多尺度分析在激光微多普勒效应特征提取中的应用

由于小波变换具有准确度高、抗噪性好等优点,在微多普勒效应探测方面具有很好的应用前景。利用多尺度分析（MRA）将信号进行分解并提取出含有微多普勒效应的低频平滑信息,获取了目标微小振动引起的微多普勒效应。用频谱分析和基于瞬时频率(Instfreq)的时-频域联合分析方法对原始信号及通过MRA分解得到的结果进行了对比研究。结果表明：利用时-频分析对MRA处理后的低频信号进行分析,可更加有效地提取微多普勒效应中振动信号的特征,为目标特征的识别、分类和探测提供了便利。     

时频分析在激光多普勒信号处理中的应用

建立了用来检测微机电系统谐振器面内运动的激光差动多普勒系统,测量了谐振器的振动速度。在信号处理过程中,首先使用电路系统去除高频载波成分,然后基于Matlab平台,选取时频分析中的Wigner-Ville分布对采集进入计算机的多普勒信号进行分析。提取了其中的速度信息,并与用计数法处理的结果进行了比较。结果表明具有较好的效果。     

运动目标激光微多普勒效应平动补偿和微动参数估计

利用激光探测微多普勒效应可以精确估计微动参数,有利于实现目标的准确分类和精细识别.运动目标的微多普勒效应是一种由多项式相位信号模型与正弦调频模型组成的混合信号.对于这类混合信号中的微动参数估计目前还未提出有效的方法.对此,本文提出一种基于分数阶傅里叶变换(Fr FT)的平动补偿方法,通过设计对Fr FT参数域的带宽搜索方法,可以从混合信号中精确估计平动参数,实现平动和微动的分离;通过设计静态参数粒子滤波器,从补偿后的信号中准确估计了微动参数;针对静态参数模型,采用马尔可夫-蒙特卡罗方法增加粒子多样性,并利用累积残差定义新的粒子权重计算函数,保证了算法在对多维参数估计时的快速有效收敛,避免了参数分别估计时误差传递的影响.通过仿真分析对比和实验数据,验证了本文所提补偿和参数估计算法的有效性.     

由光的频率变换谈光的多普勒效应

在现行的物理学教材中,对真空中光的多普勒效应只给出了一个计算公式,其实还有一个。本文分别基于光的量子性和波动性导出这两个公式,并分析其一致性,最后作计算对比分析。其中用到光的频率变换的概念,其变换式可由光子四维动量的洛仑兹变换导出。光的多普勒效应本质上是光的频率变换的特例,与频率变换有正、逆两个变换一样,它也有两个计算公式。分别用这两个公式计算多普勒效应,繁简程度不同但结果一样。     

声光移频器对微多普勒效应探测的影响研究

为实现基于微多普勒效应的远距离目标探测和识别,研究了采用声光移频器的激光外差相干探测结构对目标微多普勒特征探测的影响。建立了声光移频器驱动功率与系统信噪比之间的数学模型,并进行了仿真计算,搭建了1550 nm激光外差/零差相干探测实验平台对所建模型进行了验证。研究结果表明:在移频器驱动电压限定范围内,驱动电压越高,对微多普勒效应探测的效果越好,得到的目标特征越明显,与理论分析一致。通过对比实验发现在同样条件下,外差探测得到的反映目标特征的时频分布曲线较零差的清晰,特征提取误差小,可读性更高,说明外差探测结构更有利于复杂的远距离目标探测。     

基于微多普勒效应的旋翼弦长激光探测方法研究

为实现基于微多普勒效应的旋翼目标激光探测与识别,研究了面目标旋翼对激光回波的调制作用.利用物理光学法中面元散射回波叠加原理,构建了矩形面旋翼的微多普勒激光回波模型.通过仿真,利用时频分析方法提取了异于线目标模型的微多普勒特征.机理分析证实该特征反映弦长即旋翼横向尺寸信息,据此提出了相干探测激光回波的矩形旋翼弦长计算方法.不同展弦比旋翼的回波仿真结果与理论公式吻合较好,验证了该方法的有效性.误差分析表明,与进行单一窗长条件下的短时傅里叶变换相比,利用改变窗长的方法分别提取时间、频率信息可有效减小弦长计算误差至1.58%.该模型可实现对旋翼飞行器弦长尺寸的计算,为进一步的旋翼形状探测识别提供了依据.     

