基于混沌压缩感知的稀疏时变信号在线估计

混沌压缩感知是一种利用混沌系统实现非线性测量的压缩感知理论。针对稀疏时变信号的混沌压缩感知,该文提出稀疏时变信号的在线估计架构,构建一种递归最小二乘准则下的稀疏约束目标函数;通过利用迭代加权非线性最小二乘算法求解目标函数最小化问题,实现稀疏时变信号的参数估计。以Henon混沌系统为例仿真分析了频域时变稀疏信号的估计性能,数值模拟证明了该方法的有效性。     

非线性功放信道下联合信道估计研究

为了解决非线性放大器在60 GHz毫米波信道中造成的非线性影响,提出了基于马尔科夫蒙特卡洛（Markov Chain Monte Carlo,MCMC）算法的联合信道估计与信号检测技术。采用的是MCMC算法中的Metropolis-Hastings方法,在非线性放大器及信道参数未知的情况下,通过被非线性和噪声污染的输出信号（观测信号）来估计非线性放大器的参数,检测输入信号被称为盲均衡技术。仿真结果给出了非线性参数与真实值的对比图以及随SNR变化的误比特率,性能优越。     

混沌调制模信转换实验研究

混沌压缩感知是一种采用混沌系统实现随机测量,利用稀疏正则非线性最优化技术实现信号重构的非线性压缩感知理论;具有实现结构简单,测量数据保密性强等特点。混沌调制是一种基于混沌压缩感知理论的模拟信息转换方法,该方法将待采样信号调制到混沌系统的参数上,通过低速采样混沌系统状态输出实现压缩采样。本文设计了一个基于Lorenz系统的混沌调制实验系统,测试了实验系统对不同稀疏度的频率稀疏信号的重构性能,实验结果验证了混沌调制模信转换的可实现性。      

一种基于经验模态分解的信噪比盲估计新算法

为了增强未知样式信号的信噪比估计性能,提出了一种基于经验模态分解（EMD） 的信号信噪比估计新算法,通过固有模态函数（IMF）分量平均周期判断信号与噪声界限。 给出了经验模态分解估计法的工作原理和流程图,分析了经验模态分解估计法的性能。仿真 结果表明,与信号空间分解法一样,经验模态分解估计法能够实现盲信号信噪比估计,后者 估计均方误差比前者要小,在0 dB信噪比下均方误差不超过0.3 dB。     

混沌背景中微弱信号检测的回声状态网络方法

对复杂非线性系统的相空间重构理论进行了研究分析,提出了混沌背景中微弱信号检测的回声状态网络方法。针对回声状态网络模型参数选取困难这一问题,采用遗传算法对其模型参数进行优化。将回声状态网络模型参数作为遗传算法的个体,混沌时间序列预测均方根误差的倒数作为适应度函数,通过选择、交叉、变异等操作获得适合数据特点的最优模型参数。根据回声状态网络强大的学习和非线性处理能力,利用得到的回声状态网络模型最优参数建立混沌背景噪声的单步预测模型,将淹没在混沌背景噪声中的微弱瞬态信号和周期信号从预测误差中检测出来。以Lorenz系统和实测的海杂波数据作为混沌背景噪声进行仿真实验,仿真结果表明,本文所提方法在预测精度和训练速度方面均优于支持向量机和神经网络模型,能够有效地检测出混沌背景噪声中的微弱目标信号,且具有较小的预测误差。      

同步轨道卫星四站时差统计定轨精度分析

基于卫星通信信号的多站时差测轨是一种重要的新型无源测轨方法,分析其定轨精度对系统 应用具有重要意义。介绍了四站时 差测轨原理与系统组成,提出了基于四站时差测量数据的自校准统计定轨策略,采用计算机 仿真了同步轨道卫星的统计定轨精度。仿真结果表明：当无系统误差时,24 h观测数据统计定轨位置误差约为11 m,预报1周位置误差约100 m;当存在系统 误差时,可用自校准方法同步估计系统误差,系统误差估计精度约为4 m,位置误差约 为120 m,预报1周的位置误差约为200 m。     

基于稀疏重构的角度-速度联合目标参数估计方法

针对目标多参数联合估计问题,利用目标在空-频域的稀疏性,提出了一种基于奇异值分解的正则化多测量矢量欠定系统聚焦求解(SVD-RMFOCUSS)算法,实现了目标角度速度参数的联合估计。在发射信号采用脉间捷变频技术的基础上,通过建立基于过完备字典矩阵的角度速度估计信号模型,采用奇异值分解提取信号子空间以降低运算量,利用RMFOCUSS算法完成目标角度速度参数与字典元素的自动匹配,给出了基于MUSIC算法的角度速度联合谱计算公式,并与文中所提算法进行了比较。仿真实验表明文中所提方法可以在低信噪比的情况下实现目标参数的精确估计,且估计性能优于MUSIC方法,具有更高的角度、速度分辨力及估计精度。同时该方法也适用于强欺骗干扰下对弱信号的检测与估计。     

混沌模拟信息转换——基于多射法的稀疏信号重构

混沌压缩采样是应用混沌系统实现非线性测量的压缩采样理论。该文研究模拟信号的混沌压缩采样-混沌模拟信息转换。该转换通过稀疏信号激励混沌系统,低速采样系统输出实现;信号重构则以混沌系统参数估计理论为基础,通过稀疏正则化的非线性最小二乘问题进行求解。该文将多射法(MS)与迭代再加权非线性最小二乘算法(IRNLS)结合,给出混沌模拟信息转换的MS-IRNLS信号重构算法。文中以Lorenz系统为例,仿真验证了MS-IRNLS算法的重构性能,结果表明方法的有效性。     

