基于空时离散傅里叶变换投影的宽带旋转不变技术估计信号参数算法

利用采样频率和频域数据的关系,对空时离散傅里叶变换(DFT)投影方法进行改进,并且讨论分析了采样频率对其解相干性能的影响,然后将窄带旋转不变技术估计信号参数(ESPRIT)类算法应用到宽带相干源方位估计中,提出一种基于空时DFT投影的宽带ESPRIT算法。仿真结果表明,适当地增加采样频率可以改善空时DFT投影方法的方位估计性能,并且比起快速傅里叶变换(FFT)插值法,空时DFT投影方法具有更加优越的方位估计性能。

离散色散光域傅里叶变换的延时和带宽扩展研究

光域傅里叶变换为射频频谱分析提供了一种新的解决方案。光域傅里叶变换主要受限于大的二阶色散的获得,而离散傅里叶变换只需要控制离散点的相位,理论上可以解决大色散的获得问题。文章利用光纤环作为离散色散器件,用线性调频信号作为待测信号,进行了光域离散傅里叶变换的研究。该系统是一个快速傅里叶变换系统,每次变换用时约2.07ns。用示波器观测线性调频信号变换前与变换后的波形延迟,可以测出该系统的变换延时,约为100ns,其延时大小主要取决于系统中的光纤长度。该系统可以实现对信号的不间断处理。为了扩展系统的瞬时带宽,对片上集成光微环组方案的可实现性进行了分析。

基于多维傅里叶变换的阵列空时信号处理与应用

目前常用的阵列空时信号处理方法需要计算全部阵元接收信号的采样矩阵,并通过对矩阵的各种运算来提取信息,但是大中型阵列的阵元数量众多导致矩阵维数较大,高维矩阵的巨大运算量使其难以在具有实时性要求的工程中应用。针对这一问题,将傅里叶变换从时域推广至空域,指出了空域与角度域之间存在的傅里叶变换关系。在此基础上,借鉴多维傅里叶变换方法阐释了线阵与面阵各自空时联合处理的二维与三维傅里叶变换表达及其物理意义。通过示例性仿真验证了前述理论建模与特性分析的正确性与有效性,从而为大中型阵列的空时信号实时处理工程应用提供了新的技术手段。

基于离散傅里叶变换的织物纹理信息在线检测

通过对离散傅里叶变换幅度谱中不同像素点位置所对应原图织物纹理特征的分析,提出根据幅度谱次亮点的位置来计算织物纹理密度及角度的次亮点分析方法.阐明纹理角度检测的精度由原图像包含的纹理数目所决定,并提出3种方法来提高检测精度:增大图像规格、增大拍摄物距、进行边缘检测;在此基础上,对3种织物进行了检测试验,进一步验证了提高精度的3种方法;最后,与投影分析法检测结果进行比较,证明次亮点分析方法更适合解决纹理角度的在线检测问题.

面向6G的全频段实时傅里叶变换技术研究(特邀)

面向未来6G无线通信技术中微波信号的时频信息分析问题,文中提出了一种基于光学离散色散器件的微波光子实时傅里叶变换系统。该离散色散器件在幅频特性上表现出周期性的窄带滤波性质,在相频特性上表现出离散的二次相位分布。利用该色散器件可以完成光载微波信号的频时映射,在此基础上,可以进一步实时连续地实现对非平稳信号的时间频率信息特征提取。由于只需要实现离散的相移而不是传统色散器件的真延时,所以可以在较小的体积内实现巨大的等效色散,从而减小系统的处理延时。文中设计了光纤微环级联方案实现离散色散,在此方案中单个光纤微环的环长为4 cm,并通过数值仿真实现了0.8 ps/MHz的频时映射斜率,等效于5 800 km单模光纤的色散大小,频率分辨率达到了50 MHz,瞬时带宽为5 GHz。以6G感知通信一体化中经常用到的线性调频信号为例,仿真了系统的短时傅里叶变换功能以分析信号的时间和频率信息,其中,时间分辨率达到20 ns,频谱分析的速度高达2.5×10^(8)FTs/s,显著优于传统的数字分析方案。

