基于孔径平滑效应的无线光通信接收孔径的设计

基于激光大气湍流传输理论,讨论了光强闪烁对无线光通信接收性能的影响。从孔径平滑效应出发,提出了一种结合信噪比、误码率、孔径平滑3方面来考虑接收孔径尺寸的设计方法。该设计方法克服了传统只考虑孔径平滑效应来设计接收孔径不准确的缺点,从而为设计接收孔径尺寸提供理论依据。用MATLAB对参考文献中的实验数据进行数值模拟,结果表明:在此实验数据下BER<10-6时,当SNR0为30 dB时,最优接收孔径为4 cm,当SMR0为35 dB时,最优接收孔径为3 cm。

B超合成接收孔径成像前端系统实现

介绍了基于合成接收孔径(syntheticreceiveaperture)的医用B超脉冲回波成像的原理,给出了波束合成器的设计和硬件实现。试验证明,合成接收孔径成像能够在保证一定帧率和不增加系统成本的前提下,提高图像的横向分辨率。

不同能见度下接收孔径对无线光通信误码率性能影响分析

在无线光通信中,能见度是影响链路性能的关键因素之一。建立了不考虑大气湍流影响下的误码率(BER)模型,在此基础上,结合实际的能见度数据,运用实验仿真的方法,研究了不同能见度条件下接收孔径对无线光通信系统误码率性能的影响。结果表明:不同能见度条件下,误码率性能随接收孔径的变化趋势存在一定的差异。随着能见度值的逐渐升高,误码率值越低,说明通信系统性能越好,接收孔径对误码率的改善效果越发明显。同时,还结合工程实践中通信系统误码率性能的要求,对不同的能见度条件下,选择合适的接收孔径尺寸也进行了详细的分析,为建立实际的无线光通信链路提供理论参考依据。

多子阵合成孔径声纳距离-多普勒成像算法

基于相位中心近似(PCA)的传统多子阵合成孔径声纳(SAS)成像方法忽略了近似误差的方位空变性,使得分布式目标的聚焦结果发生畸变。为解决这个问题,该文从收发阵元空间分置采样与相位中心近似采样的几何模型出发推导了一种考虑近似误差方位空变性的双程斜距历程,并将多子阵合成孔径声纳2维频域系统函数分解为收发分置畸变项和类收发合置项。在此基础上,采用复数相乘、插值实现收发分置畸变项的补偿,并利用距离-多普勒算法进行成像处理。相对传统方法,该文方法在整个测绘带内的近似误差更小,不会带来方位向上的位置偏移,能得到与真实目标位置一致的成像结果。

孔径接收下大气闪烁频谱的理论和实验研究

基于孔径接收下的对数振幅时间相关函数,推导了弱湍流起伏条件下大气闪烁频谱的表达式,分析了接收孔径对大气闪烁频谱的影响。通过完成水平大气传输实验,实际测量了孔径接收下的大气闪烁频谱。实验结果验证了理论计算。结果表明,孔径接收下的大气频谱分为低频段和高频段两部分,低频谱为常数,高频谱呈幂指数关系变化,且幂指数为-11/3;随着接收孔径增大,频谱在各频率点上的幅值逐渐减小,其形状保持不变。

星地下行孔径接收闪烁频谱的理论研究

基于孔径接收的对数振幅时间相关函数,结合星地激光下行链路的实际情况,推导了适用于星地下行孔径接收的闪烁频谱表达式。进而分析了孔径尺度和湍流外尺度对闪烁频谱的影响。结果表明,下行孔径接收闪烁频谱分为低频段和高频段两个区间,低频段为常数,高频段呈幂指数规律变化,且幂律的绝对值为11/3。当接收孔径增加时,频谱的幅值和宽度逐渐减小,其形状保持不变。随着等效湍流外尺度的增加,低频谱的幅值逐渐增大,高频谱保持不变。

四阶模型的多接收阵合成孔径声呐距离-多普勒成像算法

该文以多接收阵合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,SAS)中任意一个接收阵元和发射阵组成的子系统为研究对象,采用四阶泰勒多项式近似其具有双根号形式的斜距历程,利用级数反演方法和相位驻留原理推导了子系统的2维频域系统传递函数,并在此基础上提出一种适用于宽波束和长接收基阵情况下的距离-多普勒成像算法。该方法先对各子系统的回波数据进行成像处理,然后对所有的子图像进行相干叠加以获得所需的高分辨SAS复图像。通过仿真实验和实测数据的验证,证明了该方法的有效性。

一种精确的多接收阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法

针对现有多接收阵合成孔径声纳算法没有考虑或低估了"停走停"近似在宽测绘带和高平台运动速度情况下带来的图像失真的现象,本文在深入分析多接收阵系统误差产生机理的基础上,提出了一种适用于宽测绘带成像的精确多接收阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法,它舍弃了目前普遍采用的等效相位中心(DPC)近似,采用多接收子阵的精确延迟模型。算法首先对各接收子阵数据单独处理求得方位谱并进行方位向扩展,随后分别进行距离徙动校正和方位向脉压,最后将各通道的方位谱相干叠加,反傅里叶变换后得到了高分辨图像。通过点目标仿真比较,该算法在峰值旁瓣比及目标的定位等方面优于现有算法。