多普勒效应在工程技术中的应用

马来西亚航空公司MH370航班失联事件引起了公众对多普勒定位技术的关注,本文简单介绍利用多普勒效应进行定位的物理原理,以及多普勒效应在工程中的广泛应用。     

运动目标的多维度微运动特征提取研究

微多普勒特征提取作为一种常用的时频分析工具,对微动目标特征的提取重构具有重要意义.为了更好地研究多运动的微多普勒效应,提出了一种运动姿态分类方法.按照目标频移是否随时间变化可以将运动姿态分为频移时变运动和频移时不变运动.频移时变运动包括平移、翻滚和振动.针对这种运动应分析对比不同时间对应的瞬态频移,频移时不变运动主要为旋转运动.本文通过微多普勒效应理论结合电磁波频域模型,实现3D运动目标微动特性提取的仿真建立目标,分析不同环境条件例如晴天阴天、有无湍流对探测的影响,为后续实验研究奠定理论基础.开展基于收发同置系统的多特征运动目标的微多普勒频移探测实验,实验结果表明,不同目标位置上频移的幅度、正负性和谱线宽度旨在反演目标形状、运动姿态、运动方向和速度.利用FFTshift函数对一维数据进行解调分析,实现三维时间-频率-强度关系的研究.本研究实现了对目标宏观形状特性的测量以及微观运动信息的提取,为雷达探测和识别奠定基础.     

多普勒效应及其现代应用

 生活中,人们都有这样的经验:当高速行驶的火车从远处鸣笛而来时,人耳听到的笛声音调愈来愈高;而当火车鸣笛离去时,其笛声音调愈来愈低。此现象就是声波的“多普勒效应”。它表明:当波源与观察者之间有相对运动时,观察者所接收到的波的频率与波源所发射的频率不同。“多普勒效应”是奥地利物理学家多普勒于1842年发现的。而电磁波频域内的“多普勒效应”在1938年才得到证实。     

小波分析在激光多普勒信号处理中的应用

提出将激光多普勒测速仪(LDV)应用于车载惯性导航系统中,阐述了激光多普勒自身速度仪的基本原理和小波变换的相关理论,并运用小波变换对多普勒信号进行检测、去噪及提取多普勒频率,仿真及实验结果表明：信号进行小波分解后,对每一级小波进行阈值处理,得到了较好的去噪效果;在小波降噪常见的阈值原则中,无偏似然估计阈值和极值阈值不容易丢失信号中的有用成分,而启发式阈值原则和固定阈值原则可以更有效地去除噪声;对于提取多普勒频率而言,小波变换与快速傅里叶变换所得的结果是一致的,而小波变换不但可以求出系统自身的运动速度,而且还可以求出对应速度发生的时刻。     

剪切波变换在星点提取中的应用

为了实现高精度和高准确性的星图识别和姿态确定,本文对星点提取算法进行了研究,将剪切波变换应用到星点提取技术中。首先,通过利用剪切波变换对星图进行分解,得到不同尺度、不同方向的系数;然后,对剪切系数进行阈值处理并重构得到去噪后的星图,再对重构星图进行顶帽变换和自适应阈值处理,完成星图滤波;最后,通过质心误差补偿法提取星点的坐标,有效地完成星点提取。实验结果表明,采用剪切波变换的星图滤波对噪声去除非常有效;质心误差补偿法的误差在0.003左右,明显优于传统的质心法,基本满足星敏感器的精度高和抗干扰能力强等要求。     

Detection on micro-Doppler effect based on 1550 nm laser coherent radar

A laser coherent detection system of 1550 nm wavelength was presented, and experimental research on detecting micro-Doppler effect in a dynamic target was developed. In this paper, the return signal in the time domain is decomposed into a set of components in different wavelet-scales by multi-resolution analysis, and the components are associated with the vibrational motions in a target. The micro-Doppler signatures are extracted by applying the reconstruction (inverse wavelet transform). During the course of the final data processing frequency analysis and time–frequency analysis are applied to analyze the vibrational signals and estimate the motion parameters successfully. The experimental results indicate that the micro-Doppler information in a moving can be effectively detected, and tiny vibrational signatures also can be acquired effectively by wavelet multi-resolution analysis and time–frequency analysis.     

