基于周期图最大似然算法的相干激光测风多普勒频率估计

采用径向风速的估计不确定度和探测概率作为评价指标,研究了周期图最大似然(PML)算法的多普勒频率估计性能.基于大气分层激光回波模型,分别以PML和周期图最大值法(PM)对回波信号进行处理,验证了PML算法在相干激光测风中的可行性;分析比较不同信噪比条件下PML算法的风速估计不确定度与探测概率.仿真结果表明,在发射脉冲宽度为400ns、采样点数为128时,PML算法适合在中等信噪比条件下使用,且风速估计的不确定度整体小于PM算法的,在信噪比为-13dB时径向风速的估计不确定度为0.75m/s,探测概率在90%以上,该研究为后续的外场试验提供了指导.     

基于均值似然估计的激光探测微动特征提取和分离

最大似然估计是提取目标微动特征参数的最佳估计方法,但直接用网格法求解计算量巨大,且激光探测微多普勒回波信号对应的代价函数具有高度非线性,存在多个局部最大值。为此,提出均值似然估计与蒙特卡罗结合的估计方法,给出了最大似然参数估计的闭合表达式,再通过设计压缩似然函数获得全局最大值,通过蒙特卡罗法抽样并计算循环均值估计出参数。该方法避免了传统方法中对高精度初始值和复杂迭代算法的依赖,能够实现参数的联合估计。对于多分量微多普勒信号,该方法可在参数估计的同时实现各微动分量分离,且不增加算法的复杂性。对仿真和实验数据进行估计,结果表明,该方法在达到近似于最大似然估计性能的同时可有效降低计算复杂度并确保了全局收敛,实现信号的分离和参数估计。     

相干光通信中概率整形信号的偏振解复用算法

为应对概率整形场景下相干光通信系统中的偏振解复用问题,提出了一种基于独立成分分析和极大似然估计的偏振解复用算法。由于各个信号之间相互独立,因此可以对信号采用独立成分分析的手段进行偏振解复用。通过基于最大似然估计的迭代更新寻找最佳的分离矩阵,即偏振解复用矩阵。对所提算法在不同信噪比下的性能及整形强度的容忍度进行了仿真分析。结果表明,所提算法能够应对不同的概率整形强度,在较大的信噪比范围内均能完成良好的偏振解复用。相较于用于标准信号的恒模算法,所提算法并不会受到整形强度的影响,并且随着整形强度的增加,系统的性能有所提升。     

空间目标红外双波段成像测温

作为空间目标与地基望远镜红外成像终端间不确知参量之一的地球热辐射,会降低传统双波段比色测温法正向求解准确度.为了提高目标温度估计的准确度,建立了基于红外探测器测量电子数的评价函数,得到了求解最大似然函数的温度反向求解模型;推导了双波段比色测温法的温度正向求解模型,进行了两种测温方法的仿真实验与比较分析.结果表明:目标温度反演准确度与成像探测器信噪比、地球热辐射估算准确度以及波段之间的发射率差异有着紧密的关系;当信噪比较低时,双波段比色测温法会陷入无解区域;当信噪比较高时,双波段比色测温法与最大似然函数法反演温度准确度相当;最大似然函数法采用有约束与有限内存的拟牛顿优化算法可有效避免目标函数陷入局部最小值;最大似然函数法具有很强的抗噪音干扰能力,能扩大目标温度求解的范围,并具有较高的准确度;在保证信噪比的情况下,增加成像波段数目可以提高温度反演准确度.     

基于随机矩阵最大特征值分布的频谱感知算法

现有频谱感知算法在低信噪比时检测性能较低且受虚警概率影响大,针对此问题,提出了一种基于wishart矩阵样本协方差矩阵最大特征值的分布特性的频谱感知算法。该算法利用最大特征值与几何平均特征值的比值,不需要主用户的先验知识,不敏感于噪声,对相关信号和独立同分布信号均具有较高的检测性能。仿真结果表明,所提算法受虚警概率的影响较小,检测性能高,并且在采样点数、协作用户数、信噪比及虚警概率较小的情况下,也能获得较好的检测性能。     

带宽受限QPSK相干光侦听接收机最佳性能分析

在带宽受限情况下建立了相干光侦听接收机模型并给出了带宽受限的等效滤波器模型.给出了带宽受限下的接收信号数学模型,利用星座图详细阐述并总结了其它符号对当前符号的干扰规律.重新定义了符号信噪比,推导了基于辅助判决式最大似然式相位估计的带宽受限的侦听接收机的误码率性能,并分析了接收机的最佳采样判决时刻和最佳带宽.仿真结果表明,不同带宽下定义的最大信噪比对应系统的最小误码率;不同滤波器类型对应的最佳采样判决时刻和最佳带宽是不同的,但都可以找到一个最佳点;随着信噪比的增加,带宽受限会降低辅助判决式最大似然式相位估计算法的性能.     

