单次空时域并行欠采样下的频率和到达角联合估计

随着应用频段的不断升高,空时域欠采样下的入射信号的频率和到达角的联合估计变得愈加困难.为解决此难题,本文提出了一种基于互素稀疏阵列的联合估计器.首先,结合互素稀疏阵列和闭式中国余数定理,建立了频率估计和到达角估计的理论模型;其次,将频谱校正理论和中国余数定理结合起来,导出了频率估计算法;再次,将相位差校正和中国余数定理结合起来,导出了到达角估计算法.该估计器不仅可降低现有估计器的硬件成本,而且仅需对单次并行采样的快拍做并行处理即可获得联合估计结果,无需对单阵元做多次采样,数据处理效率较高.仿真实验表明,该估计器具有较高的鲁棒性估计精度,因而在雷达、遥感等被动感知领域具有较广阔的应用前景.     

结合稳健中国余数定理的合成孔径声呐多子带运动补偿算法

针对运动误差过大导致基于相位的时延估计发生模糊的问题,提出了一种多子带处理和稳健中国余数定理结合的合成孔径声呐运动补偿方法。该方法利用前后两帧回波在多个子频带上的相位差获得模糊时延估计,再根据模糊时延之间的关联性,应用稳健中国余数定理估计真实的时延,最后通过所估计的时延对原始回波进行校正。湖试数据处理结果表明该方法能精确补偿运动误差对成像的影响,进行运动补偿后,包裹目标成像结果的方位向虚假目标被有效消除,且目标的轮廓也变得更加清晰;对线缆目标的成像结果进行斜距向剖面分析,剖面图的-3 dB宽度由运动补偿前的9.05个像素点缩小为运动补偿后的2.06个像素点,线缆目标的聚焦程度明显增强。      

基于希尔伯特-黄变换双频信号的参数估计

为了提高双频信号参数估计在工程测量领域的精度,创新的提出了基于希尔伯特-黄变换和数据拟合算法估计双频信号参数的方法。输入系统的双频信号序列先经过EMD分解算法得到单频的信号序列,采用Hilbert变换得到信号的频率、幅值和相位信息,通过数据拟合算法对信号的频率、相位和幅值等进行校正,校正后参数的值可以精确到两位小数。为了增强该方法在操作上的便捷性和交互性,基于Matlab的GUI工具箱开发界面程序。     

扫频光学相干层析成像系统的波数校正与相位测量研究

相位敏感光学相干层析成像(OCT)系统可以用于高灵敏度的相位探测,在细胞分析、材料检测等方面具有重要应用,但扫频光源的不稳定性会影响扫频OCT系统的相位测量精度.本文提出了一种基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)时域相位信息的波数校正方法.利用MZI时域包裹相位的互相关运算确定各采集波数序列的相对偏移量,鉴于时域包裹相位的非严格周期特征,可确定偏移量的大小不受限制.依据相对偏移量对各序列信号进行时域同步,并基于同步后的MZI时域解包裹相位实施待测干涉信号在位相域的等间隔重采样.基于所提出的波数校正方法,实施了各扫频序列波数偏移量的校正,开展了基于位相信息的光程重复性测量实验.结果表明,即使在不稳定扫频光源的前提下,也能获得高精度的相位测量结果.     

地面核磁偏共振响应特征与复包络反演方法

地面核磁共振(surface nuclear magnetic resonance,SNMR)方法在地下水探测领域具有直接、定量和解释唯一等优势,但是由于地磁场存在不均匀、随时间变化和易受噪声影响等难以确定的问题,导致偏共振激发,严重影响反演结果的准确性.本文基于地面核磁偏共振(surface nuclear magnetic off-resonance,SNMOR)模型和相应的核函数表达式,讨论了频率偏量对偏共振信号的影响,并提出了基于系统相位自动搜索和信号实部与虚部同时参与的复包络反演方法.通过仿真模型和反演结果对比得到:偏共振信号相位随频率的增加而增大,仿真模型中的信号幅度最大提高了65.9%;当频率偏量大于2 Hz时,利用SNMOR核函数的反演结果的准确度明显优于SNMR核函数的结果;当噪声较大时,复包络方法充分利用测量数据的有用信息,比常规幅度反演具有更高的稳定性和可靠性.最后,通过野外实测数据和反演结果,验证了本文提出的SNMOR模型和复包络反演方法的有效性和准确性,为地下水探测领域提供了新的技术手段.     