用小波变换进行水下回波边缘特征提取与分类识别

提出一种运用小波变换提取宽带回波信号中的一种暂态特征-边缘特征以进行目标分类识别的方法.文中探讨了宽带回波的边缘与其所对应的目标特性之间的联系,提出运用离散二进小波变换提取出回波的多尺度边缘特征,并在此基础上构造了一个良好的特征空间.对实际采集的四种对应于不同湖底沉积物的宽带回波信号进行特征提取及分类识别,平均正确率可达95%以上.     

阿达玛变换在激光告警技术中的应用

系统信噪比一直是制约激光探测武器性能的关键性因素之一。为提高系统探测信噪比,利用阿达玛变换方法,在计算模板大小（17.48×17.48mm）和码元数N=255的基础上,详细介绍了Sn循环矩阵的生成,最后选择液晶空间光调制器充当编码模板。通过在液晶面板上不同位置施加不同的电压,利用旋光效应对通过的激光衍射条纹进行控制,按其通过与否（1/0）进行编码。在这一方法指导下进行了系统的仿真实验研究并获得成功。实验结果表明：将阿达玛变换应用于激光光谱测量,在不增加测量次数的情况下,可以有效地提高系统的信噪比。     

Image feature extraction by dynamic neural filtering and phase-only joint transform correlation

Neural network-based image processing algorithms present numerous advantages due to their supervised adjustable properties. Among various neural network architectures, dynamic neural networks, Hopfield and Cellular networks, have been found inherently suitable for filtering applications. Combining supervised and filtering features of dynamic neural networks, this paper presents dynamic neural filtering technique based on Hopfield neural network architecture. The filtering technique has also been implemented by using phase-only joint transform correlation (POJTC) for optical image processing applications. Filtering structure is basically similar to the Hopfield neural network structure except for the adjustable filter mask and 2D convolution operation instead of weight matrix operations. The dynamic neural filtering architecture has learnable properties by back-propagation learning algorithm. POJTC presents significant advantages to achieve the operation of summing the cross-correlation of bipolar data by phase-encoding bipolar data in parallel. The image feature extraction performance of the proposed optical system is reported for various image processing applications using a simulation program.     

基于Warping变换的波导时频分析

海洋波导的存在使得信号在水中传播过程中产生频散, 从而降低了信号处理质量. 基于声场的波导不变特性, 给出了一种具有普遍意义的Warping变换, 这种变换可以将波导中的信号频散特性简单化. 数值仿真结果表明, 只需要知道波导不变量的取值范围就可以很好地提取出波导的频散曲线, 数值仿真和海上实验数据给出了较为理想的结果.     

Bistatic occlusion effect of missile warhead based on micro-Doppler effect

Micro-Doppler effect is induced by the micro-motion dynamics of the radar target itself or any structure on the target. Spinning, coning and wobble are typical basic micro-motions of missile warhead. In this paper, a cone-shaped model for missile warhead with micro-nutation is established under the case of bistatic radar system, followed by the theoretical formula of bistatic micro-nutation is derived. Using the method of short-time Fourier transform, which confirms the simulated results are identical to the theoretical results. In addition, in order to further approach the actual environment. Base on micro-Doppler effect, the effective scattering center model with occlusion effect is considered under the case of bistatic radar system. The simulated results are compared with the fixed scattering point model without the occlusion effect. By the simulation studies, it shows the otherness between the actual environment and ideal assumption. A certain of theoretical analysis conclusions for extracting the features of missile warhead in bistatic radar system are gained, which can be applied to radar target recognition in the future work.