认知无线电网络中利用FEC和DE的多节点频谱感知算法

针对认知无线电网络(CRN)中空闲频谱感知困难的问题,本文提出了基于前向纠错和差分进化算法的多节点频谱感知算法。首先,利用基于差分进化算法的协同检测完成信号感知;然后,研究了信道噪声对频谱感知性能的影响;最后,分析了前向纠错技术在信道存在噪声时对频谱感知性能的影响。仿真实验将纠错和无纠错控制信道的不同信噪比作为依据,采用三种不同的检测方法评估了本文算法。仿真实验结果表明,在存在噪声的认知无线电网络中,本文算法提高了系统的性能和检测概率,且协同感知算法的性能随着节点数目的增加而提高,该算法适合应用于实时性要求较高的应用程序。     

字典奇异值分解加权压缩感知多径信号参数估计

为提高水声信道多径参数估计的分辨率,提出了一种基于字典奇异值分解的加权压缩感知算法。对于有源声呐,根据发射信号构造字典,对字典进行奇异值分解,利用大特征值对应的特征向量构造信号子空间,然后使用信号子空间对接收信号进行滤波。对滤波结果进行加权压缩感知参数估计,得出最终时延估计结果。仿真实验表明,所提方法能够对水声多径参数进行超分辨估计,适用于任何脉冲信号。湖试处理结果显示,混响背景下该方法也有较好的多径参数估计性能,能够降低接收数据的噪声成分,提高对水声信道的多径时延、个数和幅度的估计精度。      

基于频谱Sevcik维数的目标运动速度估计*

在声目标无源估计应用中,目标与接收器存在相对运动时,接收的目标辐射的噪声信号存在多普勒频移。多普勒频移中包含目标的运动参数信息。针对线谱信号多普勒频移目标运动参数获取问题,提出一种基于频谱Sevcik维数的目标运动速度获取方法。首先利用Doppler-warping变换对接收信号进行重采样,然后对重采样后的频谱信号求Sevcik维数,最后通过寻找Sevcik最小值来实现速度估计。仿真证实了所提方法的有效性,在相同仿真条件下,所提方法相较于频谱求熵算法,速度搜索结果不仅具有更窄的主瓣宽度,而且可提高抗噪性5dB左右。两组实验数据的速度估计误差小于5%,证明了本文算法的有效性。     

统一载波测控系统下行信道噪声功率谱密度标定依据分析与探讨

噪声功率谱密度是测控设备下行信道的基本参数之一,反映了信道接收弱信号的能力。介绍了统一载波测控系统下行信道的基本组成及设计要求,分析了噪声功率谱密度在下行信道中的传递特性,提出了在不同信号电平、不同测控体制下噪声功率谱密度标定的基本依据和原则,为设备指标测试和航天测控任务参数设置提供参考和依据。     

基于光纤光参量放大的异步双波长全光再生技术研究

本文提出了一种新型的多波长全光再生方案,利用相位时钟光纤光参量放大,并采用相邻信道偏振正交的方法,实现对由异步信源产生的双波长信号全光再生.理论分析了参量放大中的增益饱和现象用于幅度噪声抑制,以及利用相位时钟及后续色散实现对信号定时的机理.在这个基础上,对两个独立信源产生的异步双波长10Gbit/s信号进行再生实验,实验表明该方案有效的抑制了基于多波长3R再生系统中信道间的四波混频与交叉相位调制等非线性干扰.系统在单波长和双波长情况下分别将两路信号信噪比改善了至少6.5dB与4.5dB.误码率测试结果说明,与背对背测试结果相比,无论是在单波长还是双波长条件下,两路波长的信号经过再生后都实现了约2dB的接收机功率代价的改善.     

用一类特定的双耦合Duffing振子系统检测强色噪声背景中的周期信号

通过分析耦合参数作用、系统所呈现大尺度周期相态的复杂性以及与系统在无噪声条件下状态的比较，得出耦合振子系统的动力学行为比同类单振子系统的复杂，周期相态更稳定、抗噪能力更强.用构造的一类含特定恢复力项双中强度耦合Duffing振子系统检测色噪声背景中的谐波、方波信号，信噪比分别达到-111.0和-108.45dB. 关键词： 特定双耦合 Duffing振子系统 色噪声 周期信号 信噪比     

