基于时间反转的室内射频定位方法评估

提出一种种基于时间反转的室内多散射环境射频定位方法.不同于传统的对多径效应敏感的采用接收信号强度、到达时间估计、到达角估计的射频定位方法,时间反转方法充分利用了多径传输作为有用信息.该方法首先要求RFID标签发射一个定位脉冲,该脉冲经过环境散射与多径传播后被阵元间距为3倍波长的稀疏天线阵接收.利用电磁场数值计算方法在仿真空间内将接收到的信号进行时间反转并重新在接收天线阵元位置分别发射.由于室内环境分布（如房间、门等）可视为已知信息,利用该信息可在仿真空间内建立完整而准确的电磁波多径传播模型,用于反演时间反转定位脉冲信号的传播过程.为了估计目标的位置,给出了基于时间反转的反演估计算子.通过监测估计子或时空域电磁场能量分布,即可获得RFID所在位置.仿真结果证实了该方法的有效性,并且由于时间反转方法充分利用了多径传输过程,故在稀疏天线阵下同样有很好的定位性能.     

浅海沉底小目标时的反探测研究

在浅水波导环境下,时反处理利用声场的时反聚焦特性,基于收发合置阵,将接收信号在时间上反转后,再向介质中发射回去,时反信号能量会在目标处聚焦,同时使混响降低.在接收增强的目标回波信号之后,通过多路径补偿波束形成,继续提高信混比.再将波束形成的输出与发射信号的拷贝进行相关处理,以其输出作为检验统计量进行目标检测判决,并根据到达信号的时间延迟对目标行距离进行估计.在湖上实验中,通过比较BS发射和TR发射两种情况下的混响和目标处的入射能量,发现时反处理具有抑制混响、提高信混比的能力.在实验室波导中,利用时反处理的优点进行了沉底小目标探测实验.波导实验结果表明,主动时反探测系统不仅能够有效地检测到沉底小目标,而且可以对目标进行测距.     

发-收互动时间反转检测

研究了有PS(probe source)源发-收时间反转在强混响背景下对目标存在与否的二元假设检验问题.在目标处放一个PS声源产生导引信号,SRA(source receiver array)接收引导信号,对接收到的信号做物理时反(即多路径补偿反波束形成),并对SRA接收到的月标散射回波做接收聚焦(即多路径补偿波束形成),得到聚焦后的目标回波,实现发-收互动的聚焦.对常规BS(broadside)发射检测(没有时间反转)和时间反转检测2种方法各自的性能进行比较.湖上悬浮目标实验数据处理验证了理论分析的结果,并证明时间反转榆测比常规BS发射检测得到更大的信混比,从而提高了悬浮目标的检测概率.     

时间反转处理用于目标探测研究

为提高工作在浅海的声纳性能，提出了基于时间反转处理的微弱目标信号探测的新方法.利用稳定声场的时反不变性和空间互易性，时间反转处理将接收的信号时反发射回去，使之在目标处聚焦，实现混响抑制、信混比提高，同时根据聚焦点的位置信息获取目标的距离和深度参数.时反处理将“海洋自身”而不是“海洋模型”引入信号处理，具有较好的宽容性，是常规匹配滤波和匹配场处理的进一步发展.在被动时反源定位计算机仿真的基础上，利用实验室波导，构建了一个物理时反实验系统，进行了主动时反探测实验.数值仿真和实验结果表明，时反处理可以对目标进行有效的定位.     

基于时间反转算子分解的选择性聚焦方法

为了实现电磁平面波在不同目标上的选择性聚焦,提出了一种基于波动方程时间反转不变性的时间反转算子分解算法。该算法利用天线阵列发射和接收的目标探测信号获得传输矩阵和时间反转算子,然后对该算子进行特征值分解,其中非零主特征值的个数对应目标个数,而每个非零主特征值所对应的主特征向量则包含了相应目标的方位信息。根据每个目标相对应的特征向量计算目标域中各观测点的目标函数可获得目标域中的目标函数值分布情况,并实现在不同目标处的选择性聚焦。最后,通过仿真实验验证了电磁平面波情况下基于时间反转算子分解的选择性聚焦方法的准确性和有效性。     

