激光告警接收机灵敏度和信噪比分析及实验验证

为了对抗现代战争中日趋严重的激光威胁,激光告警技术已成为亟需研究的课题之一。灵敏度和信噪比是激光告警系统重要的性能指标,它直接影响告警系统整体的探测性能。文中根据信号统计检测理论,提出了一种计算相干探测光谱识别型激光告警接收机灵敏度和信噪比的方法。首先,分析了激光信号和接收机噪声的概率分布。然后,基于阈值探测理论和奈曼—皮尔逊准则,通过引入探测概率因子和虚警概率因子,建立了信号电流方程,进而得到了灵敏度和信噪比的计算表达式。最后,利用该方法对自行研制的光栅衍射激光告警接收机的探测灵敏度和信噪比进行了理论计算和相关的实验验证, 结果表明：由该方法计算的灵敏度和信噪比与实验结果基本相符。     

激光告警中的信号探测研究

分析激光告警中的噪声电平，研究信噪比与探测概率，最后研究距离方程与动态范围。     

天基激光告警系统成像特征及信噪比研究

目标成像特征和信噪比是天基激光告警系统优化设计、目标检测及攻击事件判定的重要依据.在介绍告警系统结构的基础上,分析计算了攻击激光成像光斑的情况,并进行了实验验证,讨论了系统的背景光噪声环境,计算了入瞳处的背景光辐照度,推导了系统成像信噪比公式,并得到了攻击激光成像信噪比.结果表明:攻击激光在正入射情况下的理论光斑直径约...     

一种深空背景空间小目标条痕检测算法

针对深空慢速运动目标(目标在焦面的运动速度小于1 pixel/frame)提出了一种最大似然条痕检测算法,能够在较低信噪比情况下实现有效的慢速目标检测。算法将目标脉冲形状信息引入信号模型中,是最大值投影算法的改进形式。建立基于高斯噪声分布的图像信号模型,在此基础上推导了最大似然条痕检测算法模型;分析该算法的实时性及其理论探测性能;采用蒙特卡罗仿真方法比较最大似然条痕检测算法与最大值投影检测算法的检测性能。仿真结果表明,输入信噪比为3.5时,最大似然条痕检测算法的探测概率为95%,其相同探测概率条件下所需信噪比比最大值投影算法降低了2.5(即最大值投影算法要达到95%的检测概率,所需信噪比为6)。算法实时性分析表明,最大似然条痕检测算法的实时处理能力为31.25 Mb/s。     

基于K-means的自适应概率整形信号相位恢复算法

为解决未知概率整形因子信号的自适应相位恢复问题，提出了一种基于K-means聚类的自适应相位恢复算法。通过理论分析与数值仿真，验证了基于K-means聚类进行星座点模值半径重定位的可行性，将K-means聚类与前馈式载波相位恢复算法相结合，解决了概率整形信号经归一化处理后存在的星座点相对放大的问题，实现了未知概率整形因子信号相位的自适应恢复。对该算法在不同光信噪比、不同激光器线宽下的16正交幅度调制(QAM)与64QAM信号进行了分析，结果表明所提算法不仅可用于未知概率整形因子下信号的相位恢复，还可用于均匀QAM信号的相位恢复。所提算法在星座点模值的重新定位中考虑了噪声的影响，在相同的测试相位数量下可以实现更高精度的相位补偿，对于均匀QAM信号的光信噪比容忍度提升了约1 dB。     

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。     

太阳对成像型天基激光告警系统的影响

针对成像型天基激光告警系统中的太阳背景辐射问题,通过理论分析和数值计算研究了太阳与系统探测器不同空间位置关系时直射太阳光和地球反射太阳光对系统成像信噪比、威胁激光检测、探测器自身安全的影响.结果表明:太阳光是天基激光告警系统的主要背景辐射,地球反射太阳光是系统红外探测器成像的主要背景光;反射太阳光辐照在探测器像面上的最...     

太阳对成像型天基激光告警系统的影响

针对成像型天基激光告警系统中的太阳背景辐射问题,通过理论分析和数值计算研究了太阳与系统探测器不同空间位置关系时直射太阳光和地球反射太阳光对系统成像信噪比、威胁激光检测、探测器自身安全的影响.结果表明:太阳光是天基激光告警系统的主要背景辐射,地球反射太阳光是系统红外探测器成像的主要背景光|反射太阳光辐照在探测器像面上的最大能量密度为0.97 mJ/cm2,反射太阳光背景下,攻击激光成像信噪比在103以上,信标激光信噪比小于1,反射太阳光对攻击激光检测没有影响,对信标激光成像是强背景干扰|直射太阳光辐照探测器是系统不可避免的情况,太阳成像光斑功率密度最大时约20 W/cm2,将导致探测器像元饱和甚至损坏|太阳成像光斑特征与入射激光相似,会造成系统严重虚警.     

