影响相干检测灵敏度的因素

【目的】相干光通信是一种高速、高质量和高保密的通信方式,而相干检测在相干光通信中有着极其重要的作用。高灵敏度的相干检测系统可以大幅提升相干光通信的距离,通过研究影响相干检测灵敏度的因素可以针对性地做出校正,从而提高检测的灵敏度。【方法】文章简要阐述了相干检测的原理,总结了该领域的国内外研究进展,分析了无线光相干检测系统产生的热噪声、散粒噪声、波前畸变、偏振失配角、光斑尺寸偏差和光轴偏转、耦合效率、探测器的性能和前置光放大器等方面对相干检测灵敏度的影响。【结果】结果表明,系统的热噪声和散粒噪声对检测灵敏度的影响可以通过控制本振光功率使其达到最小;信号光的波前畸变可以通过增加自适应校正系统来抑制;信号光与本振光的偏振失配角可以采用偏振控制补偿装置来补偿;光斑尺寸偏差和光轴偏转需要提高硬件的加工水平来减小这种误差;使用新型的探测器可以在一定程度上提升探测器的性能;前置光放大器能够对微弱的信号光进行放大,对提升检测灵敏度十分重要。【结论】文章分析了影响无线光相干检测灵敏度的因素,总结了近年来国内外学者提高检测灵敏度的方法,为实际应用中检测系统灵敏度的提升提供了理论参考,对相干光通信系统性能的提升有着重要的意义。

顾及相干性与空间分布特征的SAR图像海上风电平台检测方法

针对现有风电平台检测方法依赖长时间序列影像的问题,设计了一种顾及相干性与空间分布特征的SAR图像海上风电平台检测方法。该方法充分考虑风电平台呈规则矩阵型、梅花型的空间分布特征与高相干性,利用自适应参数的DBSCAN算法对相干系数图中高相干像素进行聚类,通过将聚类结果的最小外接矩形作为风电场边界来排除船舶干扰,再采用NCC算法将风电平台模板与风电场SAR正射影像进行匹配,实现风电平台的检测。采用覆盖中国南海、欧洲北海两个试验区的Sentinel-1A影像进行了实验,验证了本文方法的有效性。

基于四焦距相位相干机器视觉的晶体微缺陷检测

针对目前在晶体内部微缺陷研究上的检测精度较低、检测尺度不足的问题,提出了一种基于四焦距相位相干机器视觉的晶体内部微缺陷检测法,并建立了相应的检测系统。本方法通过四焦距相位相干光路,将晶体内部缺陷的相位信息转化为灰度信息,形成晶体内部缺陷特征图像。利用机器视觉算法,提取缺陷特征图像中的相位信息丢失点,并通过滤波算法对这些点进行恢复。然后通过特征提取、灰度分析算法,对缺陷特征图像进行处理分析,最后得出晶体内部缺陷的厚度,完成对晶体内部微缺陷的检测。实验结果表明,利用该方法对有机玻璃表面中心镀60 nm的二氧化硅膜的模拟相位缺陷进行检测,相对误差为1.83%,检测分辨率达到纳米量级。相对于动态泰曼干涉仪检测的2.4%的相对误差以及激光聚焦线扫描法的40μm检测分辨率,有着较大的提升,也证明所提出的方法能够有效运用于晶体内部的微缺陷的检测。

基于相干检测技术的光时域反射仪硬件优化研究

光时域反射仪(OTDR)是诊断光纤故障点的主要仪器。但在OTDR检测过程中,需要暂停光通信网络中正常的通信业务。通信信号光时域反射系统利用光网络中的通信信号检测故障点,改进了传统OTDR的缺陷。在实验测量中发现,后向瑞利散射和菲涅尔反射的回波信号功率很小。若功率太小,示波器便很难采集到有用的回波信号,将影响对光纤故障点的判断。提出利用相干检测技术增大回波信号功率,结合通信信号相关探测法来检测光纤链路故障点的方案,以达到边通信边检测的目的。仿真结果表明,相干增强后的回波信号功率增大了10倍,可以实现故障点的检测,且检测过程不影响正常通信业务。