非均匀傅里叶变换频率不变波束形成方法

频率不变波束形成是宽带阵列信号处理研究的重要内容之一。本文以麦克风阵列语音处理为研究对象,针对FIB低频处波束形成一致性不理想的问题,提出了一种基于非均匀傅里叶变换的频率不变波束形成方法。该方法采用非均匀采样来增加低频处的采样点数,构建符合非均匀傅里叶逆变换的范德蒙矩阵,再用优化对称窗函数对变换结果进行截取,得到空时滤波器。该方法不仅实现了低频段与期望波束响应近似的波束图,且降低了阵元数目。计算机仿真实验结果验证了该方法的有效性。

动态测试信号处理中时-频域变换算法的讨论

针对测试信号处理中时 -频变换运算时常见的几种错误 ,如对功率有限信号和能量有限信号套用同样的公式进行计算 ;直接将计算得到的离散谱线值连成连续曲线作为“连续频谱”的图形 ;频域图形的纵坐标表述常发生量纲上的错误等 ,本文通过典型的算例 ,分析了发生上述错误的原因 ,讨论了 FT,FS,DTFT和 DTFS的涵义以及频域表述的量纲 ,并强调指出 :DTFT所得到的频域图形原本就是连续频谱 ,在考虑时窗函数的影响后 ,在变换式中可以以任何非整数值运算 ,从而达到将频谱任意“细化”

基于分段互相关的5G新空口PSS同步算法

针对5G NR主同步信号(PSS)同步算法不适用于高频偏环境的问题,文中提出利用PSS序列的自相关性,先进行粗同步,在精同步模块考虑了分段互相关算法中叠加噪声项的影响,对分段互相关算法的共轭相乘项进行离散傅里叶变换,通过DFT的负指数项抵抗高频偏,并在时域上进行PSS同步,解决了算法频偏容忍度较低的问题。通过Matlab仿真结果表明,改进算法在AWGN信道环境下,当归一化频偏和信噪比分别设置为2和-5 dB时,检测的峰值位置正确并且相关峰值明显。当归一化频偏为2、信噪比为-6 dB、分段数为4时,PSS检测概率仍有0.6以上。在实际测试环境验证中,通过文中提出的改进算法可将同步流程时间控制在5 ms内,可以满足测试工程需求。通过对分段互相关算法的共轭相乘项进行改进,使改进算法在分段数较少时仍具有较好的频偏容忍度,且具有较强的抗频偏性能,此外,还能有效降低传统分段互相关算法由于分段导致叠加噪声项带来的影响。改进算法应用于国产通信矢量信号分析软件VSA中,并且在6955AC信号收发仪上得到验证,具有一定的实际应用价值。

一种数字信道化接收机到达时测量方法研究

针对在多相滤波架构的数字信道化接收机中,较高的数据抽取率导致子信道时间分辨率较低,从而影响接收机到达时测量精度的问题,提出了一种基于滑动离散傅里叶变换(DFT)和Haar小波结合的到达时间测量方法,该方法利用信道化接收机检测得到的到达时间粗测值和频率测量值对原始采样数据进行截取,并引导对应通道的滑动DFT和求模,对模值进行Haar小波变换并检测,得到到达时间的精测值。分析了该方法消耗的资源量,仿真试验验证了该方法在提高到达时间测量精度方面的有效性。

