GPS/LEO掩星正则变换反演方法

利用无线电全息方法, 如正则变换方法或全谱反演方法, 可以有效地解决大气多路径条件下GPS掩星信号的反演问题. 本文采用正则变换方法反演掩星资料, 模拟仿真反演结果显示正则变换方法可以准确地反演包含大气多路径效应的信号. 在模拟信号的相位中加入不同程度的高斯相位噪声后, 正则变换方法的反演结果会受到不同程度的影响. 用正则变换方法对2007年第71天至73天共约4500个COSMIC数据进行处理. 将其折射率反演结果和atmPrf资料 (利用全谱反演方法计算得到) 一起, 与对应的ECMWF 分析场资料进行统计比较, 结果表明: 在5 km以下, 正则变换方法计算的折射率的相对误差的平均值普遍大于atmPrf资料. 其原因可能为: 正则变换方法将信号从LEO轨迹后传播至辅助屏, 造成孔径缩小, 精度下降. 同时也讨论了信号截断对低对流层中反演精度和掩星个数的影响. 关键词： 无线电掩星 大气多路径 多相位屏技术 正则变换方法     

基于反演场扩散消除的时间反演多目标成像技术

基于时间反演腔理论,分析了时间反演场存在的聚焦扩散现象.通过对该现象的分析,提出了利用Clean算法进行单频时间反演场扩散消除,进而实现时间反演多目标成像的技术.全波仿真结果表明,该技术能够消除时间反演场扩散的影响,利用单一频率信号实现多目标的成像.最后,分析了时间反演镜的选取对时间反演场的影响,并在此基础上,提出了非理想情况下相应的时间反演镜信号均衡算法,为时间反演多目标成像技术的实际应用提供了有效的支撑.     

利用瞬态辐射信号峰值重构半透明介质内部特性

本文采用有限体积法模拟超短脉冲激光在一维参与性介质内的传输,得到瞬态辐射信号,即时域反射信号与透信号随时间变化关系,利用透射和反射信号的极值并结合微粒群算法(PSO)反演估算介质内部物性。本文研究了均匀介质时信号极值计算的目标函数随吸收、散射系数变化关系,结果表明采用极值法能够准确地反演均匀介质物性。此外,研究了两层非均匀介质时目标函数随散射系数变化关系。在吸收系数已知时,采用单面照射激光所得信号极值能够反演出两层介质各自的散射系数。最后,本文研究了同时反演两层介质的吸收和散射系数,采用综合反演的方法能够准确地反演出各层介质的吸收和散射系数。     

用于实现散射介质中时间反演的数字相位共轭的相干性

抑制散射介质对光的散射,调控光在散射介质中的传输,是光通信、生物光子学、光镊等领域的重要课题.设计并实现了基于宽谱光源和数字相位共轭的可调控光在散射介质中传输的时间反演实验系统.实验获取了不同相干长度下物光和参考光束之间的光程差与干涉图样、相位图及时间反演信号之间的关系,分析了光源相干性对调控光在散射介质中传输的影响.实验结果表明,基于宽谱光源的相干特性和数字相位共轭技术,通过调节光程差能选择性获取同一散射角度及相同传输路径的光束的相对相位,再利用空间光调制器对参考光束进行调控,实现光束的反向传播,从而选择性实现对同一散射角度及相同传输路径的光的时间反演.     

航空通信中干扰下的鲁棒性通信方法

航空器在进行空-地通信时,信道中会存在大量非线性的干扰信号,导致通信信号发生鲁棒性变化。提出一种基于信息最大化算法的航空通信中干扰下的鲁棒性通信方法,根据航空通信的特点建立通信模型,利用均值化处理方法和白化处理方法对通信信号进行预处理,利用信息最大化算法对信号进行信澡分离,实现了航空通信信号的鲁棒性要求;在Matlab7.0平台上完成测试,实验时航空通信划分成外部干扰,能够忽略和外部干扰不可忽略两种情况;仿真时间定为3 000 s,干扰源数目为12个,实验结果表明利用该算法对原始信号的拟合率达到97%左右,鲁棒性误差平均在3%左右,而传统算法误差在10%以上,表明该算法信号的鲁棒性更强。     