用于HD-DVD的PRML检测系统的设计与实现

对用于高密度DVD(HD-DVD)光盘存储系统的部分响应最大似然(PRML)检测器的设计和实现进行了详细研究.通过比较光盘信道的线性模型与记忆长度为4—7的部分响应(PR)多项式的幅频特性,从提高PR均衡器和维特比检测器性能的角度,对目标PR的记忆长度及系数的选择进行了详细分析.仿真计算的信噪比-误码率曲线说明,当目标PR的记忆长度为7且与光盘信道模型的幅频特性接近时,PRML检测器的性能最优.还详细描述了PRML系统中维特比检测器的硬件结构,分析证明当目标PR的记忆长度增加时,维特比检测器的逻辑单元规模 关键词： 高密度DVD 码间干扰 部分响应最大似然检测 维特比检测器     

基于似然比检验的红外小弱目标快速航迹起始方法

利用红外测量跟踪系统获取目标信号幅度信息,提出了一种基于序列似然比检验的小弱运动目标航迹快速起始方法。用动态2维分配算法关联量测-航迹,采用序列似然比检验衡量航迹质量,一旦似然函数比达到阈值则确认目标航迹。该方法可根据目标信噪比不同采取不同帧数来起始、确认目标航迹,做到信噪比越大起始帧数越少,目标航迹检测概率越高,而信噪比越小则起始帧数越多。理论分析和试验结果表明,该方法既能提高航迹起始速度,又能提高目标航迹检测概率,避免和解决了M/N逻辑法需要固定扫描帧数才能确认航迹的局限性。     

噪声方差未知时的分布式量化估计融合方法

为了解决观观测噪声和信道噪声概率分布不完全已知时的多传感器分布式量化估计融合问题,提出了一种期望极大化算法(EM算法)的分布式量化估计融合方法。该方法将未知的噪声参数以及局部量化器量化概率建模为EM算法中二元高斯混合模型参数,利用极大似然估计方法的估计不变性得到目标参数的估计融合结果。仿真实验结果表明:该方法在局部传感器观测样本数目大于6000和信噪比大于6 dB时与已有理想信道条件下的估计方法性能相当。本文方法对水下分布式协同探测问题提供了一种简化的估计融合实现途径。      

基于数学形态学的弱点状运动目标的检测

提出了一种新的基于数学形态学的红外图像序列中弱点状运动目标的非参数检测算法。采用数学形态学抑制背景杂波干扰和增强目标,用沿时间轴投影和二维空域搜索代替复杂的时空三维搜索形成组合帧,然后在每条可能的轨迹上将进行目标能量累加,实现了一种快速检测前跟踪(TBD)检测算法。仿真实验表明:在恒虚警概率条件下,该检测算法能高效地检测信噪比约为2的弱点状运动目标,检测性能对噪声分布不敏感,能精确地得到目标的即时位置和速度信息,适合于实时图像处理和目标探测,具有很高的实用价值。     

空地激光通信系统中捕获子系统仿真

针对空地激光通信系统,推导了复合光栅螺旋扫描捕获方法所需的最大捕获时间、平均捕获时间和捕获概率的计算公式,建立了捕获性能仿真模型,分析了捕获时间和捕获概率的关系,以及空中平台的相对速度对捕获系统的影响和抑制方法.仿真结果表明,当通信终端的捕获不确定区域为50mrad,扫描重叠因子为0.12时,捕获探测器的信噪比大于6时,空地激光通信系统总的捕获概率优于95%,最大捕获时间约为36s,平均捕获时间约为12s.     

强杂波背景红外弱小目标检测算法

针对强杂波背景远距离红外弱小信号目标的特点,提出了一种基于自适应滤波的红外弱小信号检测方法。算法首先对图像进行消噪声处理,其次运用自适应滤波方式消除背景增强目标信号,最后进行基于点源目标(试验采集)成像信号特性的判决法则删除虚假目标,算法有效解决了光电探测设备高检测概率与低虚警率的矛盾。实验结果表明:该方法能够在单帧图像上有效提取出小区域信噪比为4的弱小信号目标,检测概率不低于0.75,虚警率不高于1次/100帧。     

加权最大似然波达方向估计算法及其应用研究

针对阵列信号处理中空间相干性低、频域有色且通道间具有相同功率谱的噪声模型,分别基于确定性信号模型与随机性信号模型,提出一种加权最大似然(Weighted Maximum Likelihood,WML)波达方向估计算法。数据仿真实验表明,该算法提高了由空间非相干且一致有色噪声引起的低信噪比条件下的波达方向估计精度。户外实验验证了该算法在风噪声条件下的有效性。      

高斯噪声中的参数盲估计

一般的盲信号处理方法常忽略噪声的影响,而实际问题中噪声的影响是存在的。本文主要讨论了在协方差矩阵未知的加性高斯噪声中混合系数的盲估计问题。以最大似然估计为基础,本文提出一种求解参数的最优化算法,并给出了混合矩阵和协方差矩阵的计算式。采用高斯混合模型(GMM)来逼近源信号的概率密度函数,简化了算法中的积分,导出了一种实用的期望最大算法(EM)算法迭代式。计算机仿真结果表明,算法不仅能稳定收敛,而且在低信噪比下的性能也很好。     

