基于双向反射函数的水下激光引信回波仿真方法

针对鱼雷激光近炸引信探测水下近场目标的需求,开展了水下激光引信回波蒙特卡洛仿真方法研究.结合水下激光引信探测特点建立水下目标回波的蒙特卡洛仿真模型.为了提高水中非朗伯目标表面回波仿真的准确度,推导了基于双向反射函数的光子反射方向概率分布,根据概率分布随机抽样光子反射方向.仿真了不同距离和入射角度条件下的水中目标回波信号.仿真结果表明:目标回波幅度随目标距离和入射角度的增大迅速下降,目标距离在6~12m内变化时,信号峰值动态范围为11.5dB;目标距离为8m,激光入射角在0~45°内变化时,信号峰值动态范围为9.2dB.为验证仿真方法的正确性,在水池中进行水中目标蓝绿激光探测实验,实验结果和仿真结果一致.研究成果可为解决传统蒙特卡洛方法在水中非朗伯面目标回波仿真中的适用性问题及水下激光引信优化设计提供参考.     

激光测深系统中大动态范围压缩技术的实验研究

分析了分通道、距离选通、光电倍增管变增益、正交偏振等多种技术相结合的方法,用以改善机载激光测深系统中激光回波的动态范围。并研制了相应的变增益部件,开展了水池试验以及海上现场试验。试验结果表明,多种方法相结合的技术可对水底信号的动态范围进行有效压缩,满足机载测深系统对浅海测量的动态范围要求;但正交偏振技术对信号测量压缩的改善效果并不明显。报道了试验过程中出现的光电倍增管后脉冲对水深测量的影响。对动态范围压缩技术进一步研究提供了有价值的参考。     

机载多脉冲激光雷达目标信号模拟器的研究

研究多脉冲激光雷达目标信号模拟器,用以评估回波数字信号处理算法及其实现平台的性能。结合信号能量与波形关系指出由激光雷达方程建立回波信号波形模型是不充分的。对空中目标回波脉冲展宽进行建模及数值仿真,得到不同倾角、目标距离及目标尺寸下的波形展宽时间数据。根据展宽前后能量保持不变的性质,利用高斯脉冲函数特征参数求解建立回波波形数学模型。基于目标距离误差及目标回波噪声统计特性建立回波仿真模型,提出了依信噪比发生回波观测信号的方法。对比两种模拟器的信噪比误差、最小模拟信噪比、连续工作时间等性能指标,总结了新型模拟器的优势。     

相干场成像全相位目标直接重构法

回波信号处理和目标重构算法是相干场成像中的核心数据处理技术, 直接影响系统的成像质量. 基于全相位谱分析理论, 提出一种新的系统融合处理算法, 对接收端回波信号直接提取全相位谱相位及幅值信息实现目标图像重构, 能够有效抑制各种因素带来的频率误差. 经室外实验系统验证, 成像能力大大优于传统重构算法, 重构目标分辨率接近理论极限值.     

机载激光海洋测深系统接收FOV的研究

以"多次前向、单次后向散射"激光测深回波信号数学模型为理论基础,分析了接收FOV对激光测深回波信号的影响。讨论了不同海水深度情况下FOV损失因子与接收器FOV之间的关系。以辨别力指数D作为激光测深性能评价标准,分析了晴空条件下机载激光测深系统辨别力指数D与接收器FOV的关系,进一步得到在不同最大探测水深情况下的最优FOV。根据分析结果可以对机载激光测深系统的接收FOV进行优化,为我国研究新型的机载激光测深系统提供理论依据。     

改进的小波阈值消噪法在湍流信号处理中的应用

湍流数据采集中有用信号往往不同程度地受到干扰噪声的污染,小波阈值消噪法一定程度上能将有用信号的高频成分和噪声区分开,将其应用于湍流信号消噪是相对合理的.针对现有小波阈值消噪法的不足,提出了一种改进的阈值函数和基于小波能量熵的阈值自适应选取方法.仿真实验表明,新方法具备连续性好、偏差小、自适应阈值选取等优点,不但可以实现高信噪比信号的合理消噪,而且能有效检测出强噪声干扰下的微弱有用信号.以两组实测湍流信号的消噪处理为例,考察了新方法在湍流信号处理中的消噪效果.结果表明,该方法能为湍流信号的后处理提供可靠的数据.     

