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随机有限集推理动目标轨迹的相干累积检测法

系统工程与电子技术 2023年第12期45卷 3781-3791页

作者：杨文彬李旦张建秋复旦大学信息科学与工程学院电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

长时间相干累积技术在提高雷达对动目标探测能力方面发挥着重要的作用。但是,由目标机动导致的距离和/或多普勒频率徙动将会大大降低相干累积的性能。为解决上述问题,提出一种随机有限集推理动目标运动轨迹的相干累积检测法。首先,通过... 详细信息

长时间相干累积技术在提高雷达对动目标探测能力方面发挥着重要的作用。但是,由目标机动导致的距离和/或多普勒频率徙动将会大大降低相干累积的性能。为解决上述问题,提出一种随机有限集推理动目标运动轨迹的相干累积检测法。首先,通过频率轴反转变换,提取出描述目标运动特性的信号。然后,利用该信号时频变换后的结果构成测量随机有限集,并以状态空间模型描述各目标的运动,在贝叶斯滤波的框架下实现目标运动轨迹的推理。最后,基于推理的轨迹设计出二维匹配滤波器,来补偿未知的距离和/或多普勒频率徙动。理论分析和数值仿真实验结果均表明,该方法可有效处理具有复杂甚至未知运动形式的机动目标。

关键词：脉冲多普勒雷达匹配滤波随机有限集距离徏动多普勒频率徏动

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基于自适应网格技术的快速物理光学方法

电波科学学报 2023年第2期38卷 187-194页

作者：宋凤丽吴语茂复旦大学信息科学与工程学院电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

电大尺寸目标高频散射场的仿真一般使用物理光学(physical optics,PO)方法,该方法要求对目标使用尺寸为八分之一倍波长的三角网格进行剖分.然而,随着入射波频率增加,网格数目呈指数增长.本文提出基于一倍波长的二次曲面网格的快速PO(fas... 详细信息

电大尺寸目标高频散射场的仿真一般使用物理光学(physical optics,PO)方法,该方法要求对目标使用尺寸为八分之一倍波长的三角网格进行剖分.然而,随着入射波频率增加,网格数目呈指数增长.本文提出基于一倍波长的二次曲面网格的快速PO(fast PO,FPO)方法,该方法使用线性多项式拟合振幅函数,能够有效降低面片数目.与二次多项式拟合振幅函数的快速物理光学方法相比,本文方法避免了菲涅尔积分的求解,且计算速度快1.22倍.为了进一步降低网格数目,提出了自适应网格技术的快速物理光学(FPO based on the adaptive mesh technique,AFPO)方法,允许使用比标准奈奎斯特采样率更少的网格数目对目标进行离散.通过后验误差估计和数值算例对所提出算法的精度和速度进行了验证,结果表明与采用均匀网格剖分的方法相比,AFPO方法所需的面片数目降低89.58%.

关键词：物理光学(PO) 自适应网格(AM)技术奈奎斯特采样定律剖分网格数目二次曲面

计算电大尺寸目标的新型多层快速物理光学高效算法

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电波科学学报 2024年

作者：李潜龙吴语茂窦玉莹复旦大学信息科学与工程学院电磁波信息科学教育部重点实验室

为了快速准确地计算电大尺寸目标高频散射场，降低计算代价，本文提出了一种基于八叉树多层结构与二次曲面离散技术的多层快速物理光学(multilevel fast physical optics, MLFPO)算法。八叉树多层结构的引入能够充分利用并行技术对计算... 详细信息

为了快速准确地计算电大尺寸目标高频散射场，降低计算代价，本文提出了一种基于八叉树多层结构与二次曲面离散技术的多层快速物理光学(multilevel fast physical optics, MLFPO)算法。八叉树多层结构的引入能够充分利用并行技术对计算加速。此外，二次曲面离散技术可以更好地拟合凸散射体的表面，相较于平面三角形面片能有效降低未知量数目。在此基础上,本文将MLFPO算法应用目标拓展到复杂的多层涂覆目标。数值算例表明，与商业软件FEKO中的PO算法相比，MLFPO算法在S、C、X、Ku四个波段的计算双站散射场误差在1.54d B以内，计算速度随着频率增加可以提升8倍以上，计算存储度降低98%。MLFPO算法在确保物理光学散射场计算精度的同时能够降低计算代价，是分析电大尺寸目标高频电磁散射问题的有效方法。