基于时间反转的远场目标聚焦方法

针对远场目标的时间反转聚焦问题,提出了一种传输矩阵估计下的时间反转聚焦方法。该方法利用目标探测波和目标反射回波获得传输矩阵的最小二乘估计值,进而通过计算得到时间反转算子(TRO),通过对该算子进行特征值分解可获得主特征值和主特征向量,其中主特征值的个数对应目标个数。利用除主特征向量以外的噪声向量进行搜索域内各虚拟观测点的目标函数计算,可以实现在远场目标处的聚焦。仿真结果表明:本文所提方法可以准确有效地实现在远场目标处的时间反转聚焦,而且该算法可以获得比基于TRO分解的选择性聚焦算法更好的聚焦性能。     

基于牛顿迭代法的频不变响应阵设计

为了避免空间指向性随频率变化造成发射或接收信号失真,目标检测与分类用主动声呐常采用频不变响应阵.频域加权矢量的计算是设计频不变响应阵的关键技术.首先根据基阵对空间信号的接收模型给出频不变响应阵的定义,接着从描述基阵实际空间响应和预成空间响应之间差异的数学表达式出发,提出了频不变指数的概念,进而结合所研究问题的目标函数特性给出了利用牛顿迭代法获得实现频不变响应阵所需频域加权矢量的新算法.针对均匀线阵和圆弧阵所作的计算机仿真结果表明,新算法不但收敛速度快、计算精度高,而且不受基阵类型和阵元指向性的限制.     

基于共址MIMO主动声纳的小目标探测

该文为了提高对小目标的探测能力,基于平面波模型提出了一种共址MIMO主动声纳探测处理框架.通过发射正交波形,获得虚拟阵元,实现阵孔径的扩展,减小波束形成后的主瓣宽度,降低旁瓣高度,以提高主动声纳的空间分辨能力,实现对目标方位的高精度估计.设计GLRT检测器,检测估计方向是否有目标存在.实验结果表明MIMO处理较相控阵处理具有更好的目标分辨能力.     

基于LabVIEW的超声导波时间反转信号激励系统

将时间反转信号处理方法运用于超声导波无损检测时,可实现检测能量在缺陷位置的聚焦,从而提高缺陷反射回波信号的分辨率,增强检测效果。本文在LabVIEW环境下设计开发了基于NIPXI5411信号发生器卡和NIPXI5112数字示波器卡的时间反转信号激励系统,通过单传感器单独激励时间反转信号后再叠加的方式实现近似时间反转导波检测。实验表明,该激励系统能有效地解决时间反转导波检测过程中的信号激励问题,具有较好的应用价值。     

双基地声呐发射声屏蔽技术

基线附近区域为双基地声呐的探测盲区,当目标位于基线区域时,目标回波与强直达波干扰同时同向到达,基于空域滤波等的传统直达波抑制方法失效。为实现双基地声呐对盲区内目标的探测,提出了一种适用于多发射阵元系统的发射声屏蔽技术。发射声屏蔽技术利用目标回波与直达波相异的多途信道结构特性,自动屏蔽在接收站位置处的直达波而不影响目标回波,且不需接收站进行任何后续处理。在已知回波信道信息时,发射声屏蔽技术可进一步实现对回波信号的聚焦,提高信干比。仿真结果表明,在不同信道条件下发射声屏蔽均能有效抑制直达波干扰。利用发射声屏蔽技术,双基地声呐能够实现对基线区内目标的检测。     

探地雷达极化探测时域有限差分法模拟效果分析

采用不同天线极化方式进行探地雷达探测时得到的雷达图像是不同的,研究不同属性的目标体在不同极化方式下的雷达信号响应特征,可以指导工作人员在实际应用中对异常的解释。根据天线与测线的分布方向可分为xx,xy,yx,yy四种天线极化方式。本文基于电磁波的极化理论和天线的极化方式,利用时域有限差分法进行正演模拟,分析不同属性不同延伸方向目标体不同极化方式的探测效果。通过模拟分析,无论何种类型的目标体,采用xx和yy天线极化方式比用xy和yx方式得到的雷达信号强度大;对于不同延伸方向的目标体,xx极化方式的信号呈现一定的规律性。已知地下目标体走向和属性时,可采用适当的极化方式和测线来测量;当地下目标体未知时,可根据不同极化测量得到的信号特征来分析地下异常体的属性和走向。     

电磁信号时间反演的实现方法研究进展

讨论了基于数字信号处理技术和模拟信号处理技术实现时域电磁信号时间反演的两类方法.前者可以直接对时域信号进行采样处理或通过在频域中进行相位共轭变换,实现时域信号时间反演;后者基于时域成像原理实现时域电磁信号的时间反演处理,包括微波光子技术和全电子技术两种方案.     

