数据驱动的RF信号深度调制识别方法

基于卷积结构的信号调制识别神经网络的识别性能受信号调制类型种类限制。例如,在12 d B信噪比条件下,同时对24种信号调制类型进行识别,其识别准确率仅为80%。若需要进一步提高识别性能,则要求更复杂的网络模型,导致网络训练所需数据集规模和硬件资源成本增大。鉴于此,针对无线电信号特征,设计一种适用于无线电信号调制识别的紧致残差神经网络,将其作为信号调制类型特征学习和特征提取工具,实现从原始I、Q数据到信号调制类型的端到端识别。利用迁移学习降低网络重新训练所需样本数,增强在无线信道响应发生变化时的环境适应能力,降低训练阶段所需的硬件资源和训练数据集规模。研究表明,当信道脉冲响应改变时,所提的信号调制识别神经网络在信噪比为12 d B条件下的识别性能达到95%,多个对比实验验证本文所设计神经网络的识别性能具有优势。

机场终端区RF信号深度调制识别方法

论文构建了24种不同信号调制类型的数据集,并提出一款端到端的信号调制识别神经网络。研究了网络卷积层数、卷积核以及训练数据集大小对信号调制识别性能的影响。所提方法避免了基于特征提取的信号调制识别方法中所需的特征选择、信号同步、载波跟踪、信噪比估计等繁杂的处理流程。最后,引入迁移学习技术解决因信道环境变化导致网络识别性能下降的问题,提升了所提网络的环境适应能力。实验结果表明当信道环境发生变化时,通过迁移学习,仅利用不到总样本数的40%作为训练样本即可实现与全部数据集相近的识别性能,并且网络训练时长同比降至总训练样本所需训练时长的1/3。

相敏检测调制深度对受激拉曼信号强度及信噪比影响研究

受激拉曼散射是相干拉曼散射中的一种,其产生的信号在三阶非线性效应下得到了显著地增强,且没有非共振背景的干扰,光谱与自发拉曼光谱几乎完全一致。因此,基于受激拉曼散射的显微成像技术具有无标记、高特异性、非侵入等优点,已成功运用在生物细胞成像中并取得了许多重大的成就。受激拉曼信号与激发光的波长相同,易受到激发光背景噪声的干扰,为解决该难题,常采用光学调制与相敏检测相结合的方法对其进行检测。检测过程中,调制深度对受激拉曼信号强度和信噪比有重要影响。针对此,基于相关理论深入分析了调制深度对受激拉曼信号强度及信噪比的影响。同时考虑到在生物光谱成像等应用中,细胞光损伤阈值对两束激发光功率之和的限制,分析了不同调制深度下,获取最大信号强度及最佳信噪比的激发光功率配置方法。通过搭建受激拉曼实验系统,以二甲基亚砜为研究对象,进行实验验证。研究结果表明,在光损伤阈值的限制条件下进行受激拉曼损耗检测时,同一调制深度下,当泵浦光与斯托克斯光光功率比为1:1时信号强度达到最强,比值为1∶2时信号的信噪比达到最佳。在泵浦光与斯托克斯光光功率比相同的条件下,受激拉曼信号强度和信噪比均随调制深度的降低而降低且近似呈线性相关。实验得到的二甲基亚砜受激拉曼光谱图也验证了在实际样品的光谱检测中,调制深度越高得到的光谱信号越强,信噪比越佳,整体的光谱质量也越好。该研究结果是对受激拉曼显微技术在信号调制与检测方面的完善,可为受激拉曼光谱检测和细胞成像实验做出参考性指导。

深度调制下VCSELs典型结构参数的研究

通过构建垂直腔表面发射半导体激光器(VCSELs)的动态仿真模型,研究了有源层孔径和厚度对VCSELs大信号深度调制特性的影响。仿真结果表明,在大信号调制下,较小的有源层孔径和厚度对系统的非线性效应显现出更好的抑制能力,而且具有更高的调制带宽;合理地控制有源层孔径和厚度可以抑制系统的非线性行为,提高调制带宽。