短报文的高效编码与MSK非相干检测技术研究

咬尾卷积码采用咬尾方式消除尾零占据的开销,极大地提高短报文的传输效率,在短报文传输上具有重要的应用价值。论文将咬尾卷积码与最小频移键控结合,设计了TBCC-MSK级联实现方案。为了避免相位估计开销,采用最大似然非相干检测的方式,分别从有编码和无编码的角度,仿真分析不同参数下编码系统的性能,并与相干检测进行比较。结果表明,在无编码时,MLNCD算法可以逼近理想相干解调性能,有编码时,MLNCD算法可以充分发挥TBCC编码性能。

基于不同宽带非相干光源的甲烷浓度测量研究

目的:研究非相干宽带腔增强吸收光谱(IBBCEAS)技术中所应用的不同类型宽带光源的性能差异对系统输出信号的影响。方法:搭建了直径2.54 cm,长30 cm的气池,通入体积分数为99.99%的甲烷气体,分别采用非相干宽带卤素光源和超连续谱光源入射气池,通过光纤准直器耦合出射光进入近红外多模光纤,光纤接入近红外光谱仪测量吸收光谱。结果:两种光源的光学密度谱线对比显示超连续谱光源的光学噪声远大于卤素光源,其主要原因为超连续谱光源内部温度控制欠稳定导致输出功率在频域上出现较大波动造成的基线偏移。结论:相较于卤素光源,超连续谱光源具有光功率高,空间相干性好等诸多优点,但由于温度控制原因所导致的光功率输出不够稳定,导致该光源在IBBCEAS系统中的应用受到一定限制。

物理层网络编码中连续相位调制信号的非相干多符号检测

基于连续相位调制(CPM)的物理层网络编码(PNC)由于其高效的吞吐率和频谱利用率特性引起了越来越多的关注。现有关于CPM-PNC检测的研究大多建立在到达中继端的两节点信号载波相位完全同步或相位差已知的基础上。实际应用中,这一载波相位差不可避免,也很难准确估计。针对这一问题,该文提出一种中继端存在未知载波相位差条件下的CPM-PNC非相干多符号检测算法。该算法根据最大似然检测原理,通过观察多个码元来实现中间码元的检测,充分利用了CPM信号的相位记忆特性。仿真结果表明,该文所提出的CPM-PNC非相干多符号检测算法性能优越。而且随着观察窗口长度的增大,其性能显著提高并逐渐趋近最优相干检测性能。在误码率(BER)为410-时,相比于非相干单符号检测,观察窗口长度为5个码元时的CPM-PNC非相干多符号检测有6.7d B的性能增益。

连续相位调制的非相干减少状态差分序列检测算法

该文提出了连续相位调制的一种非相干减少状态的差分序列检测(RSDSD)算法。该算法基于减少状态序列检测(RSSD)的思想,利用简化状态格状图进行一码元差分Viterbi检测。分析了全响应连续相位调制(CPM)信号和部分响应CPM信号简化状态格状图的最小平方欧氏距离。在AWGN信道下以八进制h=1/8的2RC信号为例给出RSSD和RSDSD算法的性能。对不同的简化方案以及存在多普勒频移时相干RSSD和非卡甘干RSDSD的性能进行了比较。仿真结果表明:所提出的算法比相干最大似然序列检测在10-3误比特率时信噪比损失约为2dB,但它对于载波恢复困难的情形更为合适和稳健。

相参雷达K分布海杂波背景下非相干积累恒虚警检测方法

相参雷达系统下的非相干积累检测方法,可以提高雷达的目标检测速度,达到实时处理的要求。然而,相参雷达系统下的非相干积累检测方法对参考单元数、脉冲积累数、杂波散斑协方差矩阵以及海杂波模型的形状参数均是非恒虚警(CFAR)的。该文基于块白化的海杂波预白化方法,提出预白化单元平均恒虚警(PWCACFAR)检测方法和预白化单元中值恒虚警(PWCM-CFAR)检测方法,并使用了匹配于参考单元数、脉冲积累数、形状参数的自适应门限,确保提出检测方法的恒虚警特性。实验结果表明,当存在异常单元时,PWCMCFAR检测方法的检测性能优于PWCA-CFAR检测方法。