利用动态接收增益提高磁共振成像信噪比的方法

提出了一种提高磁共振成像(MRI)信噪比的有效方法.该方法在每次采集回波信号前,能够快速、灵活地控制MRI接收机的增益,实现磁共振信号动态范围的压缩;在图像重建之前采用双精度浮点运算扩展动态范围压缩的磁共振信号,最终得到信噪比提高的重建图像.在1.5 T超导MRI系统上进行了自旋回波序列的水模成像,实验结果表明,相比传统的基于固定接收增益的扫描图像,利用该方法得到的T1加权图像信噪比可以提高10%.和其他提高磁共振信号动态范围的方法相比,该方法无需增加额外硬件电路,避免多次采集图像,因而具有实现成本低的优点,是一种提高MRI信噪比的有效方法.     

基于LED-89C52的无人机动态信号采集处理系统设计

无人机动态信号采集与处理,是对无人机控制的关键。设计并实现了一种基于LED-89C52的无人机动态信号采集与处理系统,该系统以89C52单片机为核心,使用高质量的信号采集终端模块以及信号处理调理模块增强检测精度,提高无人机大气信号检测的动态性能,系统的硬件设计,主要包括89C52单片机、信号采集终端、信号处理板模块、信号调理模块以及传感器信号放大与A/D转换模块和显示译码驱动模块、LED数码管显示模块等,给出了系统实现动态信号采集与处理的流程图以及程序代码,实现无人机中动态信号有效采集与处理。实验结果表明,所提系统可准确获取无人机中动态信号,完成信号的有效处理,具有较高的准确率,应用前景阔。     

压缩感知在宽带声学多普勒测速技术中的应用*

为降低宽带声学多普勒测速技术中宽带回波信号处理系统的采样和数据存储压力,研究了压缩感知的回波信号重构算法,并将其应用于宽带声学多普勒测速的回波信号分析中。在点回波模型下进行宽带回波信号的仿真实验,利用复协方差法计算频移。仿真实验结果表明,在无噪声的理想条件下,利用压缩感知理论处理宽带多普勒测速的回波信号,能够达到理想的测频效果;在相同的噪声条件下,应用压缩感知方法处理后的回波信号能够获得与带通采样方法相当的测频效果。     

逆合成孔径成像激光雷达数据采样技术

逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标的高分辨实时成像,但激光信号的极大带宽和目标回波信号的微弱性给雷达回波数据的接收和处理带来了较大困难.针对这一问题,提出了基于光外差探测手段和压缩感知理论相结合的信号采样方法,首先通过光外差探测降低回波信号的有效带宽,再结合压缩感知理论实现对信号的稀疏化采样和重构.仿真结果证明了运用本文所提出的采样方法,在使用远低于奈奎斯特定理所规定的采样率时,仍然能够实现对目标的高质量成像.     

全波形激光雷达回波信号建模仿真与分析

全波形回波信号建模仿真与分析是全波形激光雷达探测技术的一项重要研究内容。针对激光束在目标场景中投影点的获取问题,提出了一种基于激光束空间边界的光线求交快速算法,运算效率高,稳定性好。基于激光雷达信号的时空分布特性,推算出目标场景对信号的响应函数,建立二者的作用过程模型。并针对全回波检测技术中的距离选通探测模式,对目标回波信号与距离选通门限的位置关系进行了分类建模和分析。在研究以上三项关键技术的基础上,构建了全波形激光雷达回波信号仿真系统,仿真实现和分析了不同距离选通门限条件下的全波形回波信号特性,并生成了复杂场景下隐蔽目标的全波形激光雷达数据。     

逆合成孔径成像激光雷达数据采样技术

逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标的高分辨实时成像,但激光信号的极大带宽和目标回波信号的微弱性给雷达回波数据的接收和处理带来了较大困难.针对这一问题,提出了基于光外差探测手段和压缩感知理论相结合的信号采样方法,首先通过光外差探测降低回波信号的有效带宽,再结合压缩感知理论实现对信号的稀疏化采样和重构.仿真结果证明了运用本文所提出的采样方法,在使用远低于奈奎斯特定理所规定的采样率时,仍然能够实现对目标的高质量成像.     

基于混合智能算法的激光雷达数据拼接技术

双通道数据拼接技术能有效地增大激光雷达系统的动态探测范围,改善大气回波信号的信噪比。提出了一种基于非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)与邻域粗糙集(NRS)的大气遥感激光雷达数据拼接智能算法,即NRSWNSGA-Ⅱ,提高了数据拼接的准确性和稳定性。该算法以三个判断双通道数据拟合优度的评价函数为优化目标,通过NSGA-Ⅱ获得评价函数的Pareto最优解集,进而利用NRS训练数据样本得到的权重进行线性规划,实现了最优拟合范围内的全局随机搜索。实验结果表明,所提算法拼接效果良好并在全天性数据拼接工作中有较好的稳定性。     