星载光纤陀螺的最优调制深度

为了选取合适的调制深度以提高星载光纤陀螺在空间辐射环境下的工作性能,通过对闭环光纤陀螺输出信号的信噪比分析建立了光纤陀螺随机游走系数与调制深度的关系的模型。根据该模型对光纤辐射致衰减、光纤长度、光源光功率对最优调制深度的影响进行了仿真研究。结果表明:光纤辐射致衰减越小、光源光功率越大,则光纤陀螺的最优调制深度越大,且相应的随机游走系数越小。增加光纤长度将降低光纤陀螺的最优调制深度,当光纤衰减较大且光纤较长时,过调制技术可能会使光纤陀螺性能恶化。因此,在星载光纤陀螺的设计过程中应根据实际情况对调制深度进行优化,以保证陀螺获得最优的工作性能。理论分析和仿真结果为星载光纤陀螺最优调制深度的选取提供了依据。

消除调制深度影响的相位生成载波解调方法

针对相位生成载波解调算法严重依赖于调制深度,解调准确性和稳定性不高的问题,在传统PGC-Arctan算法框架中引入微分自相除运算环节,消除两路混频信号中调制深度的影响,再将两路信号进行相除得到包含相位信息正切平方项的信号,最后通过开方和反正切运算实现振动信号的解调。对不同调制深度和不同信噪比的信号解调仿真结果表明,该算法能够消除调制深度的不利影响,相比于其他常见的算法具有更好的解调效果。搭建实验平台进一步对仿真结果进行验证,实验数据表明,在不同的调制深度下,该算法的幅值误差最小为0.105%,总谐波失真最小为0.068%。此外,算法动态范围最高可达62.5 dB。综合分析结果验证了该算法能够有效地抑制调制深度影响,体现了其良好的稳定性和抗噪性,在高性能光纤振动传感系统中具有良好的应用前景。

折射率调制深度误差对多模啁啾光纤光栅光谱特性的影响

目的对高斯切趾的多模啁啾光纤光栅存在折射率调制深度误差(包括横向误差和纵向随机切趾误差)时的光谱特性进行数值计算和分析。方法基于光栅中多模耦合的耦合模微分方程,将一种矩阵算法拓展用于求解多模耦合模微分方程。结果与理想无误差情况相比,折射率调制深度的横向误差使光谱反射峰宽度和峰值反射率减小,反射峰的位置向短波长方向偏移。折射率调制深度的随机切趾误差只有在幅度较大时才会使光谱反射峰产生明显分裂,频率较高的随机切趾误差几乎不改变多模光栅的光谱。结论这种矩阵方法在多模光纤光栅的光谱特性模拟分析中有较好效果,所得研究结果对多模光纤光栅的设计和制作有实际意义。

聚合物全光开关调制深度的改进

提出一种新的方法组成有机聚合物全光开关,由偏振方向相互垂直的两束线偏振光作为激发光(532nm,CW)交替激发甲基红(Methyl Red)掺杂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物薄膜样品(掺杂浓度6%),实验研究了薄膜样品的全光开关效应,并测量了采用单一的线偏振光激发下样品的全光开关特性.在室温(25℃)和200Hz的调制频率下分别用2种不同的激发光激发薄膜样品,即单一的线偏振光(8 mW)和偏振方向相互垂直的两束线偏振光交替激发(8 mW和7.8mW),相应的开关调制深度分别为22.3%和98%.实验结果表明,采用偏振方向互相垂直的两束偏振光交替激发方式可显著提高偶氮掺杂聚合物全光开关的调制深度.

