基于多分量LFM信号时频分析的水声多普勒和时延估计研究

在水声多普勒因子和时延估计研究实用化的进程中,利用多分量线性调频(LFM)信号实现估计的算法研究越来越普遍。针对多分量LFM信号时频域存有交叉项时各分量参数估计不准确的问题,提出基于非完全残差与脊线段匹配的自适应模态分解方法。该方法采用非完全残差函数保留了交叉点处的部分时频信息,利用脊线段匹配方法提供更精确的预设时频脊线,改进了各分量LFM信号调频斜率和起始频率的估计精度。联合两个估计量进一步给出了多普勒因子和时延估计的算法。仿真结果表示,较现有模态分解算法,所提改进方法有效解决了估计分量过程中交叉区间断裂带来的估计误差;水声多径的条件下,该方法的多普勒因子和时延估计精度优于对比的现有方法。

6G新型时延多普勒通信范式:OTFS的技术优势、设计挑战、应用与前景

在未来的通信网络中,被广泛期待的第6代移动通信系统(The Sixth Generation of Mobile Communications System,6G)技术将面临诸多挑战,其中包括在高速移动场景下的超高可靠通信问题。正交时频空间(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制技术克服了传统通信系统在高速移动环境下多径和多普勒效应的影响,为实现6G超高可靠通信提供了新的可能性。该文首先介绍了OTFS的基本原理、数学模型、干扰与优势分析。然后,归纳分析了OTFS技术在同步、信道估计、信号检测技术上的研究现状。接着,从车联网、无人机、卫星通信、海洋通信4个典型应用场景分析了OTFS的应用趋势。最后,从降低多维匹配滤波器、相位解调和信道估计、硬件实现的复杂度和提高对时频资源的高度利用4个角度探讨了未来研究OTFS需要克服的困难和挑战。

多RIS辅助车载通信信号优化及部署规划

针对匀变速运动的汽车产生的多普勒扩展和时延扩展以及接收信噪比的问题,提出了一种多智能超表面(RIS)辅助匀变速移动物体通信的方案。与传统信道估计不同的是,使用了信道增益的方法和优化RIS相位以及多目标优化来让移动物体能达到最大接收瞬时信噪比的同时,获得小的多普勒扩展和时延扩展。通过优化后的RIS相位来研究RIS的位置对接收信号的影响,分别研究了RIS之间的距离以及RIS之间距离一定时,RIS摆放在什么位置使得接收信号的信噪比以及时延扩展保持较低的范围,对于这个问题提出了相对运动的理论,且各自提出一种算法解决这两个问题。仿真表明,多RIS辅助的通信系统对车载通信接收信号的功率提升了约10 dB。RIS的部署位置应该让第一个RIS靠近基站并且RIS之间的距离在现实允许的情况下尽可能靠近。由此多RIS的通信方案可以广泛应用于车载通信中。

基于时频脊线提取的机动小目标多普勒展宽补偿方法

对雷达进行长时间积累来提高目标回波的信噪比(SNR),是小目标探测雷达信号处理的重要步骤。然而,对于高速机动目标,目标回波很可能出现距离徙动以及多普勒展宽(DFB),给脉间长时间积累带来困难。针对存在的DFB问题,文中利用慢时间维信号时频图脊线斜率与加速度的数学关系,提出一种基于时频脊线(TFR)提取的机动小目标DFB补偿方法。所提方法可以克服传统的搜索法计算效率不高、需要搜索范围先验信息,以及精度受搜索步长影响的不足,可在低SNR且没有加速度先验信息的情况下对加速度进行快速准确估计,解决DFB问题,实现脉间有效相干积累。通过仿真,验证了TFR提取法可以在没有任何先验信息和低SNR下快速准确计算出目标的加速度,从而对脉压信号进行准确补偿,实现机动小目标的有效检测。

基于自适应参数估计的微动时频表征重构方法

针对数据缺失条件下的目标微动回波时频表征重构问题,提出了一种基于自适应参数估计的微动时频表征重构方法。首先,将缺失的微动时频表征重构问题建模为基于L_P范数最小化的稀疏重构问题,其次,引入哈达玛积参数将L_P范数最小化稀疏重构问题转化为多个L_2范数联合最小化问题,并采用迭代吉洪诺夫正则化求解,同时在每次迭代过程中根据重构结果自适应估计正则化参数,最后,采用除偏处理减小了重构时频表征的振幅衰减。与传统微动回波时频表征重构方法相比,所提方法避免了需要人工设置正则化参数不足的问题,并且重构的时频表征更加完整。仿真实验和实测数据处理结果验证了所提方法的有效性和稳健性。

