《太赫兹探测、通信及其一体化》专辑发刊词

太赫兹频段频谱资源丰富,在探测与通信方面具有分辨率高、通信容量大、抗干扰能力强、可全天时工作、易于高度集成等突出优势,而太赫兹探测通信一体化技术通过探索构建全新技术体系与应用模式,把雷达与通信两者科学地融合在一个平台上,实现“精细探测+高速通信”的综合服务和灵活应用能力。因此,发展太赫兹探测、通信及其一体化技术具有重要的科学意义与应用价值。

特征与度量联合优化信息几何检测器

目前,信息几何检测器主要采用协方差矩阵特征模型,在矩阵流形上度量待检测单元数据与杂波数据间的差异,以区分目标与杂波,从而实现雷达目标检测.然而,在复杂杂波背景下,雷达回波信号信杂比低,杂波在其中占据主导地位.因此,含有目标回波的雷达回波信号与纯杂波具有统计相似性,该相似性使得二者在矩阵流形上较难区分,从而限制了信息几何检测器的性能优势.为突破特征表示所造成的性能增益限制,本文提出了基于特征与度量联合优化的信息几何检测器.首先设计了特征与度量可调的信息几何检测器灵活框架,并在此基础上基于纽曼-皮尔逊准则建立了特征与度量的联合优化模型,而后利用局部平坦假设与多层感知器,将联合优化模型中的决策变量参数化,并提出了双阶段优化求解方法.基于仿真数据与实测海杂波数据的实验结果表明,该方法检测性能优于现有信息几何检测器等典型目标检测方法,且在目标多普勒接近杂波谱峰时具有较大优势.

基于功率谱流形的信息几何DP-TBD算法

针对复杂杂波背景下目标信杂比起伏而导致的漏检问题,本文结合信息几何检测器的性能优势与动态规划检测前跟踪(Dynamic Programming Track Before Detect,DP-TBD)的多帧信息积累能力,提出了基于功率谱流形的信息几何DP-TBD算法.该算法利用功率谱流形与矩阵流形对偶关系,设计了功率谱信息几何检测器,将信息几何检测器的计算复杂度降低了近两个数量级.通过实测数据实验验证,功率谱DP-TBD算法可实现与矩阵DP-TBD算法相近的检测性能,并将运算时间降低为矩阵DP-TBD算法的3%~8%.此外,相较于信息几何检测器,功率谱DP-TBD可将检测信杂比(Signal-to-Clutter Ratio,SCR)提高2~3 dB.

太赫兹超材料相控阵天线波束宽度调控方法

太赫兹超材料相控阵由于其强大的波束操纵能力在探测与通信一体化系统中具有重要的应用价值。为了提升系统的通信和探测性能,需要太赫兹超材料相控阵能够实现宽波束和窄波束的灵活切换。提出了一种基于反相位间隔(反相)编码的太赫兹超材料相控阵天线波束宽度调控方法。通过天线3 dB波束宽度表达式和目标波束宽度逆推阵列规模,保持其相位编码不变并对该阵列规模外的其余阵元进行反相编码,旨在实现相位相反相消。仿真结果表明,所提方法可以准确地调控太赫兹超材料相控阵天线的波束宽度,实现宽波束和窄波束的灵活切换。

单光子计数太赫兹雷达直接探测方法与性能研究

针对远距离非合作目标探测,现有太赫兹雷达由于受到发射机功率低、大气衰减效应等因素影响,其作用距离有限,难以满足对目标的预警探测应用需求。为提升太赫兹雷达探测能力,该文研究了基于单光子探测技术的目标超灵敏探测方法,利用单光子探测器替代传统雷达接收机,有望显著提升太赫兹雷达的作用距离。首先,该文分析了太赫兹单光子雷达信号光子数的统计规律,从微观角度阐述了目标的回波特性,进一步,结合超导量子电容探测器的特点,建立了太赫兹单光子目标探测模型;此外,推导得到太赫兹单光子雷达目标检测性能数学表达式,并通过仿真实验对目标检测性能进行了验证和分析,获得了雷达检测性能曲线;最后开展了时间分辨太赫兹光子计数原理验证实验,通过回波脉冲计数的方式实现了目标高精度测距。该文工作将为太赫兹频段超灵敏探测技术及单光子雷达系统的研究与发展提供支撑。