基于特征间几何约束的指针仪表读数识别方法

在指针式仪表示值监控系统中,倾斜拍摄仪表图像时会导致识别结果出现偏差,为此提出一种基于仪表特征间几何约束的识别方法。首先利用一幅平铺于仪表上表面的平面标定板图像实现相机参数标定,生成仪表在标定平面上的虚拟图像;然后利用表壳上表面、刻度平面、指针平面与虚拟像平面间的平行关系,确定表壳圆的圆心、仪表刻度圆心、指针转轴中心特征间的透视投影约束关系,利用图像的极坐标变换和离散傅里叶变换提取仪表刻度圆心的最优位置及起始刻度线的角度,利用Hough变换的投票原理估计指针的转动角度;最后利用角度法实现仪表读数的解算。以某型号指针式温度计为测试对象进行实验验证,识别结果的平均误差为0.23℃,最大误差为0.7℃,本文方法能够准确识别仪表读数且识别精度优于人工读数。

煤岩破裂过程电荷信号时-频域特性及降噪研究

为了拓展电荷信号综合分析手段,进一步提高电荷感应方法的煤岩体冲击地压预测准确性,将室内物理试验和理论分析相结合开展煤岩受载破坏电荷信号监测试验,基于煤岩破裂电荷信号产生机制和傅里叶变换方法获得了不同受载阶段电荷信号时-频域特征及其变化规律,并设计数字滤波器进行电荷信号降噪处理。研究结果表明:电荷时-频域信号幅值与煤岩受载变化具有良好的一致性;非接触式感应电荷信号监测装置工频白噪信号组成频率较固定,白噪时-频域信号幅值随采样频率升高明显提高;煤岩受载过程中时域信号特点为弹性后期小幅值振发型,强化损伤阶段高幅值振发型,峰后破坏阶段高幅值连续型;频域变换得出电荷信号为主频率范围1~100 Hz的甚低频率信号,且该范围内的频域信号幅值随时域信号幅值升高而显著增加,此试验结果是区别电荷信号与高频率电磁辐射信号的主要标志,基于研究结果设计了数字低通滤波器,较好的剔除了工频白噪信号同时又不失真的保留了有益信号;基于电荷信号的时-频域特性可将工频干扰信号与有益信号区分有效提高信号监测准确性,达到预测预警冲击地压发生的目的。

基于相位相关的深空光通信扩展信标跟踪技术研究

提出了一种深空光通信扩展信标的跟踪方法。该方法的原理是在航天器上存储一幅信标图像作为参考,把实际信标图像看成参考信标图像和附加高斯白噪声和的形式,基于离散傅里叶变换和相位相关技术对信标的旋转因子和平移因子进行计算。理论分析与仿真结果都表明,该方法可以把跟踪误差控制在0.5个像素以内。针对不同的信噪比对该方法进行仿真,计算误差并没有显著的变化,表明该方法具有良好的抗干扰性,能满足光通信链路实时运行的要求,是一种可行的方案。

基于时频域混合分析的太阳能硅片缺陷检测方法

针对太阳能硅片的水印缺陷,提出一种基于时频域混合分析的检测方法。在此基础上,设计太阳能硅片表面缺陷检测硬件系统。对采集的硅片图像,首先在时域进行图像预处理,然后利用实数快速傅里叶变换得到频率谱图像;在频域里,设计高斯滤波器滤波,再通过傅里叶逆变换获得重构图像,转换到时域,进行差分得到差分图像;最后通过阈值化和形态学操作获得缺陷区域。实验结果表明:此方法对包含水印缺陷的太阳能硅片样本进行缺陷检测的准确率高,具有较高的实用价值。

改进的离散FIP轮廓术的讨论

FIP测量中 ,计算机处理的是离散信息 ,但我们以前讨论的基于离散傅里叶变换的FIP分析方法中 ,将离散过程理想化为梳状函数的点抽样 ,未考虑CCD像元的尺寸对FTP的测量精度的影响。但实际上 ,CCD的像元是具有一定的尺寸。本文从空域卷积的角度讨论CCD像元的尺寸对FTP测量的影响 ,给出了理论分析和实验验证。