基于判决反馈的CPFSK信号非相干多符号检测算法

针对传统多符号检测算法存在的计算复杂度高、工程实现难度大等问题,提出了基于判决反馈思想的改进算法。该算法利用已判决的码元信息,对观测长度内所有可能发送波形进行筛选,从而减少码元判决时所需的相关器数量,降低算法的检测复杂性。在低信噪比和高信噪比2种情况下推导出改进算法误码性能的联合上边界,并基于网格最小欧氏距离求得其性能下边界,明确界定了改进算法的误码性能。理论分析和仿真结果都表明,与传统算法相比,在不损失检测性能的前提下,改进算法的复杂度随着反馈码元个数的增加呈负指数幂减少。

基于监督非相干字典学习的极化SAR图像舰船目标检测

提出了一种结构化非相干字典学习算法(Structured incoherent dictionary learning,SIDL),并将该方法应用于极化SAR(Polarimetric synthetic aperture radar,Po LSAR)图像舰船目标检测.在字典学习阶段,构建了一个新的目标函数,为了降低子字典对交叉样本的稀疏表示能力,将子字典对交叉样本的重构能量约束及子字典互相干性约束加入到字典学习目标函数中.通过这两个约束,降低了子字典对交叉样本的表示能力,目标和杂波的极化特征矢量在学习获得的字典下具有良好的区分特性.该方法不依赖于目标后向散射能量,只利用学习获得的极化字典,根据测试样本在极化字典下的稀疏表示进行目标的检测.实验采用RADARSAT-2数据进行了验证,对比实验结果表明,本文提出的方法可以更好地抑制杂波,对弱小目标实现检测,获得了更好的检测效果.

基于多符号分组的CPM软输出非相干检测算法

提出了一种CPM非相干检测算法,以连续多个符号为观测窗计算码字先验概率,以此完成CPM软解调计算操作,算法性能随着观测符号长度增加而提高。给出了非相干接收机结构,利用Walsh基函数扩展方法减少匹配接收计算量。仿真研究了不同CPM调制参数下卷积编码CPM系统非相干检测性能,结果表明,提出的非相干检测算法具有很好的顽健性,对于2CPM、4CPM串行级联编码调制,当观测长度为4个符号时,系统性能较单符号非相干检测算法有近6dB增益。

应用概率统计方法对混沌信号进行非相干检测

提出一种基于概率统计的方法,采用最大似然法和贝叶斯公式,在ChaosShiftKeying系统的接收端重构发射端混沌映射,实现混沌信号的非相干检测.在系统的发送端,根据所发送的二进制信号对混沌映射系统进行分叉参数调制,由于混沌信号对参数条件的敏感性,所以在不同的参数条件下混沌信号有很大不同,在接收端采用概率统计方法,对信号发生的概率进行计算,根据事件发生概率的不同判断接收到的数字信号.理论推导和计算机仿真结果基本一致.

CCSDS航天测控信号的简化非相干检测算法

针对航天测控系统中CCSDS推荐的连续相位调制(Continuous phase modulation,CPM)信号载波相位难以恢复的问题,文中提出了一种简化非相干检测算法。首先依据最大似然比准则,推导出信号的最优非相干检测算法,然后将基于Laurent分解的CPM信号的线性模型引入,简化非相干接收机结构。同时考虑到信号相位间的连续性,每次分支度量通过处理多个符号时间的接收信号来提高检测性能。简化的接收机由几个前端滤波器和紧随其后的维特比运算部件构成,文中最后给出了L=4的高斯最小频移键控(Guassian minimum shift keying,GMSK)信号的接收性能,结果表明在误码率同为1×10-4的条件下,观察窗口为8个码元长度时,简化非相干检测比起最优相干检测算法只有1.2 dB的性能损失。