光栅调制深度和深度误差对衍射效率影响的理论分析

本文通过对三种典型衍射光栅的透过率函数进行傅里叶级数展开 ,系统地计算并分析了其衍射 效率 ,并得到了衍射效率的光谱响应和制作误差容限 。

TDLAS波长调制法中调制深度与高次谐波中心幅值关系的研究

可调谐半导体激光光谱技术(TDLAS)是近年来发展十分迅速的光谱检测技术,相较于其他光谱检测技术,它具有高灵敏度、高分辨率、实时监测、便携性好、小型化等优点,在工业环保、医疗检测、气象监测等领域得到了广泛的应用。TDLAS波长调制法中谐波信号易受气压影响,经研究发现气压的影响是调制深度对谐波信号的影响,基于TDLAS技术谐波法的原理,研究了各次谐波与调制深度的关系,通过计算四次谐波与二次谐波中心幅值比,利用调制深度函数推算当前气压环境的调制深度,调整调制频率幅度,使得调制深度接近各次谐波最佳调制深度值,使谐波信号信噪比最佳,提高检测精度。实验通过国瑞智GRZ5031湿度发生器产生固定为1000 ppm的水汽,调节气阀控制密封箱内不同的气压环境,采用TDLAS水汽检测系统获得了10.2~177.9 kPa气压条件下的二次谐波和四次谐波信号,并进行了仿真与实验分析。仿真结果显示:四次谐波与二次谐波中心幅值比的理论值和仿真值最大相对误差为-1.44%,调制深度的理论值与仿真值最大相对误差为1.78%,说明了仿真下的调制深度函数曲线与理论一致。实验结果显示:根据调制深度函数推算调制深度值,当m=2.2267时,实测的二次谐波中心频率幅值达到最大值,当m=4.0610时,实测的四次谐波中心频率幅值达到最大值,与理论结果一致;在30.2 kPa<p<177.9 kPa时,调制深度与气压乘积mp值相对误差较小,最大相对误差不超过±3.2%,说明了此气压条件下的mp值波动不大,通过调制深度函数推算的调制深度值与实际值近似,验证了调制深度函数理论的准确性。

MBE法制备VO_2薄膜及其中红外调制深度测量

为了给VO_2薄膜在定向红外对抗系统防护方面的应用提供理论依据,我们用透过率调制深度表征VO_2薄膜在中红外波段的相变特性。本实验利用分子束外延法(MBE)制备VO_2外延单晶薄膜,经XRD、AFM表征,发现其具有(020)择优取向、纯度较高,薄膜表面平整、均匀且致密。经VU-Vis-IR测量发现其近红外透过率相变特性显著,但在紫外和可见光范围内透过率相变特性较不明显。然后我们对制备时间为30 min、40min的两组薄膜分别进行25~70℃的升温和降温实验,观察其对波长为3 459 nm、脉宽50 ns、重频50 k Hz、功率密度0.14 W/cm2的中红外激光的透过率变化,并比较两组薄膜的温滞曲线特性。实验发现它们对中红外透过率的调制深度均可达60%以上,前者比后者对中红外的调制深度高出约4%。这说明利用分子束外延法制备的VO_2单晶薄膜具有良好的中红外调制特性,且调制深度和膜厚有关。进一步表明了利用VO_2薄膜实现中红外激光防护具有一定的可行性。

消除光强扰动和调制深度影响的相位解调算法

为了消除光强扰动和相位调制深度对相位生成载波(PGC)解调的影响,提出一种基于混频滤波、相除和差分的相位解调算法——PGC解调改进算法。该算法通过滤波和微分两两相除以及差分、积分运算,使得解调信号不含任何变量。对PGC解调改进算法进行了理论分析和推导,利用Labview平台构建仿真模型,验证了该算法相对于传统解调算法的优势,搭建了基于迈克尔逊干涉的解调系统并进行实验验证。实验结果表明:在不同的相位调制深度情况下,PGC解调改进算法解调出的待测信号不会产生谐波失真;在不同光强的情况下,解调出的信号幅度保持一致。

基于SRR的超材料太赫兹调制器结构设计与调制深度仿真

电磁超材料可用于构建具有控制太赫兹辐射通断功能的太赫兹强度调制器。利用COMSOL仿真软件,通过模拟仿真,研究了基于开口谐振环(SRR)"工字型"超材料太赫兹调制器关键功能结构对器件透射光谱的影响规律,并以此完成了高调制深度器件的结构优化设计。仿真结果表明:优化后器件调制深度达到了74%。

短相干半导体激光器的射频调制特性及应用

短相干激光光源在进行高精度的干涉测量时,可以消除被测光学元件前后表面反射形成的杂散光,是低相干干涉仪的理想光源。针对低相干干涉应用对光源的需求,依据速率方程和激光调制特性对射频调制下的短相干半导体激光器光谱特性进行了理论研究。搭建了短相干光源系统,研究了半导体激光器斜率效率η、偏置电流Ib、射频信号频率fm和幅度Am对其相干长度的影响。实验结果表明,斜率效率大的半导体激光器更有助于短相干特性的实现,随着调制信号频率和幅值增加,工作在阈值附近的激光器相干长度随之降低,该系统在I_(b)=1.3I_(th)、f_(m)=950 MHz、A_(m)=19 dBm的条件下获得了相干长度为90μm的短相干光源。并成功应用于斐索干涉仪上,获得了对比度K=0.9318的清晰干涉图像,与现有短相干光源相比,对比度提高了约51.1%,实现了对平行平板玻璃面形的测量。