基于混合智能算法的激光雷达数据拼接技术EI北大核心CSCD

双通道数据拼接技术能有效地增大激光雷达系统的动态探测范围,改善大气回波信号的信噪比。提出了一种基于非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)与邻域粗糙集(NRS)的大气遥感激光雷达数据拼接智能算法,即NRSWNSGA-Ⅱ,提高了数据拼接的准确性和稳定性。该算法以三个判断双通道数据拟合优度的评价函数为优化目标,通过NSGA-Ⅱ获得评价函数的Pareto最优解集,进而利用NRS训练数据样本得到的权重进行线性规划,实现了最优拟合范围内的全局随机搜索。实验结果表明,所提算法拼接效果良好并在全天性数据拼接工作中有较好的稳定性。     

波长可调谐激光雷达系统设计

以OPO激光器为光源,设计了一台激发波长在192~2 750nm范围内连续可调谐的激光雷达系统.分光系统由可旋转光栅和小孔光阑构成,通过调节光栅的衍射角,实现不同波长回波信号的有效接收.光电倍增管用于紫外和可见光波段回波信号的光电转换,InGaAs探测器用于红外波段回波信号的光电转换.后续数据采集及处理由专用采集系统和PC机完成.利用美国标准大气模型对系统在不同波段的探测能力进行数值仿真,验证了系统的可行性.该系统实现了激光雷达激发波长的大范围扩展,对精细反演近地表气溶胶微物理特性具有重要的研究意义.     

DPSD在低场核磁共振回波信号检测中的应用

核磁共振回波信号幅度微弱,容易受到来自电子器件和外部环境噪声的干扰,要求回波检测方法既能实时采集回波数据,又能较好的抑制噪声. 对比分析不同微弱信号检测方法的优缺点,归纳出DPSD(Digital Phase-Sensitivity Detection)方法在回波检测应用中的优越性. 通过仿真计算, 提出适用于回波信号检测的最佳滤波器窗函数. 在自制的核磁共振仪器上进行实验,结果表明,DPSD方法在满足回波信号实时测量的同时,有效压制了噪声,能准确的提取出低场核磁共振回波信号的幅度和相位信息.     

一种应用于激光雷达接收机的回波峰值检测量化电路

为实现对激光雷达回波峰值的测量,介绍了一种应用于激光雷达接收机的回波峰值检测量化电路,采用对电压回波脉冲采样保持的方法配合低速模拟数字转换器(Analog to Digital Converter,ADC)来实现回波峰值的高精度量化。电路采用SMIC 0.18μm工艺设计,仿真结果显示,该电路采样电压动态范围为800 mV,采样3 ns脉宽的脉冲保持电压误差小于3.16%,实现10 bit的量化精度。整体电路采样周期由外部使能信号和复位信号控制,可满足不同场合下激光雷达接收机回波峰值采样的应用需求。     

脉冲串互相关方法在远程激光测距中的应用

基于单脉冲激光测距在远程激光测距中的局限性,提出了一种基于发射脉冲串与回波脉冲串互相关的信号处理方法。该方法将多个激光发射脉冲和回波脉冲作为一次连续信号同时数字化,然后进行互相关处理。采用激光强度与发射间隔可调的激光系统来模拟不同反射强度、不同距离的测距回波信号;通过处理不同信噪比的回波信号,来探究本方法对于回波信号信噪比的提升能力以及对于尖峰噪声的抑制能力。实验结果表明,该方法能够有效提高回波信号的信噪比,信噪比为0.11的弱回波信号经过处理后信噪比被提升到5.92,从而扩展了激光测距系统的测程,有效降低了探测系统的探测虚警率,提高了远程激光测距系统的弱回波探测能力。     

机载激光测深回波信号的处理和研究

对激光海洋测深信号特性进行了分析,采用变增益法预处理机载激光测深回波信号,可以压缩水面激光反射信号的光通量与水底目标返回信号光通量的动态范围,实验结果使其动态压缩范围达10³～10⁴量级,满足机载蓝绿激光测深的要求。     

基于独立成分分析的全波核磁共振信号噪声滤除方法研究

核磁共振测深(MRS)探水仪探测到的纳伏级微弱信号极易受到各种环境噪声的干扰, 严重影响信号特征参数的准确提取, 导致后续反演解释错误率增高. 针对这一难题, 提出了基于独立成分分析的快速固定点算法进行信噪分离. 首先分析了该算法用于全波MRS信号消噪的适用性; 其次, 采用数字正交法解决欠定盲源分离问题, 提出了频谱校正法实现分离信号幅值的有效恢复. 仿真结果表明, 该算法能够有效地实现全波MRS信号的信噪分离, 且数据拟合后初始振幅和弛豫时间的相对误差小于± 5.00%; 通过与其他经典算法的对比分析, 进一步证明了该算法消噪性能的优越性. 将该算法应用到野外实测信号处理, 结果证明其能有效滤除环境噪声.