一种基于频移补偿的apFFT相位估计改进方法及应用

全相位快速傅里叶变换(all phase Fast Fourier Transform,apFFT)相位一致性特点使正弦信号相位估计不受频率估计影响,但由于频谱泄露和栅栏效应,apFFT相位估计性能受信号频率位置影响。针对该问题,提出了一种基于高精度频率估计和补偿的apFFT相位估计方法。首先,对信号进行高精度频率估计,并以此对信号进行频移补偿,然后对补偿信号进行apFFT,最后求解信号相位。蒙特卡洛仿真结果表明:所提算法的相位估计性能不受信号频率位置影响,相位估计误差性能与理论值一致,受两参数克拉美罗界(CRLB2)约束,约为1.1582倍的CRLB2;相位估计性能和抗噪声能力明显优于经典apFFT算法和其他对比算法。更进一步,利用我国首次火星探测器TW-1(天问一号)近火捕获段干涉测量数据进行算法验证,结果表明:相位估计精度约4 mrad,干涉测量时延估计精度约50 ps。

星间激光时频传递系统中的多普勒频移补偿技术

为了减少星间激光时频传输过程中的多普勒频移并提高星间通信的可靠性,提出了一种多普勒频移补偿技术。首先,对多普勒频移进行了理论分析和仿真,得到了两卫星在24 h通信中断前传输激光光学频率所产生的多普勒频移;然后,设计了一个多普勒频移补偿系统用于星间激光多普勒频移补偿。仿真结果表明:该系统能在约15个控制周期内完成多普勒频移补偿,使得补偿后的多普勒频移小于8 kHz,比未补偿的情况改善了6个数量级。

多普勒频移补偿在水声自适应跳频通信系统中的应用

传统的自适应跳频通信可以克服水声多径信道时变、频变、空变给通信质量带来的影响,在频率选择性衰落的信道上保证高质量的数据传输。基于概率的自适应跳频通信在传统的自适应跳频通信的基础上,根据信道通信质量的好坏分配不同的使用概率,能够进一步提高系统的可靠性和安全性。在水声通信中,多普勒现象非常明显。在水声基于概率的自适应跳频通信系统中,引入多普勒频移补偿能够进一步提高通信系统的可靠性。

无窗全相位FFT/FFT相位差频移补偿频率估计器

为提高经典全相位FFT/FFT相位差频率估计器的精度,该文提出无窗模式和频移补偿两项改进措施。借助谱分析试验和理论分析,该文证明无窗模式相比于原有加窗模式更能增强全相位FFT和FFT的峰值谱幅度,从而增强抵御噪声的能力;借助频移补偿措施,使得无窗模式下的apFFT和FFT总能工作在小频偏状态,从而有助于提取准确的相位差信息。仿真实验表明,该文的改进估计器,对于单频测量情况,其频率估计方差紧靠克拉美-罗限,对于多频情况,相比于现有的Tsui内插估计器,在低信噪比环境下表现出更好的抗干扰性能,因而具有较广泛的应用前景。

用频移补偿方法计算声场的波导不变量

基于提高声场水平纵向相关的频移补偿方法,提出了一种声场波导不变量的计算方法。该方法简单易行,只需处理具有一定纵向间隔的两个水听器接收的信号。该方法通过将波导不变量设定在一定范围内进行搜索,最终选取波导不变量的值为使两个水听器所接收声信号的经频移补偿后的空间相关系数取最大值时对应的数值。浅海声学实验结果表明,利用该方法能实现声场波导不变量的准确估算。实验结果中所得出的波导不变量值随频率的变化特性及相应的理论分析都表明,在频率较低时频率对浅海声场波导不变量的取值有一定影响,因此波导不变量并不是不变的。

机载前向阵雷达近程杂波频移补偿

基于机载前向阵雷达在近距离地面目标检测时,杂波在距离上将呈现严重的非平稳性,提出了一种向量相似度准则,从杂波样本数据中计算补偿量的多普勒频移补偿方法。利用该方法对不同距离的杂波数据进行相应的频移变换预处理后,能有效改善近程地杂波的非平稳性。该算法在脉冲域和多普勒域中等效,适合并行运算,具有实现简单的优点。仿真结果表明经此方法预处理后的空时自适应滤波,能显著提高系统的性能改善因子。

水声通信中多普勒频移补偿的仿真研究

在水声通信中,收发双方存在相对运动时产生的多普勒频移将严重恶化载波恢复和符号同步。因此多普勒频移补偿是水声通信的关键技术之一,并日益受到人们的重视。本文提出了一种全新的、适用于收发双方存在较大相对速度时的多普勒频移检测和补偿技术。同时对与之相关的模糊度函数法、数据帧插入信号的选取、信号采样率转换、插值因子的确定与插值等问题进行了研究,通过仿真试验对多普勒频移方法进行了验证,并对其性能进行了分析。

PD雷达巴克码信号多普勒频移补偿

PD雷达所应用巴克码脉压技术,存在着多普勒容限带宽小的问题。根据G. Galati和M. Orsin的时域非相干旁瓣处理方法,本文提出PD雷达非相干旁瓣处理,降低旁瓣电平对多普勒频移敏感性,扩展了PD雷达多普勒容限带宽。并经计算机模拟结果得到证实。

基于前后向子分段和频移补偿的频率与相位联合估计器

频率估计和相位估计是物理学中的两个基本的测量问题。现有的估计器难以对这两个参数实现高精度的联合测量。为实现联合测量,对已有前后向子分段频率估计器做如下两方面改进:(1)对前、后向子分段快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)谱峰相位值做平均,获得中心样点的瞬时相位估计;(2)引入频移补偿措施,使得前、后向子分段的峰值谱能量更为集中,增强了估计器抵御噪声的能力,同时提升了估计器的频率和相位估计精度。理论分析和仿真实验表明,该联合估计器性能高于原有前后向子分段估计器和全相位FFT/FFT相位差估计器,对于频率偏离情况,其频率估计方差为克拉美-罗限的4/3倍,其相位估计方差可达到克拉美-罗限。