蒸发波导中的时间反演抛物方程定位法

蒸发波导是一种在海面上频繁出现的多径传播环境,会引起信号畸变,导致常规算法分辨率下降,使得雷达测向测距误差加大甚至无法工作.本文提出了一种基于方向图加载的时间反演抛物方程定位算法,能够有效地处理蒸发波导效应,自适应地补偿信号畸变,形成与传播环境相匹配的、经过时间反演的电波,从而稳健地实现对目标的聚焦定位.该算法能够巧妙地利用多径效应,增大天线阵列的有效口径,得到超分辨率的效果.另外,它还对阵元间距有着较高的宽容性,这样就可以采用稀布形式,从而提高算法的实用性,增加其适用范围.仿真结果表明,对于相同口径的阵列天线,该算法使方位分辨率较自由空间提高了2倍以上;在30λ的大阵元间距下,旁瓣电平在8.96 dB以下,有效地抑制了鬼像的产生.该算法具有较强的稳健性和较高的精度,在海面通信、搜救、预警等领域有着广阔的应用前景.     

基于频域辐射传输模型的光学成像研究

本文以超短脉冲激光照射参与性介质的光学成像为研究背景,分别构建了短脉冲激光在参与性介质内的频域辐射传输正问题模型和根据边界探测所得频域信号重建介质内部光学参数的逆问题模型。在瞬态辐射传输方程的基础上,利用傅里叶变换得到频域辐射传输方程,采用有限体积法求解频域传输方程,模拟超短脉冲激光在二维参与性介质内传输的过程,得到介质边界的出射频域辐射信号。选取共轭梯度法作为反演算法,采用伴随差分模型求解目标函数梯度,重建了二维非均匀参与性介质内不同位置内含物的光学参数分布。结果表明,基于频域辐射传输方程的伴随差分模型能够较为准确地反演多维参与性介质内的光学参数。     

基于高速移动通信的虚拟天线阵列理论研究

在高速移动通信中, 多普勒频移对通信性能产生严重的影响, 通常需要对接收信号的多普勒频移进行估计并进行补偿. 本文研究在对单个天线接收的高速移动通信信号进行频移估计和补偿的基础上产生多路无频偏的信号, 并虚拟为天线阵列的输出以提高系统的接收增益. 首先讨论了“均匀时间采样”和“均匀相位采样”的关系, 并根据两者之间的关系提出了补偿多普勒频移和虚拟天线阵列的算法, 即对采样信号进行插值、均匀相位抽取以后, 再进行均匀时间采样. 然后分析了算法对高速移动通信系统性能的改善作用, 并提出了算法的硬件实现结构. 通过数值仿真验证了算法的干扰抑制能力和误码性能, 结果表明本文提出的虚拟天线阵列算法能够改善飞机、高铁上的高速移动通信系统的性能.     

水下平台对卫星上行激光通信研究

在合理选择通信系统参量和通信信道参量的基础上,利用MonteCarlo方法模拟了卫星接收到的水下平台上行激光通信信号.分析了卫星接收信号的空间和时间分布特性,以及与望远镜接收视场角的关系,并计算了接收信号的信噪比,得出了3°望远镜视场角和15μs信号积分时间的优化参量.基于计算结果,根据激光脉冲的PPM调制方式和最大似然检测方法,计算了系统的通信误码率,同时分析了海气界面、云等传输介质对通信的影响.研究结果表明:根据文中给定通信系统参量,在典型海水、海气界面、云等环境条件下,卫星与激光信号中心水平距离5km范围内信号误码率10-4.因此位于水下60m的水下平台可能实现对卫星上行激光通信.     