16km水平激光链路孔径接收条件下信号衰落规律

为了研究远距离水平激光链路接收光强起伏的统计特性,进行了16km水平激光传输实验。介绍了大气闪烁的对数正态与伽马-伽马分布模型,根据实验结果分析了孔径接收下信号衰落的统计规律。实验结果表明:伽马-伽马与对数正态分布在较大孔径接收时都能较好地分析远距离传输的光强起伏分布,而且分别是信号性能的上限与下限。采用何种模型要根据实际接收情况,较小孔径接收时,采用伽马-伽马较为准确。由于孔径平均效应和闪烁饱和效应,10-6衰落几率条件下16km激光链路孔径接收衰落阈值只有6～10dB。

基于图像的多接收元合成孔径声纳运动补偿方法

多接收元合成孔径声纳成像是当前研究的热点问题,偏航和侧摆是影响多接收元合成孔径声纳成像质量的关键因素。建立了多接收元合成孔径声纳偏航和侧摆运动误差的几何模型,提出了一种基于图像估计偏航和侧摆的新方法。该方法允许声纳系统以满足空间采样理论的最大速度运行,利用强点目标的每个脉冲回波数据的成像结果估计偏航和侧摆。计算机仿真结果表明新算法有效地估计出了偏航和侧摆,提高了成像质量,明确地确定出了目标的位置。

一种小斜视多接收阵合成孔径声呐距离多普勒成像算法

本文在'非停走停'条件下建立斜视多接收阵合成孔径声呐的几何模型和精确距离史。由于精确时延史十分复杂,无法直接用于推导成像算法,通过2次近似,得到修正斜视距离史。距离史误差的分析结果表明,修正斜视距离史能够满足窄波束小斜视的成像要求。在算法推导部分,首先通过距离空变的相位补偿因子和参考距离上的时延补偿因子,将多接收阵信号转变成了单基斜视信号,再借用斜视单基距离多普勒算法,提出小斜视角多接收阵合成孔径声呐距离多普勒算法。最后通过计算机仿真实验证明了本文方法的有效性和正确性。

上下行传输孔径接收光强起伏特性分析

为了研究地星上行和星地下行激光链路孔径内接收光强信号的典型特征,基于大气湍流理论和位相屏方法,计算了短波和中波红外激光在特定大气相干长度条件下,孔径内接收激光功率与总功率的比值及起伏情况。根据统计结果讨论了上下行大气通道传播特性的差异,结果表明相同外界条件下,直径50cm孔径内接收的下行激光信号强度大于上行激光信号强度1个数量级以上,其信号的起伏程度也低于上行激光;中等湍流下,下行激光孔径接收光强的概率分布函数服从对数正态分布,最大概率接收功率比与无湍流条件下的功率比值一致,分别为0.42%(1.315μm)和0.26%(3.8μm)。

一种多模式合成孔径雷达数字接收机

针对一种多模式极化合成孔径雷达(SAR),给出了中频数字接收机工作参数选择,混频滤波方法,实现了三种带宽信号的数字正交解调。通过分析同相、正交通道误差对正交解调性能的影响,确定了滤波器最佳设计准则。最后给出了基于FPGA的实现结构,仿真试验结果表明中频数字接收机性能比一般模拟接收机有显著提高。

孔径接收对强海洋湍流DPSK调制的水下光通信系统误码率影响研究

水下光通信( underwater wireless optical communication,UWOC )系统具有宽带宽、高保密等优点,适用于水下通信。然而,水下吸收、散射和湍流效应影响了光束传输,限制了系统在长距离方面的应用。本文探讨了差分相移键控( differential phase-shift-keying, DPSK )调制和孔径接收对在Gamma-Gamma强湍流信道中传输的UWOC系统误码率( bit error rate,BER )的影响。基于Whittaker函数,推导出了系统采用DPSK调制高斯光束在强湍流中传输的BER解析式。仿真观察了系统调制方式、孔径接收直径、传输距离以及四种海洋参数对BER性能的影响。结果表明,采用DPSK和较大尺寸的孔径直径接收可以有效地提高BER性能。同时,系统在均方温度耗散率和温度和盐度波动对海洋湍流贡献的比值较小、动力粘度较大,湍流动能耗散率较大或较小的短距离海洋湍流环境中可以获得较好的通信性能。