经阴道彩色多普勒超声在子宫内膜病变患者中的应用价值

目的分析经阴道彩色多普勒超声在子宫内膜病变患者中的应用价值。方法选取2021年2月至2022年4月南昌大学第四附属医院收治的88例子宫内膜病变患者作为研究对象,所有患者均接受经阴道彩色多普勒超声及病理学检查,按照病理学检查结果将患者分为息肉组与癌变组,每组44例。比较两组二维超声子宫内膜情况、病灶血流动力学情况、经阴道彩色多普勒超声血流相关参数;以病理学检查结果为金标准,分析经阴道彩色多普勒超声对子宫内膜癌变的诊断效能。结果癌变组子宫内膜厚度厚于息肉组,内膜-肌层分界清晰、病灶回声均匀占比均低于息肉组,差异有统计学意义(P<0.05);癌变组血流丰富占比高于息肉组,差异有统计学意义(P<0.05);癌变组血流阻力指数(RI)、搏动指数(PI)均低于息肉组,时间平均峰值流速(TAP)慢于息肉组,差异有统计学意义(P<0.05);经阴道彩色多普勒超声对子宫内膜癌变的诊断灵敏度为86.36%,特异度为84.09%,准确度为85.23%;诊断息肉的灵敏度为84.09%,特异度为86.36%,准确度为85.23%。结论经阴道彩色多普勒超声对子宫内膜病变的诊断准确率较高,能通过血流动力学、RI、PI、TAP及影像学表现鉴别息肉或癌变。

联合时延-多普勒-角度的无源雷达目标定位凸优化算法

针对分布式多输入多输出雷达中联合时延-多普勒-角度测量的运动目标定位问题,提出了一种基于半正定松弛的凸优化定位算法,改善了测量误差较大时定位误差偏离克拉美罗界的阈值效应.首先,将定位问题表述为最大似然估计问题,通过引入辅助变量将定位问题转化为带约束的加权最小二乘优化问题,然后使用半正定松弛技术,转化为半正定规划凸问题,并采用内点法对该凸问题求解得到目标位置和速度估计.由于凸优化问题的局部最优解就是全局最优解,本文算法具有良好的全局收敛性.仿真结果表明,与现有算法相比,本文算法的定位误差逼近克拉美罗下界,在大测量误差水平下的定位精度和稳健性优于现有算法.

复合微多普勒信号的时频谐波分析方法

在对复合微动目标的雷达回波进行时频分析时,存在时频曲线能量难以聚焦等问题,影响目标微多普勒特征提取和分析。对此,提出了时频谐波条纹的概念以及相应时频变换方法。基于复合微动包含中心运动分量和高频运动分量的假设,首先利用样条函数拟合中心分量频率曲线,构造时频变换核函数。然后,通过参数化时频变换将时域的复合微多普勒信号转化为时频平面上的谐波条纹。所提方法相比短时傅里叶变换和伪魏格纳分布等经典方法,能够明显改善复合微动目标雷达回波时频变换的能量聚集性与杂散抑制效果,仿真验证了所提方法的有效性和对低信噪比条件的适应性。

基于地基雷达的月球成像综述

基于地基雷达的月球成像有利于研究地月系统及太阳系演化等科学问题,可以为登陆任务中的着陆区选址提供有力的科学依据,也有助于验证用于深空探测的地基雷达设备的可行性。地基雷达具有穿透性强、全天候、全天时和低成本等优势,国内外已开展一系列基于地基雷达对月球成像的工作,成像方法主要包括时延多普勒方法及干涉成像方法。在不同阶段,采用不同的地基雷达设备和参数,获得了一系列不同分辨率的月球正面图。梳理了国内外地基雷达设备及其参数、成像方法及探测结果等,展望了基于地基雷达设备对月球进行成像的发展趋势。

复杂运动舰船目标SAR成像空/时变散焦特性研究

合成孔径雷达(sythetic aperture radar,SAR)能够对海上舰船目标进行全天时、全天候成像,但是运动舰船在高分辨率SAR图像上的方位向散焦会严重影响后续对舰船目标的识别。由于舰船运动的非合作性,目前对复杂运动舰船在SAR图像中的散焦特性认识不足。本文首先从SAR成像原理出发,理论推导得出舰船复杂运动引起的SAR回波信号相位误差的空变性和时变性是导致其SAR图像质量下降的决定性因素。在此基础上,构建了一个复杂运动舰船目标SAR成像模拟器,通过对不同运动状态、不同合成孔径时间舰船点、线、面目标的SAR成像仿真,揭示了复杂运动舰船目标SAR成像空/时变散焦特性。其中,空变性会造成舰船在SAR图像上非均匀散焦;时变性使得舰船在SAR图像上变为一条方位向能量带。最后,结合空/时变散焦特性,探讨了未来SAR运动舰船重聚焦技术的发展方向。

