基于Wigner分布函数的光学元件评价方法

为了有效地表征和评价光学元件局部小尺度波前畸变,提出了能同时反映空间频率和空间位置的Wigner分布函数评价方法。通过理论分析Wigner分布函数与功率谱密度之间的关系,得到了局部波前畸变的评价方法和指标。模拟计算和实验结果验证了该方法的有效性,并表明:该方法不但能判断光学元件的中频误差是否满足惯性约束聚变系统要求,而且还能确定不满足要求的特定区域,从而有效地指导光学元件的返修。     

High speed integrated RF–VLC data communication system: Performance constraints and capacity considerations

In this research paper, we propose a two-hop integrated radio frequency–visible light communication (RF–VLC) system which may provide a better option to transceive between the hospitals and some laboratory to transfer patient’s information. In the proposed system model, the data (such as patient’s lab test reports) is transmitted towards the amplify and forward (AF) relay mounted on the top of the hospital building via the RF channel. Further, the AF relay amplifies and converts the received information into corresponding optical signal using light emitting diodes (LED) and supporting circuitry. This optical signal is then forwarded towards the destination device (equipped with VLC transceiver), via the VLC channel. To analyse the performance of the system, we first derive the closed form analytical expressions for the cumulative distribution function (CDF) of the end-to-end (e2e) signal to noise ratio (SNR) of the system by using the moment generating function (MGF) of the SNR of the individual RF and VLC channels. Further, we use these statistical expressions to obtain the outage probability, average bit error rate (BER) and the average capacity of the system. Moreover, the asymptotic performance of the proposed system is also analysed to study the system’s behaviour at high SNR regimes. Finally, we studied the impact of the variations in channel parameters on the proposed system model performance through numerically simulated plots.     

一种基于广义Duffing振子的水中弱目标检测方法

海洋环境中,在水下目标的线谱频率未知或者目标辐射噪声的连续谱很弱时,很难实现水中弱目标的准确检测,本文提出基于广义Duffing振子检测系统的水下目标辐射噪声检测方法.通过对传统周期扰动的Duffing振子信号检测系统的分析和推广,提出了一种可输入非周期、非平稳信号的广义Duffing振子检测系统,可检测输入的无先验信息目标信号.为实现广义Duffing振子系统运动状态的精确、有效判断,提出了一种相空间图形的离散分布列计算方法,通过类网格函数实现了利用统计复杂度对系统输出的嵌入式表征,从而实现了无先验信息时的水中弱目标的嵌入式检测.相同条件下与传统检测方法仿真对比可知,本文提出的方法可以检测到更低信噪比下的目标,并能满足水中检测实时性要求.     

面向对象分析的非结构化背景目标高光谱探测方法研究

针对非结构化背景探测器中背景协方差矩阵估计的局限性,提出了一种基于面向对象分析的高光谱小目标探测算法。首先对图像进行自适应迭代分割处理,将其划分为许多均质对象;然后进行正态最优分布选取,利用多元正态无偏检验选取最佳对象集;最后将此数据集合作为局部背景并结合GLR基准算法进行目标探测。该算法可以使局部背景最大化的服从正态分布,有效地将背景光谱信息和目标光谱信息分离开来,同时通过最优选取过程克服了目标信息“污染”问题。为了验证算法的有效性,利用真实的OMIS数据进行仿真实验,并与非结构化背景探测器GLR和基于K-Means聚类的改进GLR算法的检测结果比较,结果表明提出的算法具有良好的探测性能和较低的虚警概率。     

Chen系统的自适应追踪控制

利用非线性单输入控制器实现混沌Chen系统的自适应追踪控制.根据Chen系统的结构特点选取合适的反馈方式，设计单输入自适应控制器，使Chen系统自适应追踪参数未知的Rossler系统的某一变量，并由Lyapunov直接方法证明误差信号渐近稳定于零.数值仿真结果表明该控制方法可行，且可以实现未知参数的辨识.     

