基于SOPC技术的雷达信号回波中频模拟器研制

介绍了一种基于(System on Programmable Chip,SOPC)技术并结合虚拟仪器的设计理念的雷达信号回波模拟器。分析了基于虚拟仪器设计理念的模拟器系统的结构特点,并重点论述了与片上系统模拟器研制相关的高速VLSI数模混合系统设计的关键技术。SOPC系统采用VIRTEXII2000,系统主频为200MHz可输出80MHz以下的中频信号。

船舶接收雷达信号回波数据压缩算法研究

船载雷达是船舶导航系统的重要组成设备,在船舶近海航行过程中发挥了重要作用。由于船载导航系统的存储空间有限,而雷达信号回波数据对存储空间的要求非常高,为此,如何利用无损数据压缩算法解决船舶雷达系统存在的问题已成为人们研究的重点。本文以字典编码算法为基础提出了LZW数据压缩算法,该算法提高了数据传输效率,有效降低了数据储存占用的空间。

水声定位标定系统信号回波测量方法研究

水声定位标定系统中水下基准(模拟目标声信号)位置的测量精度直接影响到对水声定位系统定位误差的考核。本文介绍了在对模拟目标声源进行定位时的回波信号测量处理,同时对不同频率下的定位精度进行仿真,证实了信号处理的准确性,为工程应用提供理论参考。

基于激光雷达回波信号的雾天船舶航线快速辨识

激光雷达所处环境噪声较大,船舶航线辨识困难,为解决该问题,提出基于激光雷达回波信号的雾天船舶航线快速辨识方法。采用信号累积增强算法增强雾天激光雷达回波信号,利用改进经验模态分解算法去噪处理增强后的回波信号,结合回波信号通过最小类内方差获取得到船舶航线和水面最佳分割阈值,提取船舶航线特征点。利用最小二乘法拟合法拟合船舶航线特征点,完成雾天船舶航线辨识。实验结果表明,所提方法应用后激光雷达回波信号更平滑,输出信噪比更高,均方根误差更低,船舶航线辨识准确率更理想。

垂直大气湍流影响下的天气雷达回波信号优化检测方法

垂直大气湍流导致回波信号在大气中扩散,使回波信号质量较差,极易被噪声所淹没,因此,提出垂直大气湍流影响下的天气雷达回波信号优化检测方法。通过分析垂直大气湍流对天气雷达回波信号传输特性的影响,匹配滤波优化算法,改善垂直大气湍流影响导致质量下降的回波信号,利用模糊逻辑方法提取回波特征参数并构建对应隶属函数,设定阈值,获取天气雷达回波信号检测结果。实验结果表明:该方法可有效检测不同仰角的天气雷达回波信号,回波信号波形均匀且波动幅度小,检测效果较好。

基于MI-EMD的激光引信回波信号去噪方法研究

为解决激光引信回波信号容易被噪声污染、信噪比低的问题,提出一种基于互信息经验模态分解的激光引信回波信号去噪方法。该方法融合了互信息相关性和经验模态分解自适应性的特点,对基于雷达原理建立的激光引信回波信号进行经验模态分解,通过互信息及相关阈值区分噪声模态和信号模态,提取出分解信号中的有用信号分量,并将其相关模态进行重构实现噪声的有效去除。实验结果表明:该方法处理后的信噪比提高到了18.8854 dB,均方根误差减小到2.81×10^(-6),且去噪后信号曲线的平滑度较高。该方法能有效滤除激光引信回波信号中的噪声,很好地还原激光引信回波原始信号,保证信号的完整性,为后续激光引信在噪声条件下的精确定距奠定了坚实的基础。

异步传输模式下电路探测激光回波信号增强

激光回波信号是电路探测传输的常用信号,信号强度是保障集成电路探测效果的关键,因此提出大数据异步传输模式下的电路探测激光回波信号增强方法。利用多权重混合分布模型消除激光回波信号的背景噪声;根据异步传输模式的通信方式,建立激光回波信号接收机,接收保留完整信号信元;利用整形脉冲信号处理方法完成信号累积和自适应匹配滤波,实现大数据异步传输模式下电路探测激光回波信号的增强。实验结果表明,所提方法的信号增强结果在任意波长处的能量和光谱强度均较高。

典型后门耦合目标回波信号特性分析

构建了典型后门耦合目标,从时域和频域两个维度对目标进行了回波特性仿真,发现目标的孔缝-腔体结构出现强耦合时回波频域波形可观察到幅度凹坑,且强耦合频率时的回波时域波形呈双峰状,与非强耦合回波存在明显差异。通过改变后门耦合目标尺寸和形态仿真验证了所发现的回波信号特征规律,利用发现的回波信号特征规律可从回波信号中提取出未知目标腔体后门强耦合微波参数。

