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基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位

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中国激光 2024年第8期51卷 206-213页

作者：杨竣淇王照勇刘依凡帅禄玮高侃叶青蔡海文中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 上海中科神光光电产业有限公司上海201815 上海佘山地球物理国家野外科学观测研究站上海201602

分布式光纤多维定位对于周界安防、地震速报、目标跟踪等应用有着十分重要的意义。地震源或空气中声源波长与光纤探测孔径为同一量级,光纤传感通道无法对波场进行密集采样,难以实现精准定位。为了消除光纤大探测孔径对目标源多维定位的... 详细信息

分布式光纤多维定位对于周界安防、地震速报、目标跟踪等应用有着十分重要的意义。地震源或空气中声源波长与光纤探测孔径为同一量级,光纤传感通道无法对波场进行密集采样,难以实现精准定位。为了消除光纤大探测孔径对目标源多维定位的影响,提出了一种基于相位校正的分布式光纤大探测孔径多维定位方法。首先建立了光纤传感通道对目标源的响应模型,分析了光纤阵列相位误差来源,根据目标源预估计位置对光纤阵列采样信号进行相位校正;然后对校正后的信号进行空间谱估计并采用多次迭代降低定位误差。现场初步实验结果表明,所提方法能够有效实现对目标源的二维定位,定位结果与实际测量位置的误差为1.1 m。该方法可用于既有光缆,提高了分布式光纤传感系统在实际应用中的定位能力。

关键词：光纤光学分布式声波传感阵列信号处理目标定位

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基于图信号处理的频控阵雷达目标定位方法

电子与信息学报 2023年第5期45卷 1559-1566页

作者：谢宁波欧阳缮廖可非王海涛蒋俊正桂林电子科技大学信息与通信学院桂林541004 卫星导航定位与位置服务国家地方联合工程研究中心桂林541004

针对现代雷达应用对目标高精度测角和测距的需求,该文将图信号处理(GSP)应用于频控阵(FDA)雷达目标定位中,提出一种基于图信号处理的频控阵雷达目标定位新方法。首先,基于频控阵雷达几何模型及回波数据间的信号关联性构建回波数据的图... 详细信息

针对现代雷达应用对目标高精度测角和测距的需求,该文将图信号处理(GSP)应用于频控阵(FDA)雷达目标定位中,提出一种基于图信号处理的频控阵雷达目标定位新方法。首先,基于频控阵雷达几何模型及回波数据间的信号关联性构建回波数据的图信号模型,进而利用图傅里叶变换对上述图信号作图谱分解,构建2维谱峰搜索优化函数,最终有效获得目标的方位角-距离联合估计。仿真实验结果表明,该算法能够正确估计出目标的方位角和距离信息;在相同仿真条件下,算法的估计精度优于同类算法且提升了对弱目标的定位性能。

关键词：雷达目标定位阵列信号处理频控阵图傅里叶变换方位角-距离联合估计

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基于空时处理的水声扩频通信

电子与信息学报 2022年第6期44卷 2006-2013页

作者：周锋张文博张宝胜聂东虎王洋刘兵哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨150001 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001

由于海洋干扰严重,水声通信十分困难。扩频通信技术具有良好的抗干扰性能,能够保证在复杂的海洋环境中进行可靠的通信,常被用于水声通信中。水声信道是典型的相干多径信道。沿不同路径到达的信号具有不同的传播时延和到达角,因此接收信... 详细信息

由于海洋干扰严重,水声通信十分困难。扩频通信技术具有良好的抗干扰性能,能够保证在复杂的海洋环境中进行可靠的通信,常被用于水声通信中。水声信道是典型的相干多径信道。沿不同路径到达的信号具有不同的传播时延和到达角,因此接收信号具有时空特性。即接收信号具有时延扩展和角度扩展。多径信号的相干叠加导致接收信号中存在严重的符号间干扰。为了充分利用水声信号的时空聚类特性,该文设计了一个空时处理器,分别对沿每条路径到达的信号进行滤波。结合时空簇的多样性,可以有效提高通信系统的可靠性。提出了一种基于空时聚类处理的水声扩频通信方案。并在仿真和实验中对该通信方案进行了比较和分析,以验证其性能优势。