Fractional Fourier transform dual random phase encoding of time-varying signals

Optical techniques have shown great potential in the field of information security to encode high-security images. Among several established methods, a double-random phase encryption technique (DRPE) for encoding a primary image into stationary white noise was developed by using the analogy between Fresnel diffraction patterns and the fractional Fourier transform (FrFT-DRPE). In this case, additional keys are obtained through the knowledge of the fractional orders of the FrFTs. In this work we propose an encoding setup for time-varying signals, mainly for short-haul fiber optics link applications, that can be considered as the temporal analogue of the spatial FrFT-DRPE. The behavior of the proposed method is analyzed by employing the Wigner distribution function. As a result, general expressions for both signal time width and spectral bandwidth, at all encryption stages are obtained. Numerical simulations have been carried out to illustrate the system performance. The obtained results indicate that this encryption method could be a good alternative to other well-established methods.     

基于光谱表示和独立成分分析的混合颜料成分分析方法

在混合颜料成分分析中,反射光谱法通过计算相似性来判断基本颜料种类,容易受多种基本颜料的影响,造成分析结果不准确。将光谱表示为信号,结合独立成分分析,提出一种基于光谱表示和独立成分分析的混合颜料成分分析方法。首先,采用光谱仪获取混合颜料光谱信息,并将其表示为离散信号的形式;然后,对信号进行独立成分分析,得到基本颜料的光谱信息;随后,通过计算基本颜料光谱与已知颜料光谱的相似性,确定基本颜料种类;最后,逆用Kubelka-Munk混色公式就可以得出基本颜料的比例。我们采用蒙赛尔色卡光谱制作模拟数据,分别进行正常/扰动情况下三种色卡光谱混合信息的成分分析试验,以及从8种色卡光谱中选择若干种混合后的成分分析实验。分离出的光谱形态与已知的原始颜料光谱形态极其相似,平均相似比为97.72%,最大相似比可以达到99.95%,得出的基本颜料比例与混合时的比例基本相同。实验结果表明本方法适用于混合颜料成分分析。     

虚拟时间反转水声信号检测

针对目标辐射声信号特性未知的情况,在不增加额外水声换能器的条件下,研究提高水听器阵列对水声信号检测性能的方法。首先,按照经典二元检测问题处理方法分析了常规能量检测方法的性能,在此基础上,根据虚拟时间反转处理原理,对处理后的信号构建检测统计量,推导得到了虚拟时间反转检测方法的理论门限和检测性能的表达式,并通过与常规能量检测的对比分析了虚拟时间反转检测的处理增益。使用计算机仿真实验从声源频率、接收阵列阵元数、目标距离与深度等方面分析了两种方法的检测性能。结果表明,所提出的算法相对于常规能量检测算法在性能上有显著优势,且接收阵元数是对算法性能影响最为明显的因素。      

