基于新型开关键控编码脉冲对的异步可见光定位方法

发光二极管(LED)照明的普及为高精度室内定位提供了一种绿色低成本的解决方案,作为最经济的LED调制方式,开关键控(OOK)由于开关速度、响应时间和节点间同步等的限制,存在定位精度差等问题。该文提出一种基于新型开关键控编码脉冲对的室内信标构造方法及其对应的异步可见光定位模型,各LED仅需按所提规则进行开关键控,光电探测器(PD)端可以获得最大后验概率准则下的最优位置估计。经验证,当信道(含LED和接收机)具有理想带宽、200 MHz和100 MHz带宽时,在30 dB的信噪比(SNR)条件下,终端以90%的概率使得定位精度分别可以达到6 mm,7 mm和1 cm。在相同条件下,与异步码分多址(CDMA)进行定位、传统OOK基于指纹进行定位以及传统OOK基于接收信号强度进行定位这3种方法相比,该文提出的方法可以获得明显较好的定位效果。另外,当带内信噪比从30 dB恶化至15 dB时,终端的定位精度还能稳健地保持在厘米量级。

PSK脉冲编码降低瑞利散射型光纤传感系统相干瑞利噪声的理论和仿真研究

频移平均(Frequency Shift Averaging,FSAV)技术是目前降低相干瑞利噪声(Coherent Rayleigh noise,CRN)的最主要方法,然而其降噪效果会受到频率漂移和脉冲啁啾效应的影响,且不适合应用在高空间分辨率系统中。针对以上问题,提出一种利用相移键控(Phase Shift Keying,PSK)脉冲编码降低CRN的新方法。详细分析了该方法的原理,仿真验证了该方法的有效性和适用性。结果表明:该方法不仅能有效降低CRN,且能在高空间分辨率下完全适用,为基于瑞利散射的高空间分辨率高精度分布式光纤传感系统中CRN的降低提供了新的视角和实用方法。

PRI-PSK离散复合编码脉冲串优化设计算法

针对设计具有优良模糊函数和探测性能的重复间隔相位编码(PRI-PSK)离散复合编码脉冲串问题,研究引入脉间离散脉冲重复间隔编码和脉内离散相位编码。通过分析脉冲串中心模糊函数,建立了以最小化模糊函数积分旁瓣为优化目标的PRI-PSK离散复合编码脉冲串波形优化模型。在优化方面,基于最优性条件(KKT)优化框架和交替方向乘子法(ADMM)构建了一个用于优化PRI-PSK离散复合编码脉冲串波形的KKT-ADMM算法。仿真结果表明,所提算法能够显著降低距离和速度模糊函数的积分旁瓣水平,从而有效改善了脉冲串波形的整体性能,此外所设计的波形相较于常规编码信号在转发干扰抑制方面具备不错的抗转发干扰特性。

自校准首脉冲时间编码神经元模型

由于脉冲神经元具有复杂的时空动力过程且脉冲信息不可导,脉冲神经网络(SNN)的训练一直是一个难题。基于人工神经网络(ANN)转SNN间接训练深度SNN的方法,避免了直接训练深度SNN的难题,但该方法所获得的SNN的性能在很大程度上会受到脉冲信息编码机制的影响。在众多编码机制中,首脉冲时间编码(TTFS)具有良好的生物学基础和更高的能效,但现有TTFS编码采用单脉冲形式,信息表征能力较弱,编码所需时间窗较大。为此,在TTFS的单脉冲编码基础上,增加一个校准脉冲,形成一种自校准首脉冲时间(SC-TTFS)编码机制,并构建相应的SC-TTFS神经元模型。在SC-TTFS中,首脉冲为必定发放的脉冲,而校准脉冲根据首脉冲发放后剩余的膜电位来确定是否发放,用于对编码脉冲所引起的转换量化误差和截断误差进行补偿,同时缩小编码所需的时间窗。通过对多种编码对应的转换误差进行对比分析,以及在多种网络结构上进行ANN-SNN转换实验,验证了所提方法的优越性。采用CIFAR10和CIFAR100数据集,基于VGG和ResNet两种网络结构进行了实验验证。结果表明,所提方法在两类网络结构和两种数据集上均实现了精度无损的ANN-SNN转换,且相较于最先进的同类方法,所提方法所构建的SNN具有最短的网络推理延迟。另外,在VGG结构上,所提方法相比TTFS编码能源效率提升了约80%。