基于载波抑制单边带调制的微波光子本振倍频上转换方法

提出了一种基于载波抑制单边带调制的微波光子本振倍频上转换方法.通过将本振信号加载在马赫-曾德尔调制器上产生±1阶本振边带,利用光纤光栅进行边带分离,将–1阶本振边带作为载波输入双平行马赫-曾德尔调制器进行二次调制.中频信号通过90°电桥加载在双平行马赫-曾德尔调制器上,并使其工作在载波抑制单边带调制状态.最后将输出的中频单边带调制信号与光纤光栅反射的+1阶本振单边带信号进行合路拍频,即可获得频率为2w_(LO)+w_(IF)的上变频信号.为了验证该方法的有效性,搭建了上变频链路并进行了性能测试,实验结果表明链路的输出光谱和频谱较为纯净,经过单边带调制后的光谱杂散抑制比达到了22.5 dB,产生的本振倍频上转换信号的杂散抑制比达到了23.6 dB,系统的无杂散动态范围达到了96.1 dB·Hz~(2/3).该本振倍频上转换方法可有效降低对本振信号的频率需求,并且产生的上转换信号纯净度较高,为光载无线通信、光控相控阵雷达等系统中的高频发射提供了有效途径.     

基于副载波外差检测的副载波-正交频分复用系统误码性能研究

基于相干检测的正交频分复用技术是未来高速光通信技术的重要解决方案之一,由于相干光检测系统结构复杂不易实现,因此采用副载波外差检测技术检测副载波正交频分复用光信号。建立了大气湍流信道系统传输模型,推导了子载波平均载噪比(CNR)和平均误比特率(BER)的闭合表达式,数值分析了本振光功率和调制系数对系统平均误比特率的影响,并通过仿真实验进行验证。实验结果表明,与直接检测相比,副载波外差可以进一步提高平均载噪比,提升系统误码性能。当接收光功率为微瓦量级时,本振光功率约为-11 d Bm,此时可获得最佳平均载噪比,当本振光功率大于-11 d Bm时,随本振光功率增加平均载噪比逐渐降低,平均误比特率升高。弱湍流条件下,当接收光功率大于-17 d Bm时,平均误比特率为10-5以上,此时可以保证无线光通信系统的可靠性。     

基于虚拟时间反转镜的垂直阵舰船辐射噪声级测量方法

研究了利用垂直阵测量舰船辐射噪声过程中因水声信道的多径效应对测量性能产生的影响,建立了基于声场模型的舰船辐射噪声测量的数学模型,推导了基于虚拟时间反转镜辐射噪声测量的理论公式,提出了一种基于虚拟时间反转镜技术的垂直阵舰船辐射噪声级测量方法。该方法首先采用基于波束积分的SCOOTER模型,根据海洋环境参数计算出辐射声源至测量水听器之间的信道传输函数,然后,用计算出的信道传输函数对接收信号做虚拟时反处理,以消除或减弱信道多径效应对接收信号的影响,从而提高舰船辐射噪声级测量精度。针对典型的浅海声信道,进行了计算机仿真试验。结果表明,该方法能有效地进行舰船宽带辐射噪声测量,当阵元个数满足一定要求时,测量得到的声源级与实际声源级相比,误差小于1 dB。      

各向同性噪声场中单矢量传感器虚源消除MUSIC测向方法

针对各向同性噪声场中,单矢量水声传感器声压通道和振速通道的噪声功率不一致性造成MUSIC测向方法性能急剧下降的问题,提出了一种增秩MUSIC测向方法和一种幅度加权MUSIC测向方法。增秩MUSIC测向方法通过增加信号子空间维度消除虚源的影响,在单目标情况和低信噪比时可获得高精度方位估计结果,其性能接近克拉美洛界限(CRB),但它不能分辨双目标;幅度加权MUSIC测向方法通过对接收信号幅度加权消除了虚源,并且能分辨双目标。      

Barker码激励超声导波在长骨检测中的应用

单脉冲激励的超声导波在长骨中传播时,信号的衰减大,导致接收信号的幅度很小,且噪声严重。Barker码激励能有效增大接收信号幅度,提高信噪比(SNR)。将其应用到超声导波长骨检测中,进行仿真和长骨实验,得到的信号分别用加权匹配滤波器和有限冲激响应-最小均方误差(FIR-LS)逆滤波器进行压缩,并与单脉冲激励的结果进行了对比。结果表明,对于13位的Barker码,采用加权匹配滤波器进行解码时,压缩信号幅度是单脉冲激励接收信号的13倍;而FIR-LS逆滤波器则达到-63.59 dB的峰值旁瓣水平(PSL),更好地抑制噪声。说明可以将Barker码激励超声导波应用于长骨的检测中。      

弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵

提出一种细尺寸、大孔径、高增益的弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵。根据匹配干涉方法选用反射率一致、中心波长相同以及3 dB带宽较宽的弱反射光纤光栅阵列;根据水声传感原理确定弱反射光纤光栅阵列的栅距以应用于5～10 Hz甚低频水声信号探测。采用光纤涂覆机对弱反射光纤光栅阵列二次涂覆,阵列中心波长整体一致漂移,栅距基本不变。采用扎纱机和护套机在二次涂覆弱反射光纤光栅阵列外铺设凯夫拉纤维和聚氨酯保护套形成水听器拖曳线列阵。测试拖曳线列阵水听器单元的声压-相位灵敏度在1 rad/μPa条件下分别为-136.97 dB@5 Hz、-139.64 dB@7.5 Hz、-139.36 dB@10 Hz;分析流噪声引起的水听器自噪声功率谱,拖速为8 m/s、频段为1～100 Hz的谱值在45～95 dB(1μPa~2/Hz)范围内。实验和分析结果表明,所提出的弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵甚低频段灵敏度高、流噪声低,有望增强无人航行器的甚低频水声信号探测功能。     

基于非线性光纤环形镜的少模脉冲幅度调制再生器

随着网络带宽需求的快速增加,波分复用系统的容量已接近非线性香农极限.为了适应未来网络的发展,空分复用技术引起了越来越多的关注.本文首次提出基于少模非线性光纤环形镜(FM-NOLM)的脉冲幅度调制(PAM)全光再生器,描述了其工作原理和具体设计过程.采用COMSOL软件对组成FM-NOLM的硫化物高非线性光纤进行了模式特性仿真.以LP01,LP11,LP21三个光纤模式为例,确定了再生器的参数,计算出每个模式的功率转移函数曲线.仿真分析了该少模PAM-4全光再生器的噪声抑制(NRR)性能,并与单模情形进行了比较.研究表明,1)对于每个空间模式的PAM信号,所有再生电平具有一致的功率转移性能;2)当输入信噪比(SNR)约大于20 dB时,三种模式的噪声抑制比均可超过3 dB,并随着输入信噪比线性增加,其斜率约为1.2;3)在相同输入SNR条件下,三种模式的噪声抑制比相差不大,不超过1.1 dB.为了说明再生器的再生性能,当输入SNR为25 dB时,我们还给出了再生前后PAM-4信号的功率分布直方图.与现有的再生方案相比,本文方案的均匀多电平再生转移性能,使其更适合高频谱效率的长距空分复用系统和任意电平数的PAM信号再生.此外,该方案也能够扩展到波长域,有效提高光通信系统的传输容量.     

基于高斯-拉普拉斯-伽玛模型和人耳听觉掩蔽效应的信号子空间语音增强算法

针对信号子空间语音增强算法中的子空间选择和线性滤波器中噪声功率谱和拉格朗日乘子的估计问题,用高斯、拉普拉斯和伽玛模型描述了语音的分布,提出了利用目标语音概率最大化来确定信号子空间维度的方法。在噪声子空间上,利用条件概率估计出噪声功率谱。接着,为了合理地折中增强语音中的残余噪声和语音畸变,提出了一种基于人耳听觉掩蔽效应的拉格朗日乘子估计方法。实验证明,在多项语音质量评价指标上,所提算法都取得了更好的结果。所提的信号子空间算法比传统的信号子空间算法更有效地消除了噪声,使得恢复的语音具有更好的质量。      

相干水声通信幅相加权空间分集均衡算法

水声信道的典型特点为多普勒频移严重、可利用带宽窄以及强多径干扰。空间分集均衡技术是相干水声通信中克服信道多径干扰,消除码间干扰的一种有效手段。为了极大化地输出阵增益,结合无源相位共轭方法和多通道均衡算法,本文设计了组合信噪干比的全新信道评价方法。利用改进的Sigmoid函数对各通道接收信号的幅度进行加权处理;采用二阶锁相环跟踪各通道信号的相位变化,实现各通道信号同相累加。将各通道低通滤波后的信号能量归一化,采用了分数阶-判决反馈分集均衡器,加入各通道权重系数实现了水声通信系统的分集均衡接收。仿真结果和湖试数据处理结果均表明,优化的幅相加权分集均衡接收算法能抵消多径和噪声的干扰,性能优于等增益合并接收算法。湖试数据处理结果误码率降低了1.8%。      