基于迈克尔逊干涉仪的太赫兹光谱高速探测方法研究

太赫兹光谱技术作为获取物质在太赫兹频段信息的主要方法,已经被广泛应用于物质成分的测定,而其在成分分布成像方面则有着更广阔的应用前景,例如片剂药品的有效成分检测、行李安检的危险物品检测等。现有的太赫兹光谱探测方法时域光谱技术（THz-TDS）和频域光谱技术（THz-FDS）均不能很好地兼顾光谱分辨率与扫描时间;且获得物质光谱数据往往要花费数秒乃至数分钟时间（取决于光谱仪的结构）,这对多像素成像系统显得过于迟缓,更无法达到视频成像的速率需求,严重制约了太赫兹光谱成像的实际应用。目前的太赫兹波成像多为全频段波强度成像,只能反映样品的空间分布信息,并不能反映出样品的光谱即成分信息。因此,对太赫兹光谱探测速率的提升十分迫切,太赫兹光谱高速探测的实现不仅可以显著减少物质成谱的实验耗时,还为实现物质的太赫兹光谱成分分布成像提供了可能。提出了一种基于迈克尔逊干涉仪的太赫兹光谱高速探测方法,在设计了该方法装置结构的基础上,理论分析了其工作过程,同时进行了太赫兹光谱的计算。然后从数据采样、数据处理及参数选择这几个方面进行问题分析,计算得出该方法能够显著加快物质太赫兹光谱的扫描获取速率。最后,对该方法建模进行仿真研究,模拟实现其完整的探测过程。在仿真研究中,以太赫兹辐射源的频谱分布为例,将该方法的建模仿真结果与时域光谱技术（THz-TDS）测试结果进行了对比,结果表明时域光谱技术（THz-TDS）所测得的频谱曲线可以近似看作是该高速光谱探测法所得频谱曲线的包络线,两种不同方法所得频谱结果具有较强的一致性。总之,该方法能够进行样品的太赫兹光谱探测,且在保证分辨率相同的前提下,较时域光谱技术（THz-TDS）显著加快了成谱速率,为实用、高通量太赫兹光谱成像提供了一种可能。     

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     

基于Hilbert变换的水下多源声信号频率的相干探测

为实现水下中低频声信号的探测识别,通过研究水下多声源相干探测信号的特征,理论上给出了相干探测信号频谱混叠情况下的特征表达式,并提出了一种基于Hilbert变换的信号解调处理方法,实现了水下多声源相干探测信号频谱混叠情况下各声源发声频率的解调.该方法将探测信号经过滤波平滑处理之后进行Hilbert变换,得到信号的解析形式,然后对解析信号模值的平方进行二次滤波平滑等处理,分离混叠在一起的频带,将得到的信号进行频谱分析,根据频移值计算得到水下各个声源的发声频率.在光学暗室下搭建激光相干探测系统,对2~6kHz的水下声信号进行实验,实验结果表明,该方法可以有效分离探测信号中混叠在一起的信号频带,并准确提取各水下声信号的发声频率,频率提取重复性不大于2.5Hz.     

Master Equation for Quantum Brownian Motion Derived by Stochastic Methods

The master equation for a linear open quantum system in a general environment is derived using a stochastic approach. This is an alternative derivation to that of Hu, Paz, and Zhang, which was based on the direct computation of path integrals, or to that of Halliwell and Yu, based on the evolution of the Wigner function for a linear closed quantum system. We first show by using the influence functional formalism that the reduced Wigner function for the open system coincides with a distribution function resulting from averaging both over the initial conditions and the stochastic source of a formal Langevin equation. The master equation for the reduced Wigner function can then be deduced as a Fokker-Planck equation obtained from the formal Langevin equation.     

基于S变换的脉冲星辐射脉冲信号检测

为了提高脉冲星辐射脉冲信号的检测速度和在低信噪比下的检测效果, 提出了一种基于S变换的脉冲星辐射脉冲信号检测算法. 文中证明了高斯白噪声S变换域功率谱服从自由度为2的卡方分布, 基于此对累积信号S变换域功率谱进行阈值处理,累加阈值处理后的时频功率谱作为统计量进行检测. 此外阈值处理后的功率谱也可用来测量脉冲星信号的时间延迟. 仿真实验验证了本文算法的有效性,其检测性能优于同类的基于高斯分布模型的检测算法, 同时还可以在一定精度下给出脉冲星信号的时间延迟值. 关键词： 脉冲星 卡方分布 S变换域检测 时延测量     

基于多检测器最大熵融合的多通道光谱图像异常检测

提出了一种多检测器最大熵融合的多通道光谱图像异常检测算法.选择多个不同的异常检测器,并利用自适应窗宽非参核密度估计方法估计其各自的输出分布,保留了多通道光谱图像数据的“长尾”特性,且避免了先验模型假设带来的模型误差.将各原始检测器的输出投影到具有标准正态边缘分布的变换空间中,利用变换空间中模型化的最大熵融合规则实现多检测器的决策级最优概率融合.在原数据空间通过似然函数的检验完成多通道光谱图像的目标检测.利用机载EPS-A航拍多通道光谱图像进行了实验,实验结果表明了算法的有效性.     