基于EWT-FastICA的水下超声回波信号降噪方法研究

针对水下超声无损检测易受噪声信号干扰导致缺陷检测精度低的问题,提出基于经验小波变换(EWT)结合快速独立分量分析(FastICA)的水下超声回波信号降噪方法。首先,应用EWT算法对超声回波信号进行分解,得到不同尺度的模态分量(IMF);其次,通过模糊熵(FuzzyEn)算法计算各模态分量模糊熵值,筛选出所需要的模态分量;最后,进行FastICA运算,将筛选出的IMF重构,最终实现超声回波信号与噪声信号的盲源分离,得到纯净的超声回波信号。仿真与实例实验表明,EWT-FastICA结合的降噪方法在超声回波信号降噪处理中,改善了传统经验模态分解出现的模态混叠、端点效应,以及过包络、欠包络等现象,并且降噪处理过程更加快速、准确,可应用于类似的水下超声检测信号降噪处理。

基于激光雷达回波信号的移动机器人低分辨率视觉识别系统

通过对移动机器人低分辨率视觉识别,实现对机器人作业过程中的视觉跟踪引导和实时控制,提出基于激光雷达回波信号的移动机器人低分辨率视觉识别方法。以发射的激光雷达回波信号作为移动机器人的视觉引导信号,提取激光雷达回波信号的测距参数,通过雷达回波检测和距离参数估计实现对机器人视觉跟踪过程中的定位检测和过程引导,结合低分辨的视觉增强方法,建立信号滤波和视觉导引信息增强模型,实现视觉识别算法优化设计。设计双目相机采集模块、视觉识别模块、视觉定位模块,在集成可编程逻辑环境下实现对机器人视觉识别系统优化设计。测试表明,设计的系统能有效实现对移动机器人的回波定位检测和视觉引导跟踪识别,视差较小,跟踪精度较高。

基于HIFU回波信号和多尺度模糊熵的生物组织变性识别研究

为了解决高强度聚焦超声(HIFU)治疗中的监测问题,在无需引入其他监测源的情况下,通过研究HIFU回波基波与二次谐波的多尺度模糊熵(MFE),提出了一种生物组织变性辨析新方法。HIFU回波信号通过谱减法去噪后,利用信息散度优化的变分模态分解(KLD-VMD)提取其基波与二次谐波分量,然后结合基波与二次谐波的MFE对组织进行变性识别,并使用等错误概率(EER)评价了该方法的有效性。最后,研究还比较了KLD-VMD与VMD、经验模态分解(EMD)和固有时间尺度分解(ITD)等其他分解方法,结合MFE分析了其辨析变性组织的能力。试验结果表明:基于KLD-VMD和MFE的组织变性识别其EER达到5.1%,相较于其他方法表现出了更好的识别效果;结合基波和二次谐波的识别结果比使用单一特征参数更好。该研究为HIFU治疗提供了一种新的监测方法,具有潜在的实际应用价值。

回声测深仪回波信号异常故障分析及解决方案

通过对某新造集装箱船回声测深仪在试航测试阶段,出现回波信号接收异常的问题,导致通讯数据无法反馈至回声测深仪显示单元上的情况进行了故障分析,并制定了解决方案予以对应。有效解决了回声测深仪回波信号接收异常的问题,从而改善了回声测深仪的可靠性和稳定性,极大降低了船舶搁浅风险。

大数据异步传输环境下舰船激光网络回波信号增强处理

针对信号异步传输所导致增强效果不理想问题,提出大数据异步传输环境下舰船激光网络回波信号增强处理方法。采用信号累积增强技术将舰船激光网络范围内若干个回波信号积累在一起,形成一个高强度的回波信号,增强回波信号被采集的概率,确定激光网络正常状态下的分形盒维数与实时网络连接分形盒维数的差,若差值大于阈值即可将实时网络的回波信号定义为异常信号清除掉;针对被清除的异常数据,采用贝叶斯因子分析模型恢复缺失的回波信号,并对回波信号进行去噪处理。实验结果显示,该方法异常信号漏检率与误检率均低于2%,能够彻底抑制信号内的噪声分量,较好地进行信号恢复。

一种舰船声尾流回波信号建模方法

通过声尾流回波信号模型构建仿真数据是研究舰船尾流的重要方式。文中针对已有模型忽略单个气泡散射回波的不足,提出了一种分区域点散射模型。该模型首先依据不同舰船尺寸、航行速度和海况确定尾流几何模型,进而根据气泡尺寸分布划分尾流为不同散射区域;然后根据收发平台的波束宽度、位置和发射角度确定尾流自导系统作用范围;最后划分尾流自导系统作用范围为有限散射单元,综合考虑传播损失后根据点散射模型计算尾流散射回波信号。仿真和水箱实验结果表明,文中所提模型可用于舰船尾流仿真,并为进一步开展尾流检测和识别提供支撑。