分布式相参雷达相参效率及相参景深研究

分布式相参雷达(distributed coherent aperture radar,DCAR)所发射信号仅能在感兴趣点处完全相参叠加,在一定发射相参效率约束下,因相参位置失配会出现能量弥散现象。对此,定义“相参景深”用以描述该能量弥散现象,并给出相参景深形成原因,指出其有界性和周期性特征,分析其影响因素,以具象化和定量化的方式揭示发射相参效率空间分布规律,可有效支撑DCAR发射信号参数和阵列构型选择等工程实践。最后,以多节点单元雷达的DCAR设计仿真实验,证明了所提方法的有效性。

基于流形等距映射的矩阵信息几何检测方法

雷达目标检测常面临复杂的杂波特性,经典的检测方法通常适合于某些特定的场景,当检测背景发生变化时,其检测性能急剧下降。为有效提升不同杂波背景下的检测性能,提出一种基于流形等距映射(ISOMAP)的矩阵信息几何检测器。该方法首先将信号检测问题转化为矩阵流形上两点之间的区分性问题;然后基于样本数据和流形等距映射原理,自适应地学习出矩阵流形的投影变换矩阵,将矩阵流形变换为可区分的低维流形,最大程度地保持每一个矩阵与其邻域内矩阵之间几何距离大小,增强矩阵流形的可分性;最后利用仿真杂波和实测数据对算法进行验证。实验结果表明,相比于经典的检测方法,所提方法能有效提升目标检测性能。

基于太赫兹雷达的声致海面微动信号检测

水下声信号传播到水面时,由于水和空气的声阻抗差,会激发水表面横向微幅波,其振动信号包含了声源的相关信息。雷达通过目标回波间的相位差来检测目标的微小位移,因此可以利用雷达检测水面微小位移变化获取水面振动信号,进而反演水下声源信息。该文首先分析了水下声传播的衰减特性及水面振动的物理模型,然后基于雷达回波模型对声致水面振动检测进行理论分析,提出了小波-卡尔曼滤波信号检测方法,最后在大型综合消声水池和黄海水域开展了基于太赫兹雷达的声致水面微动信号检测实验。实验结果表明所用太赫兹雷达能够检测声致水面的细微振动,所提算法能有效滤除水面干扰和雷达相位噪声并提取振动信号。实验首次在二级海况下检测到了亚微米级的振动信号,为水-空跨介质信息传输与水下航行器探测提供了依据。

韩非子“术”论新探

韩非子“术”论包含两个层面:一是“法术”对官僚系统的常规控制,二是“术”对“重臣”的重点控制。前者为官僚系统确立明确的行动规则,划定臣僚的行为边界,通过将臣僚行为“确定化”来实现官僚机器的高效运转从而提高治理的“效率”;后者则聚焦于防范、伺察并清除对君权有威胁的一切力量,关注的是君权的“安全”。前者注重君之“宣明”,后者则强调君之“周密”,但在实际运用中“明法”往往反噬于“暗术”。韩非子的治道设计意在佐助“中主之治”,使“中主”摆脱能力有限、才德不足的个人缺陷,在有效治吏的基础上实现高效治理,但能够得当用“术”者绝非“中主”,而恰恰是具有极高修养和超凡智慧的“明主”,于是“术”的有效性最终完全取决于君主一人是否“圣明”,以佐助“中主之治”为旨归的“术”论也无法从根本上解决君主个体有限性与国家事务无限性之间的矛盾。

论韩非子“因情而治”的内在逻辑及黄老学渊源

韩非子的“人情”主要指人在处理人己物我关系时表现出的趋利避害的真实情态。其“因情而治”的治道设计有助于君主顺应并利用人们趋利避害的行为趋向和心理定势,在掌控和控御臣民之“人情”共性的基础上,高效便捷地使政治事务和社会生活整齐划一,既可以克服君主德智不足的弊端,又能够实现以简驭繁的高效治理。“因情而治”的内在要求是君道无为而臣道有为,臣民各处其宜、皆用其能,在臣民各守其分、各司其职、各尽其能中为国家贡献智慧和才干,君主则在臣民之具体作为中保持“无为”姿态。韩非子“因情而治”治道方略的理论渊源正在黄老那里,韩非子将黄老立足“天—地—人”宏大视野下展开的“因情而治”收缩至君臣关系的维度以佐助强力统治。