正弦波调制FOCT调制回路故障对探测器输出特性影响

为探究全光纤电流互感器(fiber optical current transformer,FOCT)调制回路故障对探测器输出信号影响,便于故障预测与故障诊断,文中首先建立包含光电回路相位延迟的正弦波调制FOCT输出信号数学模型,给出调制深度与驱动电压、二次谐波、四次谐波的数学关系式,分析定目标值调制器闭环调制、解调的基本方法。在此基础上通过建立数学模型分析调制深度对探测器输出光强峰值、平均光强、二次谐波、四次谐波的影响。据此提出发生调制回路故障时调制深度降低是导致探测器输出信号异常的关键因素,探测器输出平均光强增大、四次谐波降低、二次/四次谐波比值增加应作为调制回路故障的典型特征。最后开展实际FOCT模拟试验证明理论研究的有效性。

利用脉冲调制测量LiNiO_3波导电光强度调制器的调制深度

获取高峰峰值的激光脉冲是激光致声的关键,而提高系统中Li Ni O3波导电光强度调制器的调制深度可提高峰峰值。文章在阐述了Li Ni O3电光强度调制器的原理后,对其调制深度进行了研究。提出了利用脉冲调制测量调制深度的方法:拟合脉冲调制电压高电平对应的输出光功率与加载的调制电压的函数关系,通过测量输出光功率,可得到调制深度;并搭建了实验系统,测量了电光调制器的调制深度。结果表明,利用脉冲调制能够测量Li Ni O3波导电光强度调制器的调制深度,提出的提高调制深度的方法为激光致声研究中高峰峰值激光脉冲的获取提供了解决方案。

沿光轴通光的LiNbO_3的横向电光调制特性

为了克服现有电光器件的缺陷,选取晶体生长工艺成熟、价格低廉、折射率及电光系数较大的LiNbO3作为电光晶体材料,研究了沿其光轴方向通光的横向电光效应。加工制作了x切、(xzl)45°切和y切3种不同切型的横向电光调制器,并对他们的调制性能做了实验分析。研究结果表明,沿LiNbO3光轴方向通光的横向电光调制有相同的电光参量,折射率感应主轴的位置与电场方向有关;3种不同切型的横向体电光调制器的零场泄露均很小,静态消光比均优于1 000∶1,半波电压实测值与理论值的相对误差不超过1.7%;相同调制电压下,它们的调制深度相同,且调制性能稳定。该项研究可为该类电光调制器件的设计和应用提供参考,拓展它们在光通信和光学测量领域的应用。

大口径光学元件波前调制PSD模拟分析(英文)

使用PSD作为大口径光学元件表面加工质量的评价参数,针对不同的波前调制进行了初步的模拟计算,得到了不同调制频率和不同调制深度情况下的PSD曲线变化情况。当调制频率不同时,PSD曲线的突变部分会发生相应的频移,调制频率高则突变发生在空间频率较高的频段,同时PSD峰值不变。相对应调制深度不同时,PSD曲线的突变部份峰值发生变化,调制深度大则峰值大,与此同时峰值出现的位置不会发生变化。计算和分析结果表明PSD分析结果能够在频率域反应出元件表面受到的不同程度的调制信息。

激光频率调制线型分析

在激光频率调制的理论分析中 ,一般采用正弦波调制、正弦波解调 ,而没有讨论调制和解调的其它情况。本文主要分析了Guass线型吸收的情况下 ,锯齿波调制、方波解调的一次、二次谐波相检结果和三角波调制、方波解调的一次、二次谐波相检结果 ,以及调制深度对信号谱形和信号强度的影响。我们发现 ,在锯齿波调制、方波解调情况下 ,一次、二次谐波谱形与正弦波调制情况区别很大 ;但在三角波调制、方波解调情况下 ,可以获得和正弦波调制、正弦波解调情况相似的结论。另外 ,不同的调制深度对输出的调制谱形也有重要的影响。我们还用甲烷的可调谐红外激光调制吸收光谱实验验证了理论分析结果。最终得到结论 :频率调制谱的信号谱形及信号强度与调制波形。