水下平台对卫星上行激光通信研究

在合理选择通信系统参量和通信信道参量的基础上,利用Monte Carlo方法模拟了卫星接收到的水下平台上行激光通信信号.分析了卫星接收信号的空间和时间分布特性,以及与望远镜接收视场角的关系,并计算了接收信号的信噪比,得出了3°望远镜视场角和15 μs信号积分时间的优化参量.基于计算结果,根据激光脉冲的PPM调制方式和最大似然检测方法,计算了系统的通信误码率,同时分析了海气界面、云等传输介质对通信的影响.研究结果表明:根据文中给定通信系统参量,在典型海水、海气界面、云等环境条件下,卫星与激光信号中心水平距离5 km范围内信号误码率<10－4.因此位于水下60 m的水下平台可能实现对卫星上行激光通信.     

正交频分复用无源时间反转信道均衡方法研究

针对水声信道多途信号引起的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)水声通信系统符号间干扰的问题,提出了无源时间反转均衡的方法,将发送的探测信号时间反转与OFDM信号做卷积,利用无源时间反转镜的时间聚焦原理减小信道多途带来的符号间干扰,在OFDM符号中不使用导频的情况下实现信道均衡,简化了均衡步骤并提高了OFDM符号频带利用率。分析比较了无源时反均衡方法与最小平方信道均衡在水声多途信道下的误码性能。仿真研究和湖上实验表明,无源时反信道均衡算法可以有效的减小多途信道对OFDM水声通信系统带来的影响。      

TRC路径特征及其对时间反演信噪比的影响

时间反演具有时空聚焦特征,在许多方面有着潜在的应用。其中,基于时间反演腔的系统是一种主要的反演系统,可用于脉冲压缩、波束成形、微扰探测等。时间反演腔通常是一个电大的微波混沌腔,内部电磁波的传播具有明显的多径特征,即时间色散特征。因此,在时间反演过程中,反演腔可对反演信号进行相位补偿,重构出初始信号,从而在初始位置形成脉冲的时间压缩和空间聚焦。为了拓展时间反演腔的实际应用,本文基于多径信道模型研究腔体参数对反演性能的影响,重点分析路径的衰减特征、串扰特征和叠加特征对反演信噪比的影响,并总结给出影响反演信噪比的主要参数以及基本规律。     

Coherent underwater communication using passive time reversal over multipath channels

Passive time reversal exploits underwater acoustic channels’ spatial and temporal diversity. It can refocus multipath propagated signal at the receiver and can be realized simply by the passive phase conjugation (PPC) method. By the temporal focusing, time delay spread caused by multipath propagation is mitigated for spectral efficient coherent communications. However, the PPC method is unable to eliminate multipath and is limited by channel variations. An adaptive equalizer is therefore needed to compensate residual multipath after refocusing and to track channel temporal variations. Spatial diversity is obtained by using a vertical receiving array. In this paper we used 4-hydrophone array and demonstrated that the adaptive decision feedback equalization in conjunction with PPC significantly decreased the bit error rate.     

参量阵差分Pattern时延差编码冰下水声通信方法（英文）

In order to meet the demands of underwater acoustic communication in under ice environment,a differential Pattern time delay shift coding underwater acoustic communication method based on parametric array is introduced in this paper.The under ice underwater acoustic channel is characterized by heavy multipath transmission.Under this model,a parametric array emission method of Pattern signal is derived and the system performance is analyzed.A broadband low frequency sound waves with narrow beam-pattern,which will reduce the interface reflections and suppress the effects of multipath transmission,can be obtained by the emission method.The Songhua River under ice trial results show that there is an anti-multipath property and a higher data rate in the under-ice acoustic channel in proposed approach.     

参量阵差分Pattern时延差编码冰下水声通信方法

为提高差分Pattern时延差编码水声通信方法的通信速率以及抗多途能力,使其能有效适用于冰下水声环境,提出了基于参量阵的差分Pattern时延差编码水声通信方法,推导了Pattern码的参量发射原理,分析了参量阵发射对该方法性能的影响,利用参量阵发射产生低频宽带窄指向性声柬,减少了声线触碰上下边界的次数,提高了系统抗多途的能力。冰下水域外场试验结果表明:本方法可有效抑制多途效应,同时低频宽带特性提高了系统通信速率。      