论韩非子与老子、黄老之关系——以人性论为线索

韩非子尽管深受老子和黄老道家的影响,但从人性论角度看其思想与老子颇有不同,与黄老道家则有更多的相似。老子追求超越升华的精神境界,反对“人”成为任何他者的工具,但黄老道家和韩非子则力图直面战国时代的现实问题,主张以“因情而治”的方式加强对“人”的控制。老子以“道”的视角观察宇宙、俯瞰人类、审视人性,对人类文明进步和权力异化有深刻的反思意识;韩非子及部分黄老道家则聚焦于在列国纷争中如何加强统治的现实问题。老子超越了时代,黄老和韩非子则顺应了时代。

论韩非子官僚治理学说的内在逻辑

韩非子官僚治理学说包含两个层面,一是对官僚系统的常规支配,二是对重臣的重点支配。前者确定官僚选任、考核、奖惩和监察的基本原则,奠定了官僚政治的制度基础和运行规则;后者则意在防止重臣壅蔽,疏通有关国家治乱和地方民情等信息的流通渠道。常规支配重在“规范”,强调法令制度的“稳定性”,侧重于“治事”;重点支配则重在“防范”,强调权力运作的“灵活性”,侧重于“治人”。在常规支配和重点支配之间,作为理想执政者的明主随时转换角色,既通过治理官僚以高效地管理国家事务,又维护绝对的政治秩序。“明主→治官治民→至安之世”是内含于韩非子官僚治理学说的重要逻辑,也体现了中国古代“得君行道”的思维范式。

“太赫兹物理、器件与应用”专辑前言

太赫兹科学与技术涉及太赫兹物理、材料、辐射源、调制与探测、成像与通信、以及太赫兹波在生物、医学、天文等领域的应用,在物理学、材料科学、生命科学、天文学、信息科学以及国防安全等方面具有重要的学术价值和广泛的应用前景,被誉为改变未来世界的十大技术之一。

基于Toeplitz矩阵特征值分解的SAR图像舰船目标检测方法

合成孔径雷达(SAR)图像舰船目标检测一直是海洋监测领域的重要手段。经典的恒虚警率(CFAR)检测依赖于分布模型及多参数的准确估计,难以适应复杂多变的海面背景。新兴的信息几何舰船检测方法挖掘了目标与杂波的统计差异,实现舰船的显著性表示,但依然受限于背景杂波的精确建模。考虑到现有方法的局限性,本文提出了一种基于Toeplitz矩阵特征值分解的SAR图像舰船目标检测算法。在无需寻求背景杂波分布模型的前提下,通过构建Toeplitz矩阵,以其特征值均值为检验统计量,充分获取目标与背景杂波的差异。在高分三号卫星和TerraSAR-X卫星实测SAR图像上的实验结果证明,相比于现有的多种典型方法,本文方法取得了更优的检测性能与更快的计算速度。

基于正交投影的子带信息几何雷达弱小目标检测方法

基于信息几何理论的雷达目标检测是一种新兴的技术,它将目标检测问题转化为流形上目标与杂波的区分问题,在低信杂比检测中具有优势。对于复杂背景下的弱小目标检测,目标与杂波难以区分,限制着检测性能。因此,该文基于矩阵信息几何检测器,提出一种基于正交投影的子带信息几何目标检测方法。该文利用滤波器组对雷达回波信号进行子带分解,并在矩阵流形上稳健估计子带内强杂波信号子空间,提出基于流形的正交投影方法以抑制强杂波,增强目标与杂波的区分性。最后,采用仿真数据和实测海杂波数据验证所提方法的有效性。结果表明,所提方法能够有效抑制强杂波,具有较好的检测性能。

基于深度学习的雷达成像研究进展

深度学习(DL)在语音识别、图像物体识别上取得了卓越的成效,深度学习代替传统处理技术,成为了研究该领域的主要处理方法。在雷达领域,深度学习用于雷达目标识别和分类,也取得了很好的效果,进而,人们试图将深度学习用于雷达成像。本文根据近几年所公开的文献资料,按照雷达成像的特点,分类介绍深度学习用于雷达成像的研究进展;之后,对深度学习用于雷达成像的可行性、样本选取、泛化以及成像质量的评价等开放性问题提出了作者的设想,并对深度学习用于雷达成像进行了展望。