一种多孔径接收器的设计及其可见光通信系统

为了研究接收元件方向性和接收器对可见光通信的影响,并解决当前接收器信道增益弱的问题,设计一种基于多孔径接收器的多输入多输出室内可见光通信(visible light communication,VLC)系统。通过光发射器与接收器的关系,提出多孔径接收器,改善信道矩阵条件。该接收器包含8个接收元件,每个接收元件由一个裸片光电探测器和其上方的一个孔径组成,其目的是利用小型化的平面结构,提供较宽的视场和优秀的角度分集;基于该接收器,利用非对称截断光-正交频分复用(asymmetrically clipped optical orthogonal frequency division multiplexing,ACO-OFDM)传输消息,形成一个完整的多输入-多输出的VLC系统,实现了数据流的可靠传输。仿真实验采用4个发光二极管(light emitting diode,LED),测试数据表明,与当前优秀的接收器相比,所提设计在不同位置的误码率更低,多流干扰非常低,信道增益更大。

孔径接收下各向异性海洋湍流UWOC系统误码分析

为了研究孔径接收对各向异性海洋湍流条件下水下无线光通信(UWOC)系统误比特率的影响,系统采用高斯光束传输,接收端通过孔径接收,在脉冲位置调制方式下通过各向异性海洋湍流信道。引入各向异性海洋湍流结构常数,通过对闪烁的形成原理和各向异性海洋湍流条件下闪烁系数的分析,数值模拟得到了在不同接收孔径和各向异性因子下,海洋湍流参量、传输距离、雪崩光电二极管(APD)平均增益和调制阶数对系统误比特率的影响。结果表明,相同各向异性因子和海洋湍流参量下,大孔径接收能有效提升系统误比特率性能;相同孔径直径和海洋湍流参量下,各向异性因子越大,系统通信性能越好;均方温度耗散率、温度和盐度对海洋功率谱变化贡献的比值较小,湍流动能耗散率、动力粘度较大以及传输距离越短,系统误码性能越好;APD增益为100或150时,系统通信性能最佳;调制阶数M=8时,系统通信性能最佳,M>64时,系统误比特率变化程度几乎饱和。该研究为UWOC系统平台搭建和性能估计提供了参考。

宽测绘带多阵合成孔径声纳成像的仿真研究

针对现有多接收阵合成孔径声纳算法没有考虑或低估了"停-走-停"近似在宽测绘带和高平台运动速度情况下带来的图像失真,本文在深入分析多接收阵系统误差的基础上,以距离多普勒算法为例,提出了一种有效的多接收阵合成孔径声纳成像处理方法。它舍弃了费涅耳近似,较为精确的补偿了停走停近似引入的误差,因而适用于低频宽波束宽测绘带成像。仿真证明了方法的有效性。

基于图像和回波数据的多接收元SAS运动补偿方法

多接收元合成孔径声纳(SAS)可以提高声纳的测绘率,侧摆和偏航是影响多接收元SAS成像质量的关键因素。在深入研究收发合置SAS的基于回波数据估计运动误差算法的基础上,提出了一种估计多接收元SAS运动误差的方法。该算法允许声纳以满足空间采样理论的最大速度运行,利用每个脉冲回波数据的成像估计偏航,然后利用相邻脉冲回波数据的相关性估计侧摆。提出了一种既减少计算量又精确估计时延的方法。仿真结果表明新算法有效地估计出了侧摆和偏航,提高了成像质量。

基于图像相关性估计多接收元SAS运动误差的新方法

给出了一种基于图像相关性估计多接收元合成孔径声纳(SAS)偏航和侧摆的新方法。该方法适用于均匀目标场景,允许声纳系统以满足空间采样理论的最大速度运行。先利用计算效率高的成像算法分别对相邻两脉冲回波数据进行成像,然后将直角坐标系中的成像转换到极坐标系中通过图像相关性估计偏航,在补偿偏航的基础上估计侧摆。针对实际中处理的成像结果是离散数据,给出了将直角坐标系中的成像转换到极坐标系中成像的方法。该方法分析了极坐标系中的成像分辨率,并且依据相邻两脉冲的成像范围来确定极坐标的范围,有效地减少了计算量。计算机仿真结果表明新方法有效地估计出了偏航和侧摆,提高了成像质量。

雷达接收系统目标信号实时校正仿真研究

合成孔径雷达(SAR)接收系统由于电路结构和器件的非理想性无法避免地存在误差,这些误差会在一定程度上影响目标信号的幅度和相位,从而影响雷达成像性能。由于系统传递函数的随机性和非共铌对称性,传统设计方法以及实系数FIR滤波器都不能满足要求。BP神经网络具备逼近任意非线性函数的能力,可利用其根据系统传递函数设计出相应的复系数滤波器。基于此,提出了将滤波器设计问题转化为实权值神经网络的训练问题,在实数域对误差函数的实部和虚部分别进行最小化的设计方法。结果显示,经过校正后的目标信号的评价指标和脉压波形均接近理想信号。最后结合实测数据验证了该方法能完成任意雷达接收系统的误差校正,是一种有效的设计方法。