基于分裂基FFT的S波段雷达信号处理单元设计与实现

回波信号的信息解调主要依赖于FFT完成,本文提出了一种基于分裂基FFT的FPGA实现信号处理单元方案,用于高效解调回波信号信息。在原方案中,距离维解调由DSP完成,速度维解调在PC端进行,但其采用的单核DSP无法同时处理距离维解调与数据上传,导致实时性较低。本文利用FPGA并行处理和灵活可编程的特点,将两次信号解调集成至FPGA中实现,并完成了数据处理与上传的并行设计,提高了数据处理的实时性与可靠性。其中分裂基FFT是实现上述功能的关键,本文通过设计自适应计算单元与数据流控制单元,提升了分裂基FFT的处理速度,相比传统结构,本文方案节省了5.4%以上的计算周期;相比改进后的分裂基FFT,可节省2.31%以上的计算周期。闭环测试结果表明,本文设计的集成化信号处理单元解调得到的目标点信噪比高达70 dB,能够很好地满足信号处理的要求。

基于静态峰值分布的超声波回波信号检测方法研究

超声波气体流量计在气体流量计量方面具有独特的优势而被广泛应用,然而超声波信号在管道内传播,受流速、噪声等因素的影响,超声波回波信号幅值会发生衰减,造成回波信号定位错误导致严重的计量误差。尤其在高流速情况下,使用常用的方法很难确定特征点,导致测量到错误的结果。为此,研究超声回波信号的峰值特性,提出一种基于归一化静态峰值分布的超声波回波信号的超声气体流量计数字信号处理方法。在静态条件下对超声回波信号进行归一化,提取超声波回波信号峰值分布得到静态峰值参考波。在动态条件下,判断回波信号峰值的与静态峰值参考波的对应关系,确定特征点后计算超声波传播时间。该数字信号处理方法在以MSP430微控制器为核心的数字系统中实现,并进行气体流量标定实验,可验证该方法和所开发的数字系统的有效性。

基于ICEEMDAN结合MMSVC和WT的HIFU回波信号联合去噪算法

高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound,HIFU)已广泛应用于生物医学领域,其回波信号中的噪声处理是一个非常关键的问题。为了获得更纯净、更清晰的HIFU回波信号,提出了一种基于改进的完全自适应噪声集成经验模态分解(Improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,ICEEMDAN)、最小均方方差准则(Minimum mean square variance criterion,MMSVC)和小波阈值(Wavelet threshold,WT)的联合去噪方法。ICEEMDAN将信号分解为有限个本征模态函数(Intrinsic mode functions,IMF),从而避免杂散模态,减少模态中所含的噪声。MMSVC用于识别被ICEEMDAN分解得到的所有IMF,并将这些IMF分为两部分,高频IMF部分通过WT进行去噪,之后与低频IMF分量重构得到最终去噪信号。在仿真信号的实验中,与其他方法相比,本文所描述的基于ICEEMDAN-MMSVC-WT的降噪方法最大限度地保留了有用信号,大量去除了噪声成分,因而具有更好的去噪效果和应用价值。

双基地激光测风雷达回波信号仿真研究

本文针对传统的体散射模型并未考虑大气不均匀性对信号传输的影响等问题,通过引入垂直非均匀的大气参数改进了模型,并利用其建立了体目标的双基地激光测风雷达方程,仿真了侧向散射回波信号,并与单基地雷达进行了对比分析。研究表明:水平方向上,双基地激光测风雷达的回波信号分布特征与单基地雷达差异较大,其回波信号等值线在近地面为卵形线,随着探测高度的增加,回波信号等值线逐渐变为以主、被动雷达为焦点的椭圆形,并最终趋近于圆形;垂直方向上,双基地激光测风雷达的回波信号随高度衰减剧烈,近地面的回波能量约为10^(-10) J,4 km高度的回波能量约为10^(-15) J,在中低层大气(0~10 km),回波信号中气溶胶散射占比大,在高层大气(10 km以上),分子散射占比大。

穿墙生命探测回波信号分析

穿墙生命探测(TWS)是研究障碍物后有无生命现象的一种探测技术。该文主要研究基于连续波体制的TWS探测器回波信号。推导了这种探测器的回波信号表达式,根据生命体征特点,采用简谐振动模型,利用贝塞尔函数对回波信号展开分析并进行了实验验证。实测信号和仿真信号的比较结果表明二者吻合良好。详细分析了穿墙前后TWS探测器回波变化特征,指出穿墙后信号处理的重点是对呼吸信号的检测。

基于目标电磁散射特征的雷达回波信号实时模拟系统的研制

结合SOPC(System on Programmable Chip)技术与虚拟仪器技术,采用能较真实地反映目标散射特征的三维多散射中心模型实时计算目标回波波形,实现了高分辨雷达接收系统反映目标散射特征及其动态变化的实时雷达信号回波模拟系统。重点介绍了基于目标电磁散射特征模拟的实时算法、模拟器的系统结构以及高速数模混合SOPC系统设计与实现的关键技术。SOPC系统采用V2p40,系统主频为300MHz可输出120MHz以下的中频信号。