随机数编码融合长脉冲级联调制提升Φ-OTDR定位性能

为解决随机数编码造成相位敏感光时域反射系统振动定位差的问题,设计了一种随机数编码融合长脉冲的级联调制方法,分别利用声光调制器和半导体光放大器实现随机数编码和长脉冲的融合调制,提升消光比。使用自相关的随机数编码生成脉冲序列,设计数字正交解调算法获得拍频信号幅值与相位信息。实验结果表明,在4km长度传感光纤上,脉冲宽度为40ns时,方案可将消光比提升13.7dB;当振动信号频率为200Hz时,振动信号定位均方根误差为2.1m,最大绝对误差为3.8m,提升了振动信号定位精度,为编码相位敏感光时域反射系统定位性能提升提供了新方法。

Sinusoid-Golay编码单脉冲激励提升磁声电成像精度

针对低电导率生物组织的成像需求,利用Sinusoid-Golay编码单脉冲激励提高磁声电信号的信噪比和定位精度,实现了高精度的磁声电成像。首先,在考虑换能器指向性的基础上,推导了Sinusoid-Golay编码单脉冲激励的磁声电理论公式,并引入激励转换因子和自相关计算,实现磁声电信号测量和解码重建,理论证明了N位Sinusoid-Golay编码可以将磁声电信号的主瓣幅度提高2N倍,并具有良好的脉冲压缩和噪声抑制能力。然后,在5 dB信噪比条件下,模拟了16位Sinusoid-Golay编码单脉冲激励层状组织模型所产生的磁声电信号,通过匹配滤波解码和叠加增强了磁声电信号的主瓣,并消除了其旁瓣,实现了组织边界的精确定位和电导率梯度的准确重建。最后,搭建了磁声电检测和线性扫描成像系统,利用正弦单周期和16位Sinusoid-Golay编码单脉冲激励,对三层凝胶仿体进行了磁声电测量和图像重建。Sinusoid-Golay编码单脉冲激励能够提高磁声电信号的信噪比约6.5 dB,并精确重构了组织边界电导率变化的幅值和极性。该研究为基于电学特性差异的组织病变早期检测提供了一种高精度磁声电快速成像方法。

适配PAICORE2.0的硬件编码转帧加速单元设计

为了解决北京大学脉冲神经网络芯片PAICORE2.0类脑终端系统中软件编码和转帧过程速度较慢的问题,提出一种硬件加速方法。通过增加硬件加速单元,将Xilinx ZYNQ的处理系统PS端串行执行的软件编码转帧过程转移到可编程逻辑PL端的数据通路中流水化并行执行。硬件加速单元主要包含高度并行的卷积单元、参数化的脉冲神经元和位宽平衡数据缓冲区等。实验结果表明,该方法在几乎不增加数据通路传输延迟的前提下,可以消除软件编码和转帧过程的时间开销。在CIFAR-10图像分类的例子中,与软件编码和转帧方法相比,硬件编码转帧模块仅增加9.3%的LUT、3.7%的BRAM、2.6%的FF、0.9%的LUTRAM、14.9%的DSP以及14.6%的功耗,却能够实现约8.72倍的推理速度提升。

基于脉冲串编码的MIMO雷达距离旁瓣抑制方法

MIMO雷达波形设计通常需要联合考虑空域时域特性,然而,在单脉冲发射波形设计中,在保证期望空域特性的情况下,往往存在时域旁瓣较高的问题。针对这个问题,该文提出一种基于脉冲串编码的时域旁瓣抑制方法。该方法采用空域发射方向图设计与时域波形设计分离的方式,通过对脉冲串的各子脉冲初相编码进行优化,可以在保证空域发射方向图不变的情况下,进一步抑制时域旁瓣。仿真结果表明,该方法可以有效地降低各多普勒通道的距离旁瓣。

脉冲编码震源的匹配冲击技术

常规Vibroseis可控震源Chirp扫描的地震响应存在明显的旁瓣效应,二元m-序列伪随机扫描的解码地震剖面中存在严重的相关噪声,而基于伪随机编码的匹配扫描方法可有效压制解码地震剖面中的相关噪声,提高了地震记录的信噪比.为了将匹配伪随机编码方法应用到冲击式震源中,提出了基于脉冲编码震源的匹配冲击技术.以匹配扫描方法为理论基础给出了匹配冲击信号的编码与解码过程,以有限元差分法对匹配冲击技术和常规线性扫描冲击技术进行了地震数值模拟.结果表明,匹配冲击的综合解码地震剖面中,不存在线性扫描冲击解码地震剖面中能量较强的相关噪声干扰,剖面具有很高的信噪比和分辨率.地震波激发采集对比实验验证了匹配冲击技术在压制相关噪声及远偏移距地震道随机噪声方面相比线性扫描冲击技术所具有的优势.