EAST �п�����Dα ��Ϲ����ϵͳ�����

The D_α signal photoelectric detection system with high temporal and spatial resolution consists of 16 channels, each channel consists of a photomultiplier tube (PMT) and a current amplifier based on a sapphire material instead of a conventional printed circuit board. In order to enable the detection of the fast-ion D_α (FIDA) signal from other light sources of the same spectral range when a neutral beam is injected, the system parameters were designed with a total photon-to-voltage gain of 5.0×10⁹, the current amplifier with a current-to-voltage gain of 106V/A and a −3dB bandwidth at 500kHz. The EAST discharge experiment showed that the FIDA signal was well detected by this photoelectric detection system and the fast-ion properties were deduced from the Doppler shift spectrum of the D_α light.     

EAST中快离子Dα诊断光电检测系统的设计

设计了具有高时间和空间分辨率EAST 快离子D_α 的光电检测系统,它由16 路光电倍增管(PMT)和电流放大器(采用蓝宝石材料代替传统印刷板电路)构成。为了使快离子D_α (FIDA)信号在中性束注入时能从其他光源的在同一光谱范围内的谱线中检测出来,系统参数设计为整体光子-电压增益5.0×10⁹、电流放大器增益10⁶V/A、-3dB 带宽500kHz。实验结果表明,该光电检测系统可以很好的检测到快离子D_α (FIDA)信号,并有助于从D_α 光的多普勒偏移光谱推断快离子特性。     

高光谱分辨率激光雷达鉴频器的设计与分析

提出了利用Fabry-Perot干涉仪的反射场实现高光谱分辨率激光雷达精细探测大气光学参量的新方法和思路.设计了高光谱分辨率的分光系统,并分析了干涉仪反射场的光谱透过特征曲线.结合高光谱激光雷达探测信号特征,讨论分析了谱分离比和瑞利信号透过率随反射率和腔长的变化曲线,同时结合误差传递公式,建立了仿真分析模型,讨论了回波光束发散角和入射角变化对激光雷达探测结果的影响.结果表明,所提出的Fabry-Perot干涉仪反射场可以实现高光谱分辨率激光雷达探测系统的精细分光,同时探测结果误差随回波光束发散角变化不敏感,控制发散角在10 mrad以内,入射角在1.5 mrad以内时,可以实现气溶胶光学参数廓线的高精度探测.     

The impulse response function of apertured and misaligned ABCD optical system in phase-space

By expanding the aperture into complex Gaussian functions, the approximate analytical impulse response function of apertured and misaligned ABCD optical system in phase-space is determined, which allows us to formulate the input-output relation completely in terms of Wigner distribution functions. Its shown that the hard-aperture placed before the optical system will change the shape of output signal Wigner distribution and the misalignment of optical system will introduce the output Wigner distribution function a coordinate shift in phase-space. For examining the analytical results some numerical simulation are done and the graphical results as well as the absolute errors between analytical results and numerical integral ones are presented.     

Time-variant signal encryption by lensless dual random phase encoding applied to fiber optic links

A lensless dual random phase encoding technique in the temporal domain is proposed and analyzed to evaluate its potential application for secure data transmission, mainly for short-haul fiber optic links. The different signal broadening effects produced by each stage of the encoding process in both time and frequency domains are analyzed by using the Wigner distribution function to take into account the fiber's multiplexing capabilities. Thus, quasi-white noise with a well-defined bandwidth is used in the encoding process to limit the bandwidth of the encrypted signal. Numerical simulations revealed good system performance, indicating that this multiplexing encryption method could be a good alternative to other well-established techniques.