基于矢量叠加实现差分编码的光子模数转换方案

提出并验证了一种基于矢量叠加原理对输入射频信号进行差分编码的光子模数转换方案.该方案采用两路不同波长脉冲源通过一个相位调制器对输入射频信号进行调制,调制输出接入延时线干涉仪从而产生两路具有固定相位差的差分调制信号.利用矢量叠加模块对两路差分调制信号的强度进行不同程度的衰减和组合,从而获得系统量化所需的各路传递函数之间的相移量.该方案能够对输入射频信号实现差分编码,有效提高了系统的比特精度.同时该方案结构简单,只需要一个相位调制器,一个延时线干涉仪和一个矢量叠加模块即可构建.另外,各路传递函数之间的相移量是通过衰减两路差分调制信号的强度来实现,避免了传统光子模数转换方案中调制器对温度、环境敏感而引入的相位漂移问题.本文对4比特模数转换系统进行了原理性验证,实验结果证实了基于矢量叠加原理的光子模数转换方案的可行性.     

基于幅度相位联合校正算法的8-QAM自由空间相干光通信

提出了基于幅度相位联合校正算法的8阶正交幅度调制(8-QAM)自由空间相干光通信方案。与传统的自由空间光通信方案相比,本文提出的方案不仅无需信道状态信息(CSI)就可以实现对原信号的高精度还原,同时还具有较高的光谱效率。仿真实验表明,当接收端与发射端的频偏f 0=20 MHz、激光器联合线宽Δf=10 kHz、信噪比为20 dB时,该方案在归一化大气闪烁标准差σ=0.25、归一化相位噪声方差σΦ^2=0.07的对数正态湍流信道条件下,其误码率(BER)与未采用联合校正算法的8-QAM系统相比低4个量级。     

基于传送带量子纠缠光的卫星钟差测量

卫星钟差确定受限于经典测量的散粒噪声极限,钟差测量精度仅为ns量级.基于军民领域对高精度时间基准的迫切需求,提出了一种基于双路六延迟传送带量子纠缠光的卫星钟差测量方案,并且该方案以传送带协议为基础.首先,通过自发参量下转换制备了频率纠缠光信号.然后,利用HOM(Hong-Ou-Mandel)干涉仪对频率纠缠光信号进行了...     

基于瀑布型多重网格加速的复指数波前复原算法

激光在大气中传输时,由于强湍流或长传输距离的影响,畸变波前中出现由相位起点组成的不连续相位,现有波前复原算法不能有效复原不连续相位,使得自适应光学系统校正效果下降甚至失效.本文分析了最小二乘波前复原算法不能复原相位奇点的原因,提出了基于瀑布型多重网格加速的复指数波前复原算法,给出了复指数波前复原算法中迭代计算、降采样、插值计算的实现方式.研究了该方法对不连续相位和随机连续相位的复原能力,数值分析了采用复指数波前复原算法的自适应光学系统对大气湍流像差的校正效果.仿真结果表明,同等复原精度下,相比直接迭代过程,该方法所需浮点乘数目减少了近2个数量级,且随着夏克-哈特曼波前传感器子孔径数目增加,其在计算量上的优势更加明显. Rytov方差较大时,相比直接斜率法,自适应光学系统采用复指数波前复原算法后校正光束Strehl比提升1倍.     