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.     

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。     

一种基于光纤激光水听器的PGC改进解调算法

基于分布反馈式（DFB）光纤激光水听器,针对传统相位生成载波（PGC）解调方案中的不足,提出了一种新型的单路微分相除（PGC-SDD）解调算法。与传统的微分交叉相乘（PGC-DCM）和反正切（PGC-Arctan）解调算法相比,该方法仅需要双通道的1路信号作微分处理,以较少的运算步骤和计算量达到解调信号的目的。PGC-SDD算法能够更有效地应对环境引起的光强扰动和调制深度引起的谐波畸变,使解调结果更接近待测信号。对3种解调算法进行仿真和实验验证,结果表明:采用PGC-DCM解调其信噪比约12.4 dB,PGC-Arctan算法的信噪比约13.9 dB,PGC-SDD算法的信噪比达到了17.5 dB。     

频谱分析型激光多普勒测速仪信号处理技术

为了提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出对激光多普勒信号先进行跟踪滤波,再进行频谱细化和频谱校正的信号处理方法,并利用信号处理系统对实测的多普勒信号进行了实验研究。实验结果表明:跟踪滤波器在滤除基底信号及系统的部分噪声的基础上,实时跟踪多普勒信号的频率,信噪比明显提高,所得结果与多普勒频率的真实值相一致;频谱细化技术大大提高了频谱分辨力,频谱校正技术使校正后的频率更接近真实值。     

Multi-objective optimisation of lidar parameters for forest-fire detection on the basis of a genetic algorithm

A numerical model for the estimation of the laser pulse energy required for forest-fire detection with a predefined signal-to-noise ratio by an eyesafe lidar operating at wavelength of 1.54 μm is developed. This model is coupled with a genetic algorithm, which is used for multi-objective optimisation of the fitness function (weighted sum of laser price, telescope price, and surveillance time) using telescope diameter and laser beam divergence as independent variables.     

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。     

小波包自适应阈值语音降噪新算法

为了克服低信噪比输入下,语音增强造成语音清音中的弱分量损失,造成重构信号包络失真的问题。论文提出了一种新的语音增强方法。该方法根据语音感知模型,采用不完全小波包分解拟合语音临界频带,并对语音按子带能量进行清浊音区分处理,在阈值计算上,提出了一种清浊音分离,基于子带信号能量的小波包自适应阈值算法。通过仿真实验,客观评测和听音测试表明,该算法在低信噪比输入时较传统算法,能够更加有效地减少重构信号包络失真,在不损伤语音清晰度和自然度的前提下,使输出信噪比明显提高。将该算法与能量谱减法结合,进行二次增强能进一步提高降噪输出的语音质量。     

Laser Doppler velocimeter using a single longitudinal mode solid-state laser source

An experimental demonstration of using a single longitudinal mode solid-state laser source in laser Doppler velocimeter (LDV) is presented. The technology of frequency spectrum correction is used in processing Doppler signal. The results of the experiments show that: the magnitude and signal-to-noise ratio (SNR) of Doppler signal are both enhanced by the solid-state laser; the measurement accuracy of LDV is improved by the technology of frequency spectrum correction, and the variance of the measured Doppler frequency is larger than the Cramer-Rao low bound (CRLB) of Doppler frequency about one order of magnitude.     

针对水质监测的紫外-可见光谱双光程融合优化算法

紫外-可见光谱法多参数水质在线监测系统面对复杂水体时,常需要频繁改变探头光程以保持光谱较高的信噪比。然而,适合的光程往往需要大量实验才可确定,难以满足在线监测系统对实时性、精度、灵敏度、稳定性等的实际需求。研究了一种紫外-可见光谱双光程融合优化算法,将同时采集的长短两种光程光谱使用了滑窗法估计它们光谱噪声方差分布,确定光谱强噪声区间;由于长短光程光谱的信号强度不同,使用了遗传算法计算得到双光谱融合的最佳增益匹配倍率;最后,按噪声方差分布使用分段加权方式得到较高信噪比的双光程融合光谱。实验结果表明,利用该法对重庆长寿湖水样、嘉陵江某排污口及邻苯二甲酸氢钾标准溶液三种样本进行测试,其融合光谱在200～250 nm区域的强噪声得到抑制,零值干扰左推至220 nm之前,样本的峰值信噪比均有显著提高,证明了算法的有效性和普适性。该算法无需大量实验以获得最佳光程,对于拓宽紫外-可见光谱水质在线监测系统的应用范围具有较为重要的现实意义。