OTFS雷达通信一体化复用波形设计

随着无线通信技术的发展,雷达和通信频段逐渐相互重叠,使得雷达通信一体化成为了缓解频谱资源紧张的最好的实现方法之一。作为雷达通信一体化的主要载体之一,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的波形设计方法可分为两大类,一类是复用波形设计,另一类是共用波形设计。由于共用波形设计需要考虑雷达和通信性能之间的折中,且在雷达信号处理过程和通信接收端需要设计专门的处理流程,因此在频谱资源较为充足时,基于OFDM的复用波形设计比起共用设计优势更明显。由于OFDM对多普勒的敏感性高,基于OFDM的复用波形设计不适用于高速运动场景。针对这一问题,本文提出了一种基于正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)的雷达通信一体化复用波形设计。这种设计利用OTFS多普勒容忍性高的特点,可实现高速运动场景下的雷达通信一体化。鉴于OTFS的时延-多普勒域和雷达的快时间慢时间概念相似,本文采用多普勒复用的方法实现了一体化复用信号设计,并提出了该波形下的通信和雷达接收端的处理流程。通信接收端通过OTFS解调可实现高速通信,雷达接收端无须进行波形分离,可直接利用常规雷达信号处理流程完成目标信息的估计。本文通过仿真验证了所提一体化复用波形的可行性,同时通过仿真验证了所提波形在高速运动场景上,相比于OFDM体制复用波形在雷达目标参数估计和通信误码率上的优势。

基于模型驱动深度学习的OTFS信道估计

针对单输入单输出(SISO)的正交时频空间(OTFS)调制系统,该文利用一种模型驱动深度学习算法进行OTFS信道估计。该方案首先将去噪近似消息传递(DAMP)算法进行深度展开,利用去噪卷积神经网络代替传统的去噪器,对含噪的时延多普勒信道进行去噪估计,然后提供了状态演化方程来预测可学习去噪近似消息传递(LDAMP)算法的理论归一化均方误差性能。仿真结果表明,相比于其他估计方案,该方案不仅在低信噪比条件下具有优越的性能表现,而且还具有非常好的鲁棒性,在信道路径总数不变时,增加OTFS 2维网格点数量,可以有效提升信道估计精确度。

基于信道模型的短波时差测量克拉美罗界分析

短波时差定位的关键在于高精度时差的提取.电离层的复杂性使得基于互相关的传统时差测量估计算法不能提取短波信号中的时延信息,该文利用国际参考电离层(IRI)模型获取电离层的电子密度信息,以数值型三维射线追踪的方法构建Vogler信道模型,得到短波信号的时延估计,并推导了在多普勒扩展不影响信号相关性时的短波时差测量克拉美罗界(CRLB).仿真结果表明,短波时差测量CRLB与采样时间、电波频率、输入信噪比有关,且冬季的时差测量CRLB低于夏季.

基于半波相消的旋转叶片微动回波时频分析

在雷达探测场景中常见旋转引起的微多普勒效应,产生的微动特征与目标的几何和运动参数相关。文中从微动回波的线积分模型出发,基于半波相消的角度对旋转叶片微动回波时频特征形成机理进行了全面分析。首先在远场条件下,基于半波相消分析了旋转微动瞬时频率的形成机理,解释了其旋转微动时频特征的双端效应。进一步地,将半波相消分析扩展至近场条件,解释了近场条件下时频图双端区和镜面散射区凸显的效应。对于远场和近场条件,该文均给出了时频结果的定量解析计算方法。从图像形状和能量变化的角度对近、远场的时频特征进行分析,讨论了不同条件和参数对时频特征形状和细节的影响,基于半波相消分析将近场和远场分析统一起来,同时将线积分模型和局部散射模型联系起来。仿真实验验证了所提分析方法的正确性。

基于FPGA的水下单程声径跟踪测速系统设计与实现

针对现有水下航行体的导航存在时延大和无法同时满足跟踪测速一体化问题,提出了一种基于单程声径的水下定位测速方法。相比传统长基线的双程声径定位测距,该方法基于高精度原子钟的同步系统,实现单程声径的目标测距测速。该水下定位测速一体化系统是基于具有快速并行计算能力的FPGA实现,解算结果可在微秒内完成,时延有效降低。针对目标跟踪测速一体化问题,水下航行体在系统同步时刻周期性发射线性调频信号,水下信标接收基阵设计基于短时傅里叶变换/逆变换算法对信号进行时频域转换分析,能够准确地提取信号的到达时刻和多普勒频偏。水下信标基阵进而可在系统同步周期内解算每个接收信标单元相对于水下航行体的径向速度和径向距离,实现目标的跟踪测速。仿真实验表明,该方法的跟踪相对误差控制在0.2%,测速相对误差控制在0.8 m/s。湖试试验结果表明,该方法跟踪相对误差控制在5%,测速相对误差控制在0.3 m/s。

