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基于改进强耦合振子的微弱脉冲信号检测方法

物理学报 2024年第4期73卷 88-97页

作者：李远芳姜园赵磊中山大学电子与通信工程学院深圳518107

强耦合振子可用于微弱脉冲信号的检测和波形恢复,但其对微弱脉冲信号的检测频率会受到系统内置频率的限制.在系统内置频率固定的情况下,系统只能对一定频率范围内的脉冲信号进行有效检测和波形恢复,在检测更高频率的脉冲信号时会出现波... 详细信息

强耦合振子可用于微弱脉冲信号的检测和波形恢复,但其对微弱脉冲信号的检测频率会受到系统内置频率的限制.在系统内置频率固定的情况下,系统只能对一定频率范围内的脉冲信号进行有效检测和波形恢复,在检测更高频率的脉冲信号时会出现波形失真.本文分析了耦合振子内置频率和微弱脉冲信号检测频率之间的关系,提出两种改进强耦合振子结构以扩展微弱脉冲信号的频率检测范围.通过引入非线性恢复力耦合项,非线性恢复力强耦合振子可以有效保留信号的高频分量,在更高频率的脉冲信号输入时也能较好地保留信号特征.双振子强耦合系统通过引入Van der Pol-Duffing振子,加强了系统内部结构的稳定性,同样达到了扩展脉冲信号频率检测范围的效果.此外,基于变迭代步长和混沌检测的频率相关性,提出了一个未知频率脉冲信号检测方法,以改变迭代步长的方法代替改变系统内置频率来进行频率扫描,并且利用混沌检测的频率相关性,将接收信号和恢复信号的相关系数和纯噪声输入情况下的相关系数进行对比,根据两个相关系数之间的明显差异可以有效检测出脉冲信号.通过仿真实验进行验证,所提方法可以有效检测出未知频率的脉冲信号,并且所提的改进强耦合振子结构相对于强耦合振子有较大的性能提升.

关键词：强耦合非线性恢复力强耦合振子双振子强耦合系统微弱脉冲瞬态脉冲

基于广义Rao检验的单/多比特MIMO雷达运动目标检测方法

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系统工程与电子技术 2024年第1期46卷 105-112页

作者：黄广佳程旭饶彬王伟中山大学电子与通信工程学院广东深圳518107

通道数的增加在提高多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达目标检测性能的同时,也显著增加了数据的传输量和处理负担。针对运动目标的集中式MIMO雷达检测问题,首先对雷达回波数据进行比特量化,然后再进行融合检测处理... 详细信息

通道数的增加在提高多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达目标检测性能的同时,也显著增加了数据的传输量和处理负担。针对运动目标的集中式MIMO雷达检测问题,首先对雷达回波数据进行比特量化,然后再进行融合检测处理。由于广义似然比检验(generalized likelihood ratio test,GLRT)需要对未知参数进行最大似然估计(maximum likelihood estimation,MLE),而上述问题中未知参数的MLE没有闭合解,导致相应的检验统计量的计算量较大。采用了一种新颖的广义Rao(generalized Rao,G-Rao)检验方法,由于不需要求解未知参数的MLE,相应的检验统计量有闭合解,显著降低了检验统计量的计算量。此外,为改善检测性能,运用粒子群优化算法对量化门限进行了优化。最后,实验结果在验证G-Rao检测器有效性的同时,表明:相比单比特量化而言,少量多比特量化在有效降低信号传输和处理负担的同时,其检测性能高于单比特量化方式。

关键词：多输入多输出雷达比特量化目标检测广义Rao检验粒子群方法

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基于机器学习的水下光通信信道估计与信号解调算法仿真研究

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光电子·激光 2025年第2期 200-207页

作者：叶鹏飞张鹏伍文韬于浩范云龙张鹏浩长春理工大学电子信息工程学院长春理工大学中山研究院长春理工大学光电工程学院

在水下无线光通信系统中，水的吸收、散射以及湍流等效应将造成信道估计与信号检测的困难，从而导致了通信误比特率（bit error rate,BER）升高，甚至无法通信。针对水下复杂信道下光通信信道估计与信号检测的难题，提出了基于机器学习... 详细信息

在水下无线光通信系统中，水的吸收、散射以及湍流等效应将造成信道估计与信号检测的困难，从而导致了通信误比特率（bit error rate,BER）升高，甚至无法通信。针对水下复杂信道下光通信信道估计与信号检测的难题，提出了基于机器学习（machine learning, ML）的信道估计与解调算法，研究其在直流偏置光-正交频分复用（direct current biased optical-orthogonal frequency division multiplexing, DCO-OFDM）光通信系统中水下信道估计及信号检测性能。首先基于所提信道估计与解调算法(深度神经网络（deep neural network, DNN）和无监督学习的k-means星座解调器)完成复杂信道频率响应、二次均衡及误比特分析的仿真建模。其次对比传统最小二乘法（least squares, LS）、线性最小均方误差（linear minimum mean square error, LMMSE）信道估计算法及最小距离解调算法，完成复杂信道下光通信信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）增益等研究。仿真结果中，在湍流闪烁指数为0.18、距离为10 m的水下信道中，当子载波为8阶正交幅度调制（quadrature amplitude modulation, QAM）、误比特率为10-5时，所提信道估计算法相比LS与LMMSE估计分别有大于6 dB与1 dB的信噪比增益。另外采用所提信号检测算法，对比传统算法有大于1 dB的SNR增益。仿真结果表明，所提出基于ML的信道估计与解调算法可提高复杂信道水下光通信的性能。研究结果为远距离、高速复杂水下光通信系统设计提供一定参考。