采用四阶累积量多重矩阵重构的低信噪比相干声源波达方向估计

针对相干声源子空间能量扩散且协方差矩阵欠秩难以有效估计波达方向(DOA)的问题,提出了一种采用高阶矩阵变换的估计方法-四阶累积量多重矩阵重构(FOC-MMR)。该方法首先对阵列声压数据分帧进行短时傅里叶变换,然后对四阶累积量扩展的高阶协方差矩阵进行奇异值分解(SVD)得到高阶噪声特征向量,保证该噪声特征向量与扩展后的高阶阵列流形矢量正交匹配,最终实现相干信号的DOA估计。相干单频矩形脉冲信号仿真结果表明,将FOC-MMR方法应用于均匀线阵(ULA, M=4),在信噪比SNR≥-15 dB时,相干信号(θ₁=-20°和θ₂=20°)的均方根误差保持在1.5°以内;在SNR=10 dB时,可正确分辨的两相干信号方位间隔Δθ可以低至5°。在相干脉冲声源实验中,通过混入SNR=5 dB高斯白噪声,验证了FOC-MMR算法在应用于由多个ULA组成的矩形面阵时,其分辨邻近声源和抑制高斯噪声的能力较高。FOC-MMR算法通过对声压阵列数据扩展得到满秩的高阶协方差矩阵,不仅解决了由信号相干造成的噪声和信号特征向量之间能量扩散的问题,还实现了以较高的测向精度和...     

舰船辐射噪声模拟发射系统的设计研究

本文依据典型舰船噪声的频谱特性规律,设计研制了一套舰船辐射噪声发射系统实验样机,包括信号结构设计、换能器选择配置、系统构成设计等,本噪声模拟发射系统具有100Hz～16kHz频带噪声的模拟发射功能,包括线谱、连续谱成分,频谱分配和谱线形式可调可控,信号总声源级动态范围达60dB。     

基于随机共振进行弱信号探测的实验研究

非线性随机共振系统可利用噪声增强微弱信号检测的能力,为强噪声背景下微弱信号的检测开创了新方法.基于随机共振的基本原理设计了硬件电路系统,并将其应用于检测单频和多频微弱信号;通过输入模拟工程实际的带噪信号,采样所得的输出信号的频谱分析结果表明,利用随机共振技术可从强噪声背景下有效地提取出单频和多频弱信号.多频弱信号的有效提取拓展了基于随机共振原理的弱信号检测技术的应用领域,结合数字滤波处理技术有效地消除了低频噪声对信号识别的影响.基于随机共振的弱信号检测技术在信息识别与信息处理方面具有巨大的潜在的应用价值.     

级联双稳系统的随机共振特性

研究了两个双稳系统级联的随机共振特性，由于第一级双稳系统的作用是将白噪声转变为色噪声，因此它是整个级联系统中最重要的环节，以后各级系统近似按洛伦兹分布将噪声能量不断向低频区域集中，从而减弱高频抖动，突出波形的基本轮廓.频谱中信号谱峰随噪声强度的变化规律表明，级联双稳系统只在有限的低频范围内，通过一定量的噪声强度来增强信号频率处的谱峰高度，如果前一级系统未达到随机共振状态，那么其后一级并不能对前一级的输出进行“优化”而形成随机共振.级联双稳系统级数的增加，会使噪声能量集中的低频区域变窄，信号谱峰易被压缩和受到噪声干扰.虽然可以用二次采样方法进行改善，但其改善程度有限.因此对于信号检测而言，使用单级双稳系统即可. 关键词： 级联双稳系统 随机共振 频谱 噪声     

一种基于选择性测量的自适应压缩感知方法

针对低信噪比条件下现有压缩感知系统重构性能严重恶化的问题,提出了一种基于选择性测量的自适应压缩感知结构.首先推导并分析了经过压缩测量的噪声的统计特性及其对重构性能的影响;然后基于输出能量最小化准则,设计了一种压缩域投影滤波联合噪声检测的自适应感知器,感知获得噪声子空间的位置信息;进一步利用该信息构造选择性压缩测量矩阵,智能选择测量信号,同时"屏蔽"噪声分量,极大提高了压缩测量值的信噪比.仿真结果表明,相对于现有压缩感知结构,选择性测量的压缩感知结构明显改善了含噪稀疏信号的重构性能,可更好地应用于吸波材料的前端特性分析、认知无线电的频谱感知等领域.