太赫兹雷达直升机旋翼目标微动特性研究

直升机旋翼微动形成的微多普勒特征对于战场环境下直升机目标探测识别具有重要意义,掌握直升机旋翼的微动特性是雷达目标辨识的前提。太赫兹雷达波长短,多普勒效应显著,迫切需要掌握太赫兹频段旋翼目标微动特性。首先对偶数叶片和奇数叶片的螺旋桨目标进行建模,分别使用微波波段(3 GHz)与太赫兹波段(120 GHz,220 GHz)雷达对目标进行仿真分析,并从目标的回波信号特征出发提取多普勒频移信息,利用短时傅里叶变换进行时频分析,对比分析目标与雷达参数对其多普勒效应的影响及调制关系。仿真结果表明:在转速、视角以及直升机叶片长度均相同的情况下,太赫兹频段下的微多普勒效应比微波频段显著增强,多普勒曲线也更加清晰,叶片细节更加丰富。应用太赫兹雷达提取微多普勒信息能够为直升机目标识别提供重要特征。

阿扎胞苷联合维奈克拉治疗老年急性髓系白血病效果观察

目的观察阿扎胞苷联合维奈克拉治疗老年急性髓系白血病(AML)的效果及安全性。方法回顾性分析该院2017年1月至2021年10月新诊断的老年AML患者80例临床资料,根据治疗方法不同分为观察组31例与对照组49例。观察组采用阿扎胞苷联合维奈克拉化疗方案治疗,对照组采用地西他滨联合高三尖杉酯碱/阿柔比星+阿糖胞苷+重组人粒细胞刺激因子方案治疗。两组治疗两个疗程后评估疗效及安全性。结果观察组完全缓解率(61.3%,19/31)、1年无进展生存率(58.1%,18/31)高于对照组[38.8%(19/49)、12.2%(6/49)],疾病进展者占比(41.9%,13/31)、血小板减少(77.4%,24/31)及谷丙转氨酶升高发生率(0)均低于对照组[87.8%(43/49)、93.9%(46/49)、12.2%(6/49)]。结论对于不宜行标准化疗方案的老年AML患者可经阿扎胞苷联合维奈克拉化疗方案治疗,有助于减轻药物相关不良反应及改善无进展生存率。

一种多雷达导弹预警方案动态推演评估方法

面向多雷达导弹预警探测任务,提出一种探测方案动态推演评估方法,基于雷达探测模型、资源消耗模型,按照任务时序评估雷达状态、目标状态,生成相应的推演结论。文中给出了动态推演的具体实现步骤,介绍了方案动态评估的相关指标及其计算方法,所提出的方法已在工程中得到应用。

基于自适应短时Chirplet分解的高性能时频分布重构

通过傅里叶变换得到的频谱能够反映信号所包含的频率成分,但无法揭示瞬时频率随时间的变化特性。为满足工程应用中大量非平稳信号的分析需求,能够同时描述信号时域和频域特征的时频分析方法得到了广泛关注和深入研究。然而,传统时频分析方法所得到的时频分布往往具有较低的能量聚集性和较强的交叉项干扰,难以支撑信号时频特征的准确表达和提取。通过对信号内在稀疏特性进行挖掘和利用,能够有效提升信号时频分布的质量。本文通过对信号的相位函数进行泰勒展开,阐述了信号稀疏时频分解的实质,并分析了现有稀疏类时频分析的方法不足。在此基础上,提出了一种基于自适应短时Chirplet分解的高性能时频分布重构方法。首先,利用与信号时频特性自适应的窗函数为每一时刻生成了具有最强拟平稳性的最优短时信号;其次,提出了一种Chirplet字典的简化设计方法,利用得到的Chirplet字典对上述短时信号进行稀疏分解,基于分解结果实现了短时信号中心时刻瞬时频谱的参数化重构;最后,按时间顺序排列所有时刻的瞬时频谱,得到了信号能量聚集性高且不含任何交叉项干扰的高性能时频分布。仿真实验表明,所提方法有效改善了传统稀疏类时频分析方法结果中时频曲线畸变的问题,同时在计算效率上具有较大优势。此外,本文还利用所提方法处理了实际雷达系统所采集的微动目标回波,进一步验证了所提方法的有效性和应用潜力。