关键词：水下通信扩频通信阵列信号处理

基于MR-MWC系统的载频与DOA联合估计

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电子学报 2023年第5期51卷 1282-1290页

作者：国强李沛徐伟戚连刚 Kaliuzhnyi Mykola 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院黑龙江哈尔滨150001 先进船舶通信与信息技术工业和信息化部重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔科夫国立无线电电子大学乌克兰哈尔科夫61166

针对传统奈奎斯特采样会产生庞大的数据量以及现有的阵列压缩采样系统存在结构复杂、重构运算量大等问题,本文提出了一种基于均匀线型阵列的改进型调制宽带转换器(Modulated Wideband Converter,MWC)的阵列接收系统,无需重构即可直接对... 详细信息

针对传统奈奎斯特采样会产生庞大的数据量以及现有的阵列压缩采样系统存在结构复杂、重构运算量大等问题,本文提出了一种基于均匀线型阵列的改进型调制宽带转换器(Modulated Wideband Converter,MWC)的阵列接收系统,无需重构即可直接对接收信号的压缩采样数据进行载频与波达方向(Direction Of Arrival,DOA)估计.所提系统在MWC测频支路中采用周期性循环移位伪随机序列作为混频函数以求得子带索引估计,采用基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)谱线插值法进行基带频率估计,且将MWC测向分支中混频函数设置为相同的伪随机序列,便可直接利用高分辨率的多重信号分类(MUltiple SIgnal Classification,MUSIC)算法对组合压缩采样数据完成DOA估计.实验仿真结果证明了所提系统能较好地从压缩采样数据中完成对目标的载频与DOA参数估计.

关键词：压缩采样均匀线阵调制宽带转换器载频估计波达方向估计阵列信号处理

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利用协方差矩阵拟合的阵列孔径扩展方法

声学学报 2023年第5期48卷 911-919页

作者：刘恺忻付进邹男张光普郝宇哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨150001 工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001

提出了一种协方差矩阵拟合的阵列孔径扩展方法来提高小孔径均匀直线阵的分辨力。该方法分析了具有不同阵元个数的阵列采集信号协方差矩阵之间的关系,并根据该关系构建阵列扩展的优化算法,利用小孔径实际阵列协方差矩阵拟合得到大孔径虚... 详细信息

提出了一种协方差矩阵拟合的阵列孔径扩展方法来提高小孔径均匀直线阵的分辨力。该方法分析了具有不同阵元个数的阵列采集信号协方差矩阵之间的关系,并根据该关系构建阵列扩展的优化算法,利用小孔径实际阵列协方差矩阵拟合得到大孔径虚拟阵列的协方差矩阵。仿真分析与湖试数据处理结果表明,将拟合协方差矩阵用于现有方位估计方法中能够降低波束宽度,提高分辨力,并且随着虚拟阵元个数增加,目标分辨概率同步提高。当阵列孔径较小或环境信噪比较低时,本文方法可用于提高方位估计性能。

关键词：方位估计阵列孔径扩展协方差矩阵拟合阵列信号处理

数字化安全管控视角下的全息影像:定义、基本框架及关键技术

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高电压技术 2023年第8期49卷 3335-3345页

作者：王波张迎晨齐冬莲马富齐董旭柱电网环境保护国家重点实验室武汉430072 武汉大学电气与自动化学院武汉430072 浙江大学电气工程学院杭州310027 西安理工大学电气工程学院西安710054

以影像为数据源的数字安全管控技术在维护电力生产安全中起着重要作用。针对电力风险难以全面管控问题,首先以典型安全事故为例,分析了电力风险空间分布随机性、时间分布暂态性、物理场分布多源性;然后尝试拓展影像技术的内涵和外延,针... 详细信息

以影像为数据源的数字安全管控技术在维护电力生产安全中起着重要作用。针对电力风险难以全面管控问题,首先以典型安全事故为例,分析了电力风险空间分布随机性、时间分布暂态性、物理场分布多源性;然后尝试拓展影像技术的内涵和外延,针对性地提出了安全视角下的全息影像概念,并构建了电力全息影像技术框架;接着重点阐述了全息影像构建时涉及的关键技术,即传感技术、安全风险机理分析与反演技术、单物理场成像技术、多物理场影像融合技术、安全风险预警与分析技术;最后分析了全息影像视角下安全管控存在的问题与面临的技术挑战,为电力安全管控提供了一套完整方法论。