采用粒子滤波的非相干积累检测方法

本文提出一种新的基于粒子滤波的检测前跟踪算法,即基于粒子滤波的非相干积累检测方法,以实现对微弱目标的有效检测。该方法通过粒子滤波的重采样过程搜寻可能的目标轨迹,沿可能的目标轨迹累积观测数据的绝对值,当最大的累积绝对值超过给定门限时认为目标存在,同时输出最大累积对应的状态序列作为状态估计结果。该方法具有较好的检测性能,且其检测性能可通过极值统计理论分析。相对于其他基于粒子滤波的检测前跟踪算法,本文提出方法的检测统计量服从广义极值分布,因此可获得检测概率、虚警概率以及门限的解析表达式,可有效减少检测门限估计时的运算量。基于天波超视距雷达目标检测及状态估计的仿真证明了该方法性能和效率。

基于信道冲激响应不敏感特征的分子通信非相干信号检测

为解决分子通信中由分子扩散带来的码间干扰(ISI)和背景噪声这2个严峻的挑战,采用4种能抵抗ISI的信号特征表示接收信号的瞬态特性,提出了可靠的不依赖于信道冲激响应(CIR)的非相干分子信号检测算法,并设计了自适应阈值计算方法,且给出了误比特率(BER)理论值。仿真结果显示,在同等计算复杂度下所提方案BER比传统方案BER低,因此在计算能力受限的纳米级分子通信系统中具有广泛的应用前景。

一种基于无先导卡尔曼滤波的混沌相移键控通信系统的非相干检测方法

基于UKF算法,该文提出一种CSK通信系统的非相干检测方法。第一个发送符号作为训练符号,接收端根据第一个发送周期内的接收信号,应用UKF算法估计载波信号;然后将估计的载波信号和后续接收信号相乘,解调后续发送符号。与相干检测方法相比,这种方法不需要混沌同步。仿真结果表明,与已有的非相干检测方法相比,这种方法具有较好的误码性能,甚至比FM-DCSK通信系统的误码性能更好。

基于相干检测解轨迹跟踪的非线性电路故障诊断

通过调幅激励下非线性电路响应随调幅信号变化关系(解轨迹)的跟踪,提出一种基于相干检测解轨迹跟踪的非线性电路故障诊断方法。利用解轨迹与Volterra响应间的故障信息等价性,将非线性故障诊断问题变换到线性子电路上分析;由解轨迹与凋幅信号间的相干性,通过相位驻留法提取动态电路的静态特征,并建立统一的故障诊断方程。最后通过实例仿真说明该方法的有效性。

Multi-h CPM的低复杂度非相干检测

针对多指数连续相位调制(Multi-h CPM)载波相位恢复困难且实现复杂度高的难题,提出了一种基于PAM分解的Multi-h CPM信号的低复杂度非相干序列检测算法。利用PAM分解的近似形式,结合逐幸存处理技术,减少了匹配滤波器数和网格状态数同时引入的参考相位信号,实现了具有残留载波频偏和载波相位校正的非相干序列检测;通过计算和搜索接收信号所有可能调制指数序列所对应的分支度量信息,实现了调制指数的估计与同步。仿真结果表明,该算法的性能优于传统的单符号差分非相干检测,实现复杂度相对较低,当存在残留载波频偏时,检测性能也够保持稳健。

一种基于逆向迭代的非相干检测的混沌数字通信方案

利用Logistic映射在混沌区域内的前向时间迭代内扩张,在逆向时间迭代内收缩这一特点,结合最小误差原则,提出了一种基于逆向迭代的非相干检测的混沌数字通信方案并进行了仿真。对基于3种不同形式的Logistic映射系统的仿真表明,即使在较低信噪比的情况下,系统的误码性能仍较好。此外,在参数误配不大的情况下,该方法依然有效。