基于光纤镀膜探针的固体介质中应力波粒子速度测量技术

粒子速度是分析固体介质中应力波传播规律的一个重要参数。结合激光多普勒效应和全光纤干涉测速系统,提出了一种基于光纤镀膜探针的固体介质中应力波粒子速度的测量方法。将光纤镀膜探针嵌入有机玻璃(PMMA)中,距爆心同一半径处,采用0.125 g TNT当量的微型炸药球作为爆炸源,进行填实爆炸产生应力波,通过采集光纤探针端面的运动信息,基于短时傅里叶变换的时频分析方法,解调出端面运动速度,进而反推出粒子速度。实验结果表明:不同光纤镀膜探针测得的速度分别为22.648 m/s、23.505 m/s,将反推的粒子速度与传统的圆环型电磁粒子速度计方法获取到的数据进行对比,两者的相对偏差低于5.00%,验证了光纤镀膜探针测量固体介质中应力波粒子速度的可行性。

基于雷达时频变换和残差网络的人体行为检测

与传统惯性传感器和视觉传感器相比,利用毫米波雷达进行人体行为检测不仅对环境要求低、灵敏度高而且能很好地解决摄像头存在的泄露隐私等问题。针对目前毫米波雷达人体行为检测存在的杂波干扰和网络模型复杂度高的问题,本文对现有的残差网络进行改进和量化处理,并结合雷达时频变换和杂波抑制,提出了一套完整的雷达人体行为检测信号处理流程。时频变换部分采用距离维FFT、沿慢时间维进行高通滤波、短时傅里叶变换得到时间-多普勒谱;残差网络部分则是嵌入CBAM注意力机制并对其进行32~8位数据量化处理;最后将时间-多普勒谱输入网络模型进行特征提取和分类得到检测结果。实验结果表明,该方法能够消除静态杂波的干扰,检测准确率达97.33%,模型大小仅为20.2 MB。

基于时域编码超表面脉内-脉间编码优化的雷达干扰方法

时域编码超表面是一项可以对电磁波进行时变调制的新技术,针对该技术的调控特性,该文提出了一种基于时域编码超表面脉内-脉间编码优化的雷达干扰方法。首先分别在快时间域和慢时间域建立优化模型,通过优化脉内-脉间相位编码,实现目标能量的搬移,形成距离-多普勒二维图上的欺骗干扰。然后通过遗传算法对该离散优化模型进行求解。另外,该文从超表面编码策略的角度分析了多种调控因素对干扰效果的影响,为实现欺骗干扰的最佳策略提供指导。

基于ITS模型的短波宽带移动信道建模与仿真

短波宽带移动信道模型是远程机动平台移动通信系统性能分析评估的基础,现有短波宽带信道模型不能有效表征机动平台移动信道快时变多普勒效应,难以适应机动平台短波移动通信需要。鉴于此,在分析机动平台行为模式与信道时变多普勒效应的映射关系基础上,推导出了机动平台移动信道冲激响应表达式,基于ITS(international telecommunication society)模型提出了一种适用于固定与机动不同场景、不同传播模式、宽窄带融合的短波通信信道模型。利用信道冲激响应与信道散射函数从时域色散、频域色散两个维度对本文信道模型的有效性进行了验证。结果表明,该信道模型能够基于机动平台运动轨迹实现时变多普勒效应传播复现与信道模拟;也能在运动轨迹未知情况下,基于飞行器种类、机动频率等先验信息,实现具有各态历经性的机动平台短波宽带信道仿真,对机动平台短波移动通信系统效能评估有重要意义。

线性光学采样算法中的多普勒补偿研究

基于双光梳的时频传递技术在实验中已经实现稳定的时频传输。然而,当双光梳两端存在相对运动而产生多普勒效应时,涉及的线性光学采样算法将不能满足要求。为了能够精确解算多普勒效应导致的干涉信号时间延时和频率偏移,本文推荐了一种基于宽带互模糊函数的时差频差联合估计算法。仿真模拟了特定参数下,光梳延时为38.78 fs,相对速度在0~1800 m/s之间的若干组干涉信号,所推荐算法仿真得出时延误差为0,速度误差小于0.3 m/s。相对于窄带互模糊函数,该算法具有更好的大速度下时间及频率尺度估计性能。