关键词：安全管控多物理场可见光成像图像融合阵列信号处理

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基于水声扩频信号的空时分簇DoA估计算法

通信学报 2022年第8期43卷 100-108页

作者：周锋张宝胜张文博哈尔滨工程大学水声技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了解决波达方向估计稳定性差、分辨率低、低信噪比下性能下降严重等问题,针对水声扩频信号提出了一种空时分簇波达方向估计算法。该算法利用时频二维搜索的思想,将常规波束成形和扩频序列结合,设置角度间隔搜索水声扩频信号的入射角... 详细信息

为了解决波达方向估计稳定性差、分辨率低、低信噪比下性能下降严重等问题,针对水声扩频信号提出了一种空时分簇波达方向估计算法。该算法利用时频二维搜索的思想,将常规波束成形和扩频序列结合,设置角度间隔搜索水声扩频信号的入射角度和到达时延,将空间谱上升至时延-角度谱,使其保持较高的分辨率。利用扩频序列的特性,使空时分簇波达方向估计具有抗干扰和低信噪比下稳健工作的能力。仿真与水池实验结果证明,与传统波达方向估计算法相比,所提算法在抗干扰性、分辨率、抗噪声方面具有更好的性能,同时不需要信源数估计以及角度预估计,具有更加稳健的性能。

关键词：波达方向估计空时分簇水声扩频信号阵列信号处理

三类天线阵列布局的流星雷达到达角估计性能分析

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电波科学学报 2023年第5期38卷 845-852页

作者：王思远尹文杰冯健刘祎唐琼周晨赵正予哈尔滨工业大学空间科学与应用技术研究院深圳518055 武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072 中国电波传播研究所青岛266107

为了分析阵列布局对流星雷达到达角(direction of arrival,DOA)估计性能的影响,本文以阵列信号空间谱和克拉美-罗界(Cramer-Rao bound,CRB)作为评估指标,对流星雷达的三种天线阵型即十字阵型、T阵型和L阵型进行了DOA估计性能比较分析,... 详细信息

为了分析阵列布局对流星雷达到达角(direction of arrival,DOA)估计性能的影响,本文以阵列信号空间谱和克拉美-罗界(Cramer-Rao bound,CRB)作为评估指标,对流星雷达的三种天线阵型即十字阵型、T阵型和L阵型进行了DOA估计性能比较分析,并对比了十字阵型调整天线元间距后与传统方式的性能差异.研究结果表明:三种阵型中,T阵型在精确度和稳定性上均优于其他两种阵型,L阵型在某些方向的DOA中性能最优,但在其他方向上表现较差;改变天线间距会使得某个方向的DOA估计精度提高,但以降低其他方向的DOA精度为代价.

关键词：流星雷达阵列信号处理到达角(DOA)估计空间谱克拉美-罗界(CRB)

基于改进最小方差无失真响应角度谱算法的气体泄漏定位方法

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应用声学 2024年第1期43卷 110-118页

作者：王天琪杨祥国晏园刘成龙张金磊武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063

针对噪声环境下微小气体泄漏难以准确定位的问题,提出了一种基于改进最小方差无失真响应角度谱算法的气体泄漏定位方法。该算法通过引入信噪比追踪加权的方式,提取受噪声影响较小且单个声源能量占优的时频支撑域,并通过Softplus激活函... 详细信息

针对噪声环境下微小气体泄漏难以准确定位的问题,提出了一种基于改进最小方差无失真响应角度谱算法的气体泄漏定位方法。该算法通过引入信噪比追踪加权的方式,提取受噪声影响较小且单个声源能量占优的时频支撑域,并通过Softplus激活函数自适应地调整不同频率分量对角度谱函数的贡献,增加泄漏声源占优的时频域权重;此外,引入基于时频稀疏性的分频带处理,使各子频带内存在一个主导声源能量占优,抑制低频段噪声能量的积累同时避免高频混叠现象。通过软件仿真计算以及实验验证算法的性能,结果表明改进最小方差无失真响应角度谱算法可以实现气体泄漏源的精准定位,定位结果的最大误差在3.5°以内。相比传统算法,该方法在低信噪比和低采样点数下有更高的稳定性、抗噪能力及准确率,可为气体泄漏定位的实际应用提供一定的参考价值。

关键词：最小方差无失真响应泄漏定位波达方向估计阵列信号处理