基于VHDL的正交编码脉冲电路解码计数器设计

针对正交编码脉冲电路脉冲(quadrature encoder pulse,QEP)的解码和计数的问题,给出了QEP解码计数器的解决方案.本方案在复杂可编程逻辑器件(complex programmablelogic device,CPLD)中使用VHDL(VHSIChardware descriptionlanguage)实现语言硬件编程.整个解码计数器设计分为脉冲边沿检测器,计数脉冲和计数方向发生器,上下行计数器三部分,成功的解决了由传感器抖动引起频繁换向时准确计数的问题.该解决方案使用Altera公司的Quartus Ⅱ软件进行设计并进行了仿真分析,最后给出了基于此技术的机床数显表的应用实例来说明此技术的可行性和柔性.

基于压缩感知的频率编码脉冲雷达高分辨距离成像方法

针对频率编码脉冲雷达(Frequency-Coded Pulse Radar,FCPR),该文提出一种基于压缩感知(Compressive Sensing,CS)的目标高分辨距离成像方法。利用目标场景的空间稀疏性,建立FCPR目标回波稀疏信号模型,提出基于CS的FCPR脉冲相参合成处理方法。该方法采用少量FCPR信号子脉冲对目标频域响应进行采样,即可提取目标高分辨距离像信息。为了降低CS重构算法的运算复杂度,提出一种基于FFT目标速度预估计的动态构造降维感知矩阵的方法,提高了采用CS进行FCPR脉冲相参合成处理的速度。仿真结果表明该方法较传统IFFT脉冲相干合成算法具有更小的目标强散射中心幅度估计误差,对速度估计误差及噪声的鲁棒性更好。

雷达调频编码脉冲信号的设计与处理

现代雷达为获得较高的距离分辨力通常采用编码频率脉冲串信号和步进频率脉冲串信号,但都存在数据率低和较为严重的距离-多普勒耦合问题。在研究这两种信号特点的基础上,提出了调频编码脉冲信号形式并给出了相应的信号处理方法。经仿真对比可见,该信号形式及其处理方法能同时解决步进调频信号高距离-多普勒耦合、低数据率两大问题,具有较好的联合分辨力。

相位编码脉冲压缩雷达杂波建模与仿真

通过对相位编码脉冲调制信号分析入手,基于常规脉冲雷达杂波模型,给出了相位编码脉冲压缩体制雷达下的杂波模型,并用蒙特卡罗方法分析了杂波回波信号的概率分布特性和功率谱特性,距离波门回波之间的相关性。最后给出了在雷达环境模拟器中,该类型杂波模拟的系统实现方法。

雷达脉冲编码理论方法及应用

该文提出了基于脉冲组合编码的雷达探测模式,建立了脉冲编码雷达的基本概念和理论模型。利用多脉冲组合及其时间、频率、相位参量的调制,实现脉冲信号在时间域、频率域、或者时频域结合的编码,为解决传统的脉冲及连续波雷达系统参数相互耦合约束、及其对雷达性能的限制问题,提供了基于多脉冲组合探测的新方法及理论基础。该文着重介绍了多脉冲组合探测的编码、目标信号恢复方法,以及结合研制的合成孔径雷达开展的编码方法、性能评估等实验研究。研究及实验表明,通过采用分频带脉冲编码方法,可使雷达信号采样率突破奈奎斯特采样定理限制,降低系统的实现难度,实验系统中实现了4.8 GHz采样率对5 GHz带宽信号的采样及无失真恢复,成像分辨率达到0.03×0.03 m;通过采用增加占空比的时域脉冲编码方法,实现了信噪比改善超过20 d B的大幅度提高;通过针对合成孔径雷达的成像特性进行2维编码,去除了信号模糊问题,实现了成像幅宽超过90 km等先进性能指标。理论及实验结果验证了脉冲编码方法在提高雷达核心性能方面的显著优势,为高性能雷达系统的实现建立了新的技术途径。