普氏蹄蝠下丘谐波内外神经元处理多普勒频移补偿信息的差异

为了探讨普氏蹄蝠下丘神经元在处理多普勒频移补偿后回声定位信号中的作用,实验采用双声刺激模式模拟蝙蝠不同飞行状态下产生多普勒频移补偿后的脉冲-回声对,即发声频率改变,回声频率维持恒定的情况下,研究下丘神经元对不同补偿值下的回声反应恢复率.结果发现:根据神经元在某一补偿值下对回声信号反应的恢复率是否超过70%,可将其分为具有选择性(S)和无选择性(NS)的两类神经元.且谐波内S神经元所占比例(68%)远超过非谐波内S神经元(39%).分析神经元的发放模式发现谐波内S神经元中相位型发放模式比例(44.3%)明显高于其他三种类型神经元.另外,虽然S和NS神经元的强度-潜伏期函数类型均以饱和型为主,但谐波内S神经元强度-潜伏期函数的最佳强度(best amplitude,BA)(95.3±14.0)dB SPL低于NS神经元的BA(104.1±10.2)d B SPL(P<0.01),同时也低于非谐波内S神经元的BA(109.7±7.9)dB SPL(P<0.01).以上实验结果表明,在下丘水平,神经元就已对多普勒频移补偿后回声定位信号的处理有了分工,集中在谐波内的S神经元通过提高对某一补偿值下回声信号反应的恢复率实现,对回声信息的精确编码,避免其他杂波干扰信息.同时,谐波内S神经元的发放模式和强度-潜伏期函数特点也满足其在复杂环境中精确声学成像的需求.

普氏蹄蝠下丘单反应和双反应神经元加工多普勒频移补偿信号的特点及生理机制

恒频-调频(constant frequency-frequency modulation,CF-FM)蝙蝠独特的多普勒频移补偿(Doppler-shift compensation,DSC)行为可保证其对回声信息的精确提取.那么听中枢加工DSC信号的适应性机制是什么?本实验模拟CF-FM蝙蝠DSC后的回声定位信号,研究下丘(inferior colliculus,IC)神经元加工DSC信号的特点及生理机制.实验共获得117个IC神经元,在CF-FM声刺激下,神经元表现为single-on(SO,n=83)和double-on(DO,n=34)两种反应模式.无论是在蝙蝠的正向还是负向补偿过程中,SO和DO神经元对回声反应恢复到50%时的双声刺激间隔(inter-pulse interval,IPI)值,均会随补偿条件的改变而发生变化.当双声刺激由无补偿转变为最佳补偿条件时,两类神经元的50%IPI显著缩短(P<0.001),但SO神经元50%IPI缩短率超过70%的神经元数目较DO神经元多,且偏好正向补偿的IC神经元中,SO神经元的平均DSC范围也要显著宽于DO神经元(P<0.05).该研究结果提示,IC中SO神经元可能较DO神经元更能充分利用蝙蝠DSC行为,来提高对回声反应的恢复能力,以最大程度地获取猎物信息并准确判断与猎物的相对速度.

浅海大孔径水平阵列频移补偿定位方法

浅海波导中简正波干涉使得声场水平相关随距离出现振荡,利用声信号水平距离-频率干涉规律推导了不同阵元接收信号间的频移补偿关系式,结合大孔径阵列阵元空间分布离散度高的特点提出适用于声源频谱缓变信号的定位方法。利用频移补偿量随声源位置的变化,将两两阵元组合输出的模糊度平面叠加实现水平二维平面定位。仿真结果表明方法定位性能良好,对环境参数失配宽容性好。频移补偿后的线性相位关系有效提高了接收信号间的相关性,进而提升大孔径阵列的处理增益。阵列的孔径优势提高了空间分辨能力,模糊度平面峰值-背景比高。海试数据验证表明,10~80 km测距结果平均相对偏差为5.68%,二维平面内定位结果平均距离偏差为0.78 km。

针对低轨卫星移动通信终端的无源定位技术

针对低轨卫星移动通信地面终端的无源定位问题,结合低轨卫星移动通信系统的特点,提出了基于地面通信终端“多普勒频移预补偿机制”的无源定位技术,通过多普勒频移的目标位置分布曲线结合测向方位进行位置解算,从而可直接单站实现对地面终端的快速无源定位。仿真实验结果表明,定位系统复杂度低,解算速度快,定位误差在合理范围内,对于地面终端的监控具有重要意义。

CF-FM蝙蝠听中枢神经元处理行为相关声信号的神经机制

蝙蝠具有高度发达的回声定位系统,能够准确地处理和整合不断变化环境中的声学参数,以保持最佳的生理和行为状态。这种行为的神经生理机制已经得到了广泛的研究。本文主要探究了CF-FM蝙蝠听觉中枢处理种属特异性声信号、共变参数、多普勒频移补偿信号及多谐波声信号的神经机制,可有助于了解回声定位蝙蝠处理行为相关声信号的神经策略。同时本文也提出将来可以CF-FM蝙蝠作为模式动物进行更深入的胞内研究。

基于雷达检测低速目标的信号处理

通过对雷达信号处理系统的研究,对雷达在杂波环境下的低速目标检测能力进行了分析,提出了基于杂波频移补偿、MTI滤波及CFAR的信号处理思路,为针对进一步提出改善其目标检测能力的方法奠定了基础。