等离子体对电磁波反射与吸收的统计分析

为降低反射电磁波能量和雷达的目标有效截面,用统计分析方法研究了雷达波在均匀非磁化等离子体中传播时所发生的反射、吸收与衰减;模拟了在厚度为10cm、密度在1016～1019m 3、碰撞频率在0.1～10GHz范围内的均匀等离子体中,电磁波频率在1～20GHz、服从均匀和正态2种分布情况时的反射、吸收与衰减.结果表明：对于不同电磁波频率概率分布,等离子体频率和碰撞频率对电磁波反射、吸收与衰减的影响本质相同,只是定量的差别;当电磁波频率服从不同分布时,反射系数、吸收系数与衰减量的分布不同.     

附加延时线的阵列天线模式项RCS减缩优化

减缩天线雷达散射截面时需要保证天线的基本辐射性能,这使得对其带内的雷达散射截面控制变得十分困难.为此,提出了加载不等长延时线的方法来实现阵列天线模式项雷达散射截面的减缩.由于天线模式项散射实质上是天线接收的入射能量经馈电内部不匹配处反射而从天线再次辐射所致,当给阵列单元与馈电网络之间接入一组延时线后,辐射能量只经过这组...     

基于时间反转的管道导波非穿透缺陷检测数值分析

为克服现有导波检测技术对管道非穿透型小缺陷检测的不足,给出一种基于时间反转理论的管道缺陷超声导波无损检测方法.通过对含有非穿透型裂纹小缺陷的管道进行数值模拟,进一步说明了在管道导波检测时,时间反转的方法可以实现超声导波在时间-空间上的聚焦,增强检测能量,提高对小缺陷的检出能力.利用时间反转导波的空间聚焦特性还可建立时间反转导波的圆周位移分布与缺陷的周向和径向位置间的关系,为实现缺陷的三维定位奠定基础.     

基于时间反转的管道导波小缺陷检测数值分析

为克服现有导波检测技术对管道小缺陷检测的不足,给出了一种基于时间反转理论的管道缺陷超声导波无损检测方法.通过对含有裂纹及孔型小缺陷的管道进行数值模拟,进一步说明了在管道导波检测时,时间反转的方法可以实现超声导波在时间-空间上的聚焦,令由于缺陷而产生的多个转换模态同时到达缺陷位置,使原本分散在各导波模态的检测能量汇聚于缺陷处,增强检测能量,提高对小缺陷的检出能力.     

多径条件下舰船目标散射特性分析与实验

岸基对海雷达探测舰船目标时会受到起伏海面的影响,形成电磁波传播的多径效应,对舰船目标雷达散射特性产生影响.根据电磁波传播的四路径模型,提出一种多径条件下舰船目标散射特性的统计分析方法,分析得出了起伏海面对舰船目标散射回波的平均影响系数,基于雷达方程指出该系数对雷达目标回波功率的影响程度.利用声波和电磁波之间的相似特性,采用水声测量实验的方式对多径条件下舰船目标回波特性进行了实验.实验结果验证了方法的有效性.     

时间反转导波激励板卡的设计及实现

为解决时反导波的激励问题,设计并实现了一种适合激励压电换能器产生时反导波的高电压激励板卡.在时反激励板卡的设计过程中,采用交互式状态机实现时反特征信号的快速合成,采用运放电路实现功率输出级电路的驱动,采用差分结构实现高压时反导波输出电路,以保证在实际检测过程中该激励板卡能根据检测要求快速生成所需要的高压时反导波.实际检测结果表明,该激励板卡不仅能驱动压电换能器产生用于常规超声导波检测所需要的窄带高压激励脉冲,还能产生时反检测所需要的高压时反导波.