频率编码脉冲信号性能分析

使用大时宽带宽信号是提高雷达距离、速度及其联合分辨性能的最常用方法之一。频率编码脉冲是一种大时宽带信号 ,具有良好的距离分辨性能和较窄的瞬时带宽。推导了频率编码脉冲信号及步进频率脉冲信号的模糊函数 ,分析了其距离、速度分辨性能及其相应关系 ,并就有效解决其距离 -速度联合测量问题进行了讨论。

新型高精度激光脉冲编码的实现

激光脉冲编码是半主动激光制导武器采用的一种抗干扰措施。为了提高干扰能力,提出了精确编码、变间隔编码和变脉冲编码等各种高精度复杂的脉冲编码算法。该脉冲编码算法的实现充分利用了TI公司的TMS320F2812的32位CPU定时器0,通过接口电路调制激光器输出同步编码脉冲。该激光脉冲编码控制器结构简单,脉冲编码形式复杂多样,同步精度高。该脉冲编码算法及其编码控制器已应用于仿真实验系统项目中,满足了仿真实验系统项目激光脉冲精度0.1μs和同步精度0.1μs的设计要求。仿真实验项目证明:通过该脉冲编码控制器调制的激光脉冲复杂多样、我方容易解码而敌方难以识别、具有较强的抗有源欺骗干扰能力。

基于正交频率脉冲编码激励的软组织粘弹性定量测量

高频剪切波对粘性参数的准确估计非常重要.为了提高高频剪切波的检测能力,并研究其对粘弹性参数估计的影响,本研究探讨了基于正交频率脉冲激励的超声振动计方法.通过构造具有特定频谱特性的正交频率波形,经稀疏采样之后激励组织振动,可以增强剪切波的高频分量.以新鲜猪肝为对象进行离体实验.选择二进制编码和两种正交频率编码脉冲激励组织振动,然后分别运用激光振动计和超声对不同编码激励方式产生的剪切波进行检测.激光振动计实验证明了该方法可以有效增强剪切波的高频分量,而从超声实验结果上看,与二进制编码激励方式的结果相比,当只用100～400 Hz剪切波速度拟合求解时,三码片与六码片的正交频率脉冲激励所估计得到的剪切弹性和剪切粘性的相对偏差分别为2.3％和4.1％,13.6％和11.5％;而当将所有频率剪切波速度用于拟合求解时,三码片与六码片的正交频率脉冲激励所估计得到的剪切弹性和剪切粘性的相对偏差分别为10.6％和3.5％,5.4％和11.8％.实验结果表明,正交频率编码激励方式可以降低激励峰值声强,并提高系统对高频剪切波的检测能力;另一方面,高频剪切波对粘弹性估计值具有影响,但其影响方式还不确定,需要进一步研究.

二相编码脉冲信号的距离多普勒信号处理

基于伪随机二相编码连续波和相干脉冲串信号的特点,提出一种脉间二相编码脉冲雷达信号及其处理的一般模型和等效简化模型,同时给出了该信号处理方法用于点目标的仿真结果。最后,结合雷达高度表回波信号的特点,较为详细地讨论了脉间二相编码信号在雷达高度表中的应用,也给出了仿真结果。

不同脉冲编码调制的BOTDA系统性能分析与比较

研究了基于脉冲编码调制的布里渊光时域分析(BOTDA)系统原理,该系统向传感光纤注入经脉冲编码调制后的光脉冲序列,在接收端用数据处理程序恢复系统的单脉冲响应,从而提高BOTDA系统的信噪比、温度和应变分辨率。理论研究了BOTDA系统中Simplex码、Golay码和CCPONS码的编码和解码原理;利用Matlab仿真研究了不同脉冲编码调制的BOTDA系统的时域输出信号,并对比分析了三种编码对系统信噪比的改善情况,结果表明采用脉冲编码技术可使BOTDA系统性能得到有效提升,CCPONS码调制时可获得最佳系统性能,Simplex码次之。

脉冲编码可控震源信号设计

通过脉冲编码技术使震源向地下激发出可人为控制的变步长的脉冲序列,采用解码技术将这种连续多次小能量激发情形的原始地震记录转换为等价的单次大能量激发的地震记录.文中通过数值模拟技术对脉冲编码震源信号地震响应的规律和特点进行了研究.模拟结果表明,脉冲编码信号冲击间隔的增量是压制相关噪声的关键因素,调整冲击间隔的增量对相关噪声的影响要比增加冲击次数对相关噪声的影响灵敏得多,而重复的冲击间隔对压制相关噪声不起任何作用.