关键词：物理光学(PO) 多层加速技术八叉树结构二次曲面多层涂覆反射系数电大尺寸散射体

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介质/金属波导在G波段的损耗及色散特性

光学学报 2021年

作者：李维轩朱晓松石艺尉复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室信息科学与工程学院

仿真研究了介质/金属波导在140～220GHz频段的损耗和色散特性。在该频段，传输波长接近波导尺寸时，介质层不能降低传输损耗。但介质层导致模场结构发生变化，波导的色散进入负值区间。分析总结了具有不同介质层厚度的介质/金属波导的... 详细信息

仿真研究了介质/金属波导在140～220GHz频段的损耗和色散特性。在该频段，传输波长接近波导尺寸时，介质层不能降低传输损耗。但介质层导致模场结构发生变化，波导的色散进入负值区间。分析总结了具有不同介质层厚度的介质/金属波导的色散特性变化和零色散位置。提出了利用不同介质层厚度的波导对金属波导进行色散补偿的方法和方案。结果表明，通过色散补偿可以实现在不同频点的零色散特性，也可以实现一定频段范围内的平坦低色散特性。对该频段波导的结构设计和制作工艺等具有指导意义。

关键词：光纤光学光波导模式色散

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解决电磁散射问题的现代高频技术

电波科学学报 2020年第2期35卷 192-204页

作者：吴语茂金亚秋复旦大学信息科学与工程学院电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

电大尺寸散射体的高频散射高效算法问题是一个重要而具有挑战性的问题.本文首先对解决电磁散射问题的现代高频方法的研究进展进行了综述.其次,对高频散射场的高振荡特性,提出了数值最速下降路径法来计算高频散射场.最后,综合讨论了高频... 详细信息

电大尺寸散射体的高频散射高效算法问题是一个重要而具有挑战性的问题.本文首先对解决电磁散射问题的现代高频方法的研究进展进行了综述.其次,对高频散射场的高振荡特性,提出了数值最速下降路径法来计算高频散射场.最后,综合讨论了高频驻相点贡献\凯勒锥以及爬行波场.

关键词：物理光学几何光学数值绕射数值最速下降路径方法爬行波场

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基于反正弦圆环天线阵列的二维成像

北京航空航天大学学报 2023年第6期49卷 1487-1494页

作者：袁航罗迎陈怡君苏令华空军工程大学信息与导航学院西安710077 复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433 武警工程大学信息工程学院西安710086

雷达成像技术可获得目标的丰富特征信息,从而为目标识别提供重要依据。涡旋电磁波雷达成像技术可获得相对静止目标的高分辨率二维像,是成像领域的研究热点之一。为获得更高的成像质量,利用反正弦圆环天线阵列获得雷达波束内的方位角分... 详细信息

雷达成像技术可获得目标的丰富特征信息,从而为目标识别提供重要依据。涡旋电磁波雷达成像技术可获得相对静止目标的高分辨率二维像,是成像领域的研究热点之一。为获得更高的成像质量,利用反正弦圆环天线阵列获得雷达波束内的方位角分辨能力,提出了一种基于反正弦圆环天线阵列的二维成像算法。利用半个圆环天线阵列,获得与涡旋电磁波雷达成像技术相近的方位角分辨率,并降低了旁瓣高度。对回波进行Dechirp处理,获得一维距离像;在此基础上,构建参考信号,通过信号间的共轭相乘将相位中的余弦函数变为线性函数;将回波累加,获得目标二维像。仿真分析了阵元个数和波束宽度对方位角分辨率的影响,并与涡旋电磁波雷达成像算法对比,验证了所提算法的有效性和鲁棒性。

关键词：圆环天线阵列二维成像实孔径雷达反正弦函数方位角

矩量法-物理光学混合算法计算多尺度复合目标电磁散射场

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电波科学学报 2019年第1期34卷 83-90页

作者：吴安雯吴语茂杨杨张楠复旦大学信息科学与工程学院电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

基于电流的矩量法(method of moments, MoM)和物理光学法(physical optics, PO)的混合算法是目前求解电中尺度和多尺度目标电磁散射和辐射的主要方法,在计算MoM区和PO区的耦合作用时需要对PO区域进行亮区判断.传统纯CPU亮区判断方法时... 详细信息