面向语音增强的序贯隐马尔可夫模型时频语音存在概率估计

语音存在概率的估计是语音增强的核心技术之一,针对传统的存在概率估计方法是启发式的,没有把存在概率的估计统一到一个理论框架之中,不能保证估计最优,提出了一种基于序贯隐马尔可夫模型(SHMM)的存在概率估计方法,在每一子带上构建一个SHMM模型描述对数功率谱包络的时间序列,把谱包络序列看作一个在语音和噪声状态之间转移的动态一阶马尔可夫链,采用单高斯函数构建每一状态的概率模型,语音状态的后验概率即为语音信号的存在概率。为了满足算法实时性要求,SHMM参数估计简化为一阶回归过程,根据极大似然准则逐帧更新模型参数。实验表明:SHMM所描述的时序相关性对存在概率的估计起到关键作用,它优于一般的启发式估计方法;SHMM算法的语音增强分段信噪比(SegSNR)和对数谱失真(LSD)性能优于经典的改进型最小统计量控制递归平均(IMCRA)算法。      

汉语发音质量评估的实验研究

研究了发音评估系统中通用的置信度测度——后验概率算法,针对它存在的不足,提出了两种改进方案。首先,为了降低计算复杂度,传统算法采用了求最大值算法代替求和算法,在被测发音偏离目标音素集的情况下,这会严重降低后验概率的计算精度,本文提出基于扩展的音素混淆网络的后验概率算法。其次,为使置信度能评估不同语音段长的发音质量优劣,传统算法采用了后验概率的段长规整策略,研究分析发现声学似然值与时间的关系更为紧密,所以本文提出了基于声学似然值的时间规整方案。试验结果表明:与传统算法相比,采用改进的置信度算法能使平均打分错误率相对降低35%左右,有效地改善了计算机辅助语言学习系统的性能。      

一种基于单似然检验的高光谱图像小目标检测器

针对背景和目标的先验光谱特征未知的条件,给出一种基于单似然检验的高光谱图像小目标检测器。小目标相对于背景的低概率性使得高光谱图像数据对目标光谱信号的矩特征几乎不施加约束,可在最大熵条件下将广义似然比检验简化为对背景似然的单似然检验;利用全部数据样本建立无参估计模型以充分利用样本信息,从而得到基于单似然检验的高光谱图像小目标检测器。该检测器避免了统计模型误差和不明确物理含义特征对实际高光谱图像数据检测带来的影响。使用可见光/近红外波段机载I型实用型模块化成像光谱仪(OMIS-I)高光谱图像进行了实验,实验结果及相应理论分析表明该算法可有效检测高光谱图像中的空间低概率目标。     

无源声呐场景中使用辅助粒子滤波的邻近目标检测前跟踪方法

针对无源声呐多目标方位跟踪问题,研究了一种基于粒子滤波的检测前跟踪方法,关注于改善邻近目标和机动目标的跟踪性能。首先,提出了一种考虑了邻近目标影响的似然函数;其次,采用辅助变量利用量测信息优化粒子采样,当算法运动模型与目标实际运动状态失配时,这种策略具有很大优势。结合以上两点,提出了一种检测前跟踪算法,该算法将邻近目标划分为一组,使用邻近目标的预测状态计算目标的似然,计算效率较高。利用仿真生成的数据和海上采集的实际数据分别验证了该算法的性能,并与其他多目标粒子滤波检测前跟踪算法进行比较,证明了该算法具有良好的跟踪性能。在目标邻近和目标机动的情况下,该算法的优势更加明显。     

地基光电望远镜对空间碎片探测能力的评估模型

为了提高地基光电望远镜观测空间碎片的运行效率,建立了地基光电望远镜探测能力评估仿真模型.综合考虑碎片几何过境、碎片信号辐射量、背景源信号辐射量、光信号在传感器平面的投影等影响,获得碎片信号的探测信噪比,并作为过境碎片能否被探测到的依据.采用1m望远镜进行地球同步轨道碎片观测实验,并对模型进行验证.结果表明:仿真观测的第谷2星表中4颗背景亮星与观测实验结果一致;由于碎片形状等光学特性不同,碎片辐射量星等值的实验值与仿真值最大相差1.58倍,误差值在合理范围内.基于信噪比探测原理的地基光电望远镜探测能力评估仿真模型合理有效,可为观测设备建设、观测策略制定等提供参考.     

红外多波段点目标检测RX算法性能分析

给出了多波段条件下用于点目标检测的RX算法模型,以接收机工作特性曲线ROC以及恒虚警率条件下的检测概率为性能评价手段,分析了探测器像元数、光谱波段数以及广义信噪比对算法性能的影响,并重点分析了波段数与广义信噪比需要满足的匹配关系,据此给出了用于点目标检测的波段参量优化选择方法.最后应用该方法对飞机尾焰进行了最优化探测波段优化选择,证明了该方法的有效性.