关键词：水下无线光通信光正交频分复用深度神经网络(DNN) k-means 信道估计信号检测

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全息凝视雷达系统技术与发展应用综述

雷达学报（中英文） 2023年第2期12卷 389-411页

作者：郭瑞张月田彪肖钰胡俊徐世友陈曾平中山大学·深圳电子与通信工程学院深圳518107

全息凝视雷达是一种同时覆盖全空域、同时多功能的阵列雷达,该文首先明确全息凝视雷达定义,并概述全息凝视雷达特点、性能优势以及处理难点;然后,较为全面地介绍了全息凝视雷达的发展历程,归纳了当前的主要应用方向,并对中山大学在全息... 详细信息

全息凝视雷达是一种同时覆盖全空域、同时多功能的阵列雷达,该文首先明确全息凝视雷达定义,并概述全息凝视雷达特点、性能优势以及处理难点;然后,较为全面地介绍了全息凝视雷达的发展历程,归纳了当前的主要应用方向,并对中山大学在全息凝视雷达系统研究方面的进展情况进行了介绍,给出了实际场景下目标探测结果,展示了全息凝视雷达在低空目标监视等方面的应用潜力;接着较为全面地介绍了全息凝视雷达相关关键技术的研究进展,包括系统设计、收发波束控制、目标积累检测以及参数估计等方面;最后总结了全息凝视雷达的发展趋势。

关键词：数字阵列雷达全息凝视雷达全时空探测同时多功能多普勒分辨率

3DSARBuSim 1.0:人造建筑高分辨星载SAR三维成像仿真数据集

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电子与信息学报 2024年第7期46卷 2681-2693页

作者：焦润之邓嘉韩亚权黄海风王青松赖涛王小青中山大学电子与通信工程学院深圳518107

层析合成孔径雷达(Tomographic Synthetic Aperture Radar, TomoSAR)成像技术可有效解决陡峭地形叠掩恢复难题,因此成为城市测绘技术的研究热点之一。基于公开数据集的评估是TomoSAR算法研究与系统论证的必要过程,但目前存在的公开数据... 详细信息

层析合成孔径雷达(Tomographic Synthetic Aperture Radar, TomoSAR)成像技术可有效解决陡峭地形叠掩恢复难题,因此成为城市测绘技术的研究热点之一。基于公开数据集的评估是TomoSAR算法研究与系统论证的必要过程,但目前存在的公开数据集缺乏相应的地物模型真值,无法对算法进行定量验证。为解决这一问题,并进一步推动TomoSAR技术的发展,该文首先提出一种基于射线追踪的先进星载雷达模拟器(Ray Tracing Space Borne Radar Advanced Simulator, RT-SBRAS),相较过往方法,该模拟器可快速稳定地模拟复杂建筑物星载SAR图像。基于此,构建了人造建筑物高分辨SAR三维成像仿真(3D SAR Building Simulation, 3DSARBuSim)数据集的1.0版本,其中包含8个典型建筑物场景的双频段多航过全链路仿真数据。最后给出正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit, OMP)算法和双频OMP算法在所提数据集上的验证实验,该数据集可对算法进行清晰、准确的定量比较。

关键词：合成孔径雷达(SAR) 层析成像双频数据集

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基于多层次融合的弱监督目标检测网络

模式识别与人工智能 2024年第5期37卷 424-434页

作者：曹环陈曾平中山大学电子与通信工程学院深圳518107

由于缺少精确的边界框注释,弱监督目标检测器依赖预训练图像分类模型对候选区域进行分类.然而,预训练模型通常对具有鉴别性的区域而非完整的目标产生高响应,导致局部主导、实例丢失和非紧密框等问题.为此,文中提出基于多层次融合的弱监... 详细信息

由于缺少精确的边界框注释,弱监督目标检测器依赖预训练图像分类模型对候选区域进行分类.然而,预训练模型通常对具有鉴别性的区域而非完整的目标产生高响应,导致局部主导、实例丢失和非紧密框等问题.为此,文中提出基于多层次融合的弱监督目标检测网络,从增强对弱鉴别性空间特征的学习、类内样本特征丰富性和可信伪标签权重的角度提升检测性能.首先,幂池化层利用幂函数加权融合邻域内的激活值,减少弱鉴别性特征的信息损失.其次,特征混合方法随机融合候选区域的特征向量,丰富训练样本特征的多样性.最后,基于置信度的样本重加权策略融合预测值和伪标签的置信度,调节伪标签对训练的影响.在3个基准数据集上的实验表明文中网络性能较优.