基于Lomb-Scargle算法的激光扫频干涉非线性校正方法

激光扫频干涉测量技术因其精度高、抗干扰能力强等优势成为研究热点.而激光器调频的非线性问题一直是影响测量精度的关键因素,非线性带来的直观结果就是拍信号的频谱严重展宽,造成测距精度下降.为解决该问题,本文提出了一种基于Lomb-Scargle算法的非线性校正方法,搭建了具有辅助干涉仪的激光扫频干涉测量系统,通过对辅助路拍信号进行希尔伯特变换提取相位,再基于提取到的相位信息生成一个新的时间序列,结合Lomb-Scargle算法,将非线性校正与拍信号频率计算同时进行.作为验证,对于0.5—1.3 m范围内的目标进行了测量,最大误差为14μm.区别于传统频率采样法校正原理,本文提出的校正方法并不是以辅助路的拍信号对测量路进行重采样,所以无需满足辅助干涉仪光程差大于测量路光程差两倍的条件,因而可为增大测距量程提供一种思路.     

Micro-phase measuring profilometry: Its sensitivity analysis and phase unwrapping

Global illumination affects shape measurement accuracy, and phase unwrapping is an important problem in phase measuring profilometry. In this paper, a micro-phase measuring profilometry is proposed to reduce the effects of global illumination. The wrapped phase error level of the proposed method is lower than that of the traditional micro-phase shifting method. First, a frequency selection rule is developed in combination with the micro-phase rule to design the frequencies of the proposed phase measuring profilometry. The frequency rule is obtained by analysing the uncertainty of the wrapped phase caused by intensity noise. Then, phase unwrapping is regarded as a congruence problem, and the closed-form robust Chinese remainder theorem algorithm is adopted to determine the correspondence. Finally, the comparative experiments are conducted on a projector-camera system. Experimental results show that the effects of global illumination can be effectively reduced with the proposed phase measuring profilometry, and the proposed frequency selection rule is valid. In addition, the performance of the robust Chinese remainder theorem in addressing the phase error is better than that of traditional Chinese remainder theorem. Furthermore, the unwrapping accuracy can nearly reach 100% if the frequency selection rule is satisfied. Otherwise, the performance degrades.     

低信噪比下PSK信号的载频估计（英）

针对电子侦察中PSK信号的载频估计问题,提出一种低信噪比下载频估计新方法。该方法将PSK信号划分为等长度的交叠区间,提取各个区间内信号频谱的聚集性测度作为特征参数,然后将此特征参数导入网格密度聚类算法,以聚类结果作为载频估计特征类,最后将特征类对应的频谱叠加后提取峰值得出信号载频估计值。该方法避免了传统PSK信号载频估计的非线性运算,显著降低了PSK信号载频估计的信噪比门限,且无需先验知识,适合于电子侦察场合。仿真实验结果证实了该方法在低信噪比下PSK信号载频估计的有效性。     

全相位FFT在导弹自动驾驶仪测试中的应用

自动驾驶仪是导弹的姿态控制系统,其性能好坏决定了导弹飞行的稳定性。为了精确测量其性能,对导弹自动驾驶仪测试原理和方法进行了研究,进行了正弦信号测量方法的分析,提出了基于全相位FFT数据处理方法,并结合时移相位差校正方法实现正弦形式信号的频率、幅度和相位等参数的精确测量。利用LabVIEW图形化编程软件设计了算法软件,通过仿真试验考察了该算法在无噪、低噪和大噪环境下信号测量精度,结果表明全相位FFT方法在信号频谱测量方面具有精度高、抗噪能力强等优点,满足自动驾驶仪的测试需求。     

Accurate analysis of multitone signals using a DFT

Optimum data windows make it possible to determine accurately the amplitude, phase, and frequency of one or more tones (sinusoidal components) in a signal. Procedures presented in this paper can be applied to noisy signals, signals having moderate nonstationarity, and tones close in frequency. They are relevant to many areas of acoustics where sounds are quasistationary. Among these are acoustic probes transmitted through media and natural sounds, such as animal vocalization, speech, and music. The paper includes criteria for multitone FFT block design and an example of application to sound transmission in the atmosphere.     

