法。推导重采样测距公式,当测量环境中存在振动时,振动会使得待测目标出现移动,并在拍频信号中引入多普勒频移,增加拍频信号频谱宽度。因此,针对振动情况,利用交叠分时傅里叶变换计算不同时间窗内的频率值来对振动特性进行分析与回归校正。可得到测距中心距离为4.998 0 m,信号的平均振动周期为17.993 Hz,校正后得到目标物体的振幅为12.2μm,所提方法的测距精度均保持在90%以上。     

激光微多普勒效应探测系统

建立了激光微多普勒效应探测系统,开展了利用激光微多普勒效应探测运动目标微小振动的实验研究.特征提取的结果表明:时-频分析方法适合于时变微多普勒信号的分析,能够有效地提取出运动目标的振动特征.     

转动目标光学微多普勒效应的仿真研究

为了研究转动目标激光雷达回波信号中目标运动特征的提取问题,建立了转动目标微多普勒效应的点散射模型,并进行了仿真研究,获得了激光雷达探测转动目标的回波信号图.针对转动目标雷达回波信号成分复杂,采用一般的时频分析方法信号可读性差的问题,提出了应用时频分析的重排算法来分析信号,获得了良好的时频特性,估计出了目标的相关运动参数,证明了该方法用于分析转动目标微多普勒信号的有效性,为利用雷达回波信号的时频特征实现转动目标的识别奠定了基础.     

雷达信号脉内时频分析的一种新方法

提出了基于短时傅立叶变换和分数阶傅立叶变换相结合的雷达信号脉内时频分析方法。介绍了短时傅立叶变换和分数阶傅立叶变换．以及两者的联合分布．最后给出了仿真结果。     

基于欠定盲分离的多目标微多普勒特征提取

连续波雷达多目标回波中多种微多普勒特征分离问题采用独立成分分析方法实现,该方法在使用中存在较大局限性,要求待分离的微多普勒特征之间必须是统计独立的,且仅局限于恰定和超定的方程组求解问题。然而,在多目标雷达观测场景下,雷达接收的混叠回波的个数通常少于目标的个数,各目标的微多普勒特征可能存在相关性。为此,提出了一种基于欠定盲分离的多目标回波微多普勒特征分离方法。该方法可以从少数原始混叠回波中分离出多个目标的微多普勒特征,对待分离的微多普勒特征限制性弱。通过数值仿真,证实了该方法的可行性。     

基于短时傅里叶变换的相位编码信号分析

在电子侦察中,需要判断截获的雷达信号的调制方式和调制参数.利用递归式短时傅里叶变换(STFT)和相参积累的分析方法,可对相位编码信号进行检测和解码.与一些常规方法相比,该方法在较低信噪比时也可以得到较好的分析结果.最后,通过计算机仿真验证了该方法的有效性.     

基于短时傅立叶变换和Wigner-Ville分布的联合变换

短时傅立叶变换是一种线性变换,对于多分量信号来说不存在交叉项,但时频聚集性不好;wgner-Ville分布具有很好的时频聚集性,但对于多分量信号却存在交叉项。文章讨论了一种结合短时傅立叶变换和Wigner-Ville分布各自优点的方法,通过将二者进行“融合”,可以得到既没有交叉项,而且时频聚集性叉好的时频分布。通过实验验证了该方法的有效性,并且该方法在低信噪比下对信号有很好的检测性能。     

联合时频分析和谱估计的机动目标ISAR成像

机动目标逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)成像中,在对目标回波进行平动补偿之后,每一个包含目标散射点的距离单元的回波都可以表示为多分量的线性调频信号.鉴于机动目标散射点多普勒频率的时变特性,传统的距离-多普勒(Range Doppler,RD)算法获得的机动目标...     

信号的时频分析理论与应用评述

由傅里叶变换在刻划信号的时间信息和频率信息上的矛盾引出了时频联合分析的思想,在详细介绍了短时傅里叶变换、小波变换、魏格纳威利分布和希尔伯特黄变换这4种典型时频分析方法的基础上,对他们的时频局部性能进行了分析和比较,指出了这些分析方法的优势和存在的问题。最后简要介绍了上面4种典型时频分析方法各自的应用领域。     

激光微多普勒探测运动目标复合振动的实验研究

建立了激光微多普勒效应探测系统,开展了激光微多普勒效应探测运动目标复合振动的实验研究.实验结果的频谱分析和时-频域的联合分析表明:利用激光微多普勒效应,可以有效地探测目标的复合振动,为目标的探测、分类和识别奠定了基础.     

基于S-变换的水中目标特征提取

介绍了一种相对较新的联合时频分析方法——S-变换法,并利用S-变换对水中目标信号的相位特征和局部谱进行提取。列举了一些联合时频分析的应用例子,证明了此法对水中目标特征提取的有效性。     

“信号与系统”中的STFT概念引入

“信号与系统”现行的内容体系中大多以傅里叶变换、拉氏变换和Z变换为核心展开,内容涉及连续以及离散系统的分析。三大变换均不具备对信号进行时域局部分析的能力,而实际应用中则往往需要对信号进行时域局部分析。本文探索将短时傅里叶变换概念引入“信号与系统”课程中,以此阐述时域局部分析方法,为进一步引入多分辨分析做好铺垫。