关键词：目标检测弱监督学习多层次融合深度网络

基于有界成分分析的带内全双工数字自干扰抵消

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电子与信息学报 2023年第5期45卷 1619-1626页

作者：唐燕群马伟峰褚建军魏玺章中山大学电子与通信工程学院深圳518107

凭借能够提升频谱利用率的优势,带内全双工(In-Band Full Duplex,IBFD)技术有望成为现代无线通信系统的潜在方案。然而,在应用过程中却面临自干扰抵消(Self-Interference Cancellation,SIC)的巨大挑战。SIC可以从空域、模拟域和数字域3... 详细信息

凭借能够提升频谱利用率的优势,带内全双工(In-Band Full Duplex,IBFD)技术有望成为现代无线通信系统的潜在方案。然而,在应用过程中却面临自干扰抵消(Self-Interference Cancellation,SIC)的巨大挑战。SIC可以从空域、模拟域和数字域3个方面来单独或组合实现。该文重点研究了IBFD数字SIC。针对传统数字SIC性能受到收发链路器件非理想因素限制的问题,该文建立了一种射频辅助链路的IBFD系统,利用有用信号和自干扰信号的有界性,设计了一种基于有界成分分析的数字SIC方法。在视距(Line Of Sight,LOS)和非视距(Non-Line Of Sight,NLOS)两种信道场景下,利用仿真和实测数据进行了验证分析。结果表明,相比较于最小二乘方法和独立成分分析方法,所提有界成分分析方法改善了SIC效果,并提高了系统误码率性能。

关键词：无线通信带内全双工有界成分分析自干扰抵消

利用全球开源数字高程模型的高程误差预测数据集

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电子与信息学报 2024年第9期46卷 3445-3455页

作者：余翠琳王青松钟梓炫张君豪赖涛黄海风中山大学电子与通信工程学院深圳518107

数字高程模型(DEM)校正一直是遥感地学研究中的重要内容,近年来蓬勃发展的机器学习新方法为DEM高程误差校正提供了新的解决途径。由于机器学习等人工智能方法依赖大量的训练数据,考虑到目前缺少大区域公开的、统一的、大规模和规范化多... 详细信息

数字高程模型(DEM)校正一直是遥感地学研究中的重要内容,近年来蓬勃发展的机器学习新方法为DEM高程误差校正提供了新的解决途径。由于机器学习等人工智能方法依赖大量的训练数据,考虑到目前缺少大区域公开的、统一的、大规模和规范化多源DEM高程误差预测数据集,针对数据集缺失的问题,该文公开了多源DEM高程误差预测数据集(DEEP-Dataset)。该数据集包括4个子数据集,分别基于中国广东省研究区域的数字高程测量的TerraSAR-X附加组件(TanDEM-X)DEM和先进陆地观测卫星世界3D-30米(AW3D30)DEM以及澳大利亚北领地研究区域的航天飞机雷达地形测绘任务(SRTM)DEM和先进星载热发射和反射辐射计全球数字高程模型(ASTER)DEM构成。其中,广东省研究区域的样本数量约为40000,北领地研究区域的样本数约量为1600000。数据集中的每个样本均由10个特征组成,涵盖了地理空间、地物种类以及地表形态等特征信息。通过设置机器学习模型测试、DEM校正以及特征重要性评估等对比实验,验证了DEEP-Dataset在实际模型训练和DEM校正中的有效性,也证明了该数据集的合理性和丰富性。

关键词：数字高程模型人工智能机器学习预测数据集

面向6G毫米波通信感知一体化的机动目标联合定位与测速

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通信学报 2023年第3期44卷 81-92页

作者：周炳朋马珊珊中山大学电子与通信工程学院广东深圳518000

针对6G毫米波无线通信感知一体化网络中的车辆状态估计问题,提出了车辆位置、速度和时变信道联合估计算法。为了应对多径反射干扰、随机信道衰落、非凸函数优化等技术难题,挖掘时变信道及反射传播特点,提取多径反射传播模型的隐含线性结... 详细信息

针对6G毫米波无线通信感知一体化网络中的车辆状态估计问题,提出了车辆位置、速度和时变信道联合估计算法。为了应对多径反射干扰、随机信道衰落、非凸函数优化等技术难题,挖掘时变信道及反射传播特点,提取多径反射传播模型的隐含线性结构,并采用下行多载波通信信号回波,联合推算车辆位置、速度及信道状态,以抵消多径传播干扰和信道扰动,进而补偿多普勒效应对车辆定位的不利影响。由于在干扰抵消、扰动补偿、非凸函数优化等方面的特殊设计,所提算法的定位及测速性能优于以往技术。仿真分析发现,定位精度和测速精度都随着子载波和收发天线数量的增加而提升,但是随着目标距离的增大而下降。由于车辆定位只利用了回波信号的基带特征,车辆定位精度与中心载波频率无关,但是随着系统带宽的增加而增加,且当系统带宽在150 MHz以上时,车辆定位性能增益非常小。相比之下,车辆测速精度随着中心载波频率的增大而提升,而受系统带宽的影响很小。另外,相比于车辆测速,车辆定位受传输距离和收发天线数量的影响更大。

关键词：通信感知一体化车辆定位多普勒测速