基于电流的矩量法(method of moments, MoM)和物理光学法(physical optics, PO)的混合算法是目前求解电中尺度和多尺度目标电磁散射和辐射的主要方法,在计算MoM区和PO区的耦合作用时需要对PO区域进行亮区判断.传统纯CPU亮区判断方法时间复杂度为O(N^2),时间消耗随着面片数量N增加而急剧增大.文中通过GPU渲染功能及对深度缓冲区(zbuffer)的利用,对PO亮区判断过程进行加速,亮区消耗时间与面片数量无直接联系,在面片数量达到10~5数量级以上加速优势明显.将加速的MoM-PO混合方法应用于复杂目标与粗糙面的组合情况,对比多层快速多级子(multi level fastmultipole method, MLFMA)方法,相比于纯PO方法,获得较高的精度.相比于单一算法,混合算法有明显优势.

关键词：物理光学矩量法图形渲染亮区判断粗糙面

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一种鲁棒的毫米波雷达人体呼吸心跳测量方法

上海航天（中英文） 2022年第3期39卷 130-137页

作者：胡雨璇夏朝阳徐丰复旦大学信息科学与工程学院上海200433 复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

提出一种基于毫米波雷达的人体呼吸心跳测量方法,可用于检测航天员的呼吸心跳。通过发射57.5~63.5 GHz频段的线性调频连续波,采集人体胸腔表面反射的雷达回波,经过混频和低通滤波后采样,得到包含呼吸心跳微动信息的中频采样数据。通过... 详细信息

提出一种基于毫米波雷达的人体呼吸心跳测量方法,可用于检测航天员的呼吸心跳。通过发射57.5~63.5 GHz频段的线性调频连续波,采集人体胸腔表面反射的雷达回波,经过混频和低通滤波后采样,得到包含呼吸心跳微动信息的中频采样数据。通过对中频采样数据做快速傅里叶变换,确定人体胸腔相对雷达的径向距离,进一步提取胸腔位置对应的相位信号。然后采用一种改进的相位差分增强方法,抑制相位信号中呼吸谐波对心跳信号提取的干扰和低频噪声对呼吸信号提取的干扰。最后采用高斯平滑滤波方法从相位信号中提取无波形失真的呼吸信号,并采用低阶有限冲激响应(FIR)滤波器从相位信号中提取无速率失真的心跳信号。此外,对呼吸、心跳信号采用时域寻峰算法计算呼吸率和心率。实验结果表明:此方法对人体呼吸信号和心跳信号测量的准确性高、鲁棒性强。

关键词：调频连续波雷达非接触式生命体征检测相位信号处理数据采集

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计算电大尺寸目标物理光学散射场的快速算法

电波科学学报 2018年第6期33卷 635-641页

作者：张楠吴语茂复旦大学信息科学与工程学院电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433

针对电大尺寸目标高频散射场的仿真,采用物理光学(physics optics,PO)算法来求解.由于PO积分为高振荡积分,传统的数值求积方法非常耗时,文中提出了数值最速下降路径(numerical steepest descent path method,NSDP)算法来计算.首先,通过... 详细信息

针对电大尺寸目标高频散射场的仿真,采用物理光学(physics optics,PO)算法来求解.由于PO积分为高振荡积分,传统的数值求积方法非常耗时,文中提出了数值最速下降路径(numerical steepest descent path method,NSDP)算法来计算.首先,通过对振幅函数和相位函数二次拉格朗日函数插值,得到二次曲面片上PO积分标准形式.其次,通过变换积分路径,将高振荡PO积分转化为最速下降路径上的积分,大大减少了计算复杂度.NSDP算法进一步将PO积分转变为驻相点、谐振点和顶点的贡献,具有鲜明的物理意义.数值算例证明了NSDP算法具有精度误差可控和频率无关的特性.

关键词：物理光学数值最速下降路径算法误差可控频率无关