一种适应于海量地震数据时频分析的快速算法

为了克服MATLAB时频工具箱在计算大容量的地震数据的分频处理时,存在计算速度慢、内存不足以及FFT的计算长度严重影响时频分辨率等问题,使其适应于实际海量地震数据的时频分析。对MATLAB时频工具箱中基于离散短时傅里叶变换的时频算法进行了改进,采用Fortran语言在微机上编程实现了该算法。理论实算表明,改进后的Fortran程序能够高效地计算大容量、短时窗地震数据的分频处理。

一种新的码片内多径时延估计方法

根据信道冲激响应的稀疏特性,提出了一种频域的时延估计压缩感知模型,将时延估计问题转化为基于欠采样数据的稀疏向量估计问题。利用离散傅里叶变换(Discrete Fourier transform,DFT)矩阵的子矩阵所满足的受限等距性(Restricted isometry property,RIP)以及信道冲激响应的稀疏特性充分降低了时延估计所需数据量的要求。分析了本文模型具有码片内多径分辨能力以及良好抗噪性能的原因,并与多信号分类(Multiple signalclassification,MUSIC)和旋转不变技术的信号参数估计(Estimation of signal parameters via rotationalinvariance technique,ESPRIT)算法的时延估计性能进行仿真比较。仿真结果表明,本文提出的方法不需要预知多径的条数,对码片内多径时延具有较高的估计精度,其时延估计性能在特定条件下优于MUSIC和ESPRIT算法。

带有时延的VLBI数字基带信号仿真

研究了利用时域相关法和频域相位加权法，仿真生成具有小数比特时延的实信号，通过数值试验验证了两种方法的一致性和正确性，并且对量化和积分的影响做了分析。最后对射电源信号和双目标探测器信号进行仿真，并通过软件处理机处理得到结果。未来可为VLBI相关处理机的处理精度估计、各类噪声分析及未来多目标试验创造必要条件。

结构光测量中快速相位解包裹算法的讨论

对Schofield等提出的快速傅里叶变换(采用4次傅里叶变换和4次逆傅里叶)解包裹算法和Volkov等提出的相位重建算法(仅采用两次傅里叶变换和一次逆傅里叶变换)进行了讨论,提出基于离散余弦变换的快速相位解包裹算法.指出前两种算法在处理一般带噪音的模拟相位图时具有明显的优势,其处理结果非常接近理想值,而在处理相位变化剧烈或不连续区域的实验相位图(采用四步相移法测量雕刻佛像的三维面形)时出现较大误差,甚至无法处理,而基于离散余弦变换算法能很好的解决这个问题,并且拥有比前两种算法更快的运算速度.在实际应用中,针对不同的相位图把Schofield所提出的算法与基于离散余弦变换的算法结合起来,可以解决大部分相位解包裹问题.

面向雷达信号处理应用的可重构处理器设计

为满足现代雷达的高性能应用需求,文中提出并设计了一种可重构专用处理（RASP）架构.其采用非规则化微结构和混合重构策略, 有效提升了并行流水计算的性能;通过兵乓处理机制掩盖DDR读写时间,充分发挥了运算资源的效率.RASP作为硬件加速核嵌入华睿2 号DSP芯片并于TSM C40mn工艺下完成流片.测试结果显示,RASP完成1K（1024）点FFT的运算时间为2.57μs, 处理效率高达42% ,相比于NoC、MorphoSys、C6678、T4240等处理器,性能提升至1.9-30倍,效率达到1.25-4 倍.

超快平面显微成像技术

快速成像技术在很多领域都有着重要的应用,本文基于超短光脉冲的时-空-频映射原理,提出并实现了一种超快平面显微成像技术。利用色散傅里叶变换及空间色散器件把光脉冲的宽带频谱信息分别映射到时域和空域,利用高速光电探测器进行串行单像素成像,最终获得了帧速率为20.9 MHz,空间分辨率为22μm和55μm的一维及二维平面成像系统。在实验中用标准的分辨率目标板验证了成像效果。该技术为超快成像提供了一种有效手段,并将应用于高速平面检测等多个领域。