Pseudo-Lock-in Light Detection Method for a Sinusoidally-Gain-Modulated Photomultiplier Tube

In order to detect a weak signal varied in an intensive background light, we propose a novel pseudo-lock-in light detection scheme used for a photomultiplier tube (PMT) whose gain is modulated sinusoidally. Let the signal light incident on the PMT be modulated sinusoidally at a frequency f. In this situation, one of the dynode voltages applied for the PMT is deeply biased and a sinusoidal reference signal with a frequency f is superimposed on the bias voltage. Then, we detect a frequency component of 2f at the output of the PMT selectively. To pick up only the 2f component, we connect a digital oscilloscope directly to the output of the PMT. Thereafter the digitized waveform stored on a temporal memory of the digital oscilloscope is fast-Fourier-transformed (FFT). Two numerical values obtained from the resultant amplitude and the phase spectrum at the frequency 2f, respectively, correspond to the intensity and the phase of the modulated signal light incident on the PMT. A fundamental performance test of the proposed scheme was carried out.     

基于Labview的激光多普勒测速仪的频谱校正

在激光多普勒测速仪中,为了减小由信号处理算法带来的测量误差,提出运用频谱校正算法对多普勒信号的频谱进行校正,详细阐述了能量重心法、比值法和相位差法3种离散频谱校正算法的基本原理,运用这3种算法对理想正弦信号进行仿真,并运用比值法对信号施加不同频率和信噪比的噪音下的正弦信号和实测的多普勒信号进行仿真及实验研究。结果表明:3种算法都可以使信号的频率更接近于真实值,其中能量重心法校正精度相对较低,比值法和相位差法精度较高,尤其是比值校正算法处理速度更快,校正的精度基本不受信噪比的影响。将比值法运用于激光多普勒测速系统,与光接收计数法测量结果进行比较,结果显示:校正后比较正前激光多普勒测速仪测量相对精度提高了2～3倍。     

基于粒子滤波的单通道正弦调频混合信号分离与参数估计

以单通道正弦调频(SFM)混合信号为研究对象,提出了基于粒子滤波的正弦调频混合信号分离与参数提取方法.针对正弦调频混合信号频率无跳变的特征,提出了一种基于粒子滤波的相位差解混叠算法,并通过源信号相位差解决了本算法中粒子滤波高维状态空间降维问题,提出了一种适合高维状态空间的似然函数模型,比较固定长度粒子估计值和真实值误差,进而准确衡量粒子权重.通过在重采样后引入MCMC转移,解决了静止参数下粒子多样性降低问题,有效提高粒子滤波迭代收敛速度.从而在先验知识仅已知信号调制方式的情况下,完成对单通道正弦调频混合信号的参数提取,并通过重构信号完成正弦调频混合信号分离.最后通过仿真分析发现,该方法能够有效的实现正弦调频混合信号的分离与参数估计.     

基于Labview的快循环扫频信号相位差测量算法实现

为了实现对中国散裂中子源(CSNS)/快循环同步加速器(RCS)射频系统中高频加速电压和束流两个同步变化的快循环扫频信号之间相位差的精确测量,需要选择合适的信号采集方案与相位差测量算法。介绍了常用的同频信号相位差测量算法,讨论了不同相位差测量算法的特点与适用性;详细描述了快速傅里叶变换(FFT)交叉谱法与加余弦窗FFT插值法两种相位差测量算法的原理。为了研究这两种算法在扫频信号测量中的适用性,利用NI的虚拟仪器技术以及Labview图形化编程技术,搭建扫频信号相位差测量系统,对这两种相位差测量算法进行仿真模拟。仿真结果表明,加余弦窗FFT插值算法可以满足快循环扫频信号相位差测量精度的要求。     

Improved dichotomous search frequency offset estimator for burst-mode continuous phase modulation

A data-aided technique for carrier frequency offset estimation with continuous phase modulation(CPM) in burstmode transmission is presented. The proposed technique first exploits a special pilot sequence, or training sequence, to form a sinusoidal waveform. Then, an improved dichotomous search frequency offset estimator is introduced to determine the frequency offset using the sinusoid. Theoretical analysis and simulation results indicate that our estimator is noteworthy in the following aspects. First, the estimator can operate independently of timing recovery. Second, it has relatively low outlier, i.e., the minimum signal-to-noise ratio(SNR) required to guarantee estimation accuracy. Finally, the most important property is that our estimator is complexity-reduced compared to the existing dichotomous search methods: it eliminates the need for fast Fourier transform(FFT) and modulation removal, and exhibits faster convergence rate without accuracy degradation.