时频编码水声通信技术研究

时频编码技术是利用信号码元不同时隙的不同频率进行二维信息编码的调制技术，具有较强的抗多途抗衰落能力，已被广泛应用于无线电短波信道和大气对流层散射信道，将其应用于多途效应严重的水声通信领域是一有价值的探索。     

Pressure sensitivity kernels applied to time-reversal acoustics

Sensitivity kernels for receptions of broadband sound transmissions are used to study the effect of the transmitted signal on the sensitivity of the reception to environmental perturbations. A first-order Born approximation is used to obtain the pressure sensitivity of the received signal to small changes in medium sound speed. The pressure perturbation to the received signal caused by medium sound speed changes is expressed as a linear combination of single-frequency sensitivity kernels weighted by the signal in the frequency domain. This formulation can be used to predict the response of a source transmission to sound speed perturbations. The stability of time-reversal is studied and compared to that of a one-way transmission using sensitivity kernels. In the absence of multipath, a reduction in pressure sensitivity using time reversal is only obtained with multiple sources. This can be attributed both to the presence of independent paths and to cancellations that occur due to the overlap of sensitivity kernels for different source-receiver paths. The sensitivity kernel is then optimized to give a new source transmission scheme that takes into account knowledge of the medium statistics and is related to the regularized inverse filter.     

基于时反镜能量检测法的循环移位扩频水声通信

海面的起伏和多普勒效应使得接收信号的载波相位发生跳变以及水声信道的多途扩展使得接收信号波形发生畸变,这严重影响循环移位扩频系统的性能.本文提出循环移位能量检测器算法,通过检测循环移位匹配滤波器的输出能量对系统进行解码,可有效解决载波相位跳变对循环移位扩频系统的影响;将时间反转镜技术与循环移位能量检测器相结合,进一步提出时反镜能量检测器算法,利用已检测到的符号对信道进行实时估计并进行时反处理,抑制了水声信道多途扩展的影响,保证了循环移位扩频系统可在低信噪比条件下工作.通过大连海上试验以及莲花湖湖上试验验证,在复杂水声信道多途扩展、载波相位跳变和低信噪比条件下实现了低误码水声通信.     

多基地空时码探测信号设计及时反相关检测技术

为实现浅海复杂环境下的多基地声纳多源目标回波分辨,本文设计了一种适用于多入多出垂直阵信道环境下的空时码探测信号,并针对倾斜垂直阵的多途子信道差异问题,提出了信号的时反相关检测技术.空时码探测信号采用伪随机信号调制,具有良好的正交性,能在抗子信道严重衰落的同时,分辨多源目标回波.垂直阵受水流冲击,呈倾斜状态时,其多途子信道不一致性会导致各子信道传递信号无法在接收端聚焦,使阵列增益受损,同时导致时延测量能力下降和信号判决错误率上升,为此本文设计了信道训练信号用以估计多途子信道环境,通过虚拟时间反转镜获得子信道不一致条件下的最佳匹配检测信号,实现对接收信号的时反相关检测.仿真结果表明,本文所设计的探测信号和检测方法,能够克服复杂的信道条件和多途子信道不一致性引起的检测问题,满足多基地声纳探测需求,实现多源目标回波分辨.     

结合主动时间反转算法的短基线定位研究

短基线声学定位技术是水下运动目标定位的重要研究内容。为了解决定位系统工作于浅水或近岸时多途扩展严重造成的时延估计误差和系统工作不稳定的问题,本文提出一种结合时间反转算法的短基线宽带应答定位技术,该方法利用短基线阵元发射宽带信号,通过应答器接收该信号时间反转处理后再返回给短基线阵元位置,实现信道多途的自适应聚焦,进而提高时延估计精度及信号检测的鲁棒性。仿真研究和湖上试验表明,该方法能够充分利用信道多途信息实现聚焦,减少信道多途对定位信号时延估计的影响,具有较强的抗噪声和多途干扰的能力。相对传统定位方法,该方法可以抑制短基线定位过程中误差及野点的产生,改善了物体定位导航的精度。