一种基于TDOA的多天线联合测角算法

针对分布式多天线系统中传统测角方法存在测量精度偏低、宽带信号不适用等问题,提出了一种基于时延差（Time Difference of Arrival,TDOA）测量的多天线二维测角算法。该算法基于最小二乘原理,综合利用多基线测量结果进行迭代计算,有效提高了估计精度,且无需解模糊。推导了算法的克拉美罗界(Cramér-Rao Lower Bound,CRLB)与均方根误差表达式,讨论了算法的测角性能。当天线数为7、天线间距100 m、时延估计精度优于10 μs时,测角精度接近CRLB,方位角精度优于3°,俯仰角精度优于4°。算法复杂度适中,能够应用到多天线无源侦察、空间目标跟踪等应用中。     

基于LFM模型的高动态弱GPS信号载波捕获

根据极大似然估计理论,通过载波频率和频率变化率分段对消、快速傅里叶变换(FFT)结果选大估计载波频率和频率变化率,实现载波信号捕获,建立了高动态全球定位系统(GPS)载波的线性调频(LFM)信号模型,并给出了算法的具体实现。详细分析了该算法中检测统计量的分布特性,推导了恒虚警准则下的检测门限,并讨论了其中关键参数的设计。仿真结果表明,该算法可以实现对18 dBHz的GPS高动态信号的载波捕获。     

EMD方法及其在红外气体传感器信号处理中的应用

该文研究了经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)方法在红外气体检测中的应用。针对红外气体浓度信号的特点对算法进行了改进,使得算法能够在不分解出所有IMF(Intrinsic Mode Function)分量的情况下,正确提取所需的IMF分量。与低通滤波和锁相等方法进行了比较分析,结果表明,改进后的EMD算法具有所需数据量少、计算量小、提取的有用信号能量损失少等优点,可以快速识别气体浓度的变化,有效提高气体浓度测量的精度,适用于在线实时检测。     

基于MSP432的高精度质检秤设计

针对当前粮食储备行业中高精度质检秤测量电路硬件电路复杂、成本过高的问题,设计了一种基于MSP432单片机的高精度质检秤的设计方法。系统采用德州仪器公司最新的MSP432作为主控芯片,主要通过在MSP432单片机中实现数字锁相放大器来提高电子秤的测量精度。整个系统只采用了较少的放大、滤波模拟电路设计,多采用数字信号处理的方法来代替模拟电路设计。系统具有1~500 g的测量范围,在整个测量范围内系统的测量精度可达到0.1 g。此外,系统提出的在MSP432上实现的数字锁相放大器方法,在精密测量方面具有极高的参考性,适当改进算法就可以应用在温度、电阻、压力等测量电路中。     

基于数字锁相相关计算结构的优化算法

为了兼顾数字锁相检测的速度和精度,提高信号检测系统的综合性能,该文提出了一种基于数字锁相相关计算结构的高速算法并结合过采样对算法性能优化。该方法在过采样的基础上将采样频率还原为4倍于原信号的频率,快速数字锁相算法对下抽样后q个周期的4q个采样点进行加减法运算即可实现,与传统数字锁相算法相比几乎消除了所有的乘法运算,大幅度地提高了数字锁相算法实现的速度。同时引入修正因子改善了由于降采样所带来的误差。实验结果表明,该方法既有过采样和锁相检测的高精度,能够检测到较低信噪比的信号,又具备较高的速度,使得该算法对微弱信号的实时检测在普通微处理器上的实现成为可能。     

32通道光纤阵列式高灵敏飞秒激光光谱分析仪

针对飞秒激光光谱学研究中对微弱光信号的多通 道光谱分析的需求,提出了一种32通道光纤阵列- 锁相放大光谱分析仪(OSA)设计方案。32通道光纤阵列用于传输线型分布光谱信号,经光电 探测器(PD)转换的电信号 由32通道同步数字锁相放大器进行处理。基于现场可编程门阵列(FPGA)设计的32通道同步 数字锁相放 大器,实现了各路独立的微弱光谱信号同时检测功能。针对飞秒激光光谱测量中重复频率为 1kHz的强干 扰,设计1kHz陷波器,提高信号测量的动态范围。设计的OSA的测量光谱范围 为400～1100nm,通 道光谱间隔为4nm。实验结果表明:32通道光纤阵列OSA的通道隔离度大于80dB,输入光噪声密 度为37.9fW/Hz,各通道极限检测灵敏度可达 18.9fW,动态储备达到120dB。应用于飞秒时间分辨荧光 光谱测量,对超荧光干扰抑制效果明显,同时极大地提高了测量灵敏度并缩短动力学测量时 间至6min。 本文实现的OSA具有灵敏度高、体积小和性价比高等优点,适用于对微弱光谱 信号的高灵敏与快速检测分析。     

基于光弹调制的原子磁强计中光信号检测方法

在无自旋交换弛豫原子磁强计中,需要检测极小的旋光角度。基于光弹调制器的偏振调制技术由于其较低的噪声和长时间的稳定性在各种检测方法中是优选的。但光弹调制器的输出信号里包含有大量噪声和高次谐波,严重影响了原子磁强计的性能。针对以上问题分析了基于光弹调制器的偏振调制技术的原理和待检测信号的特性,并提出一种基于双通道数字锁相放大器的原子磁强计微弱信号检测方法。该方法简化锁相放大算法,减小电路复杂度,并能准确地同时检测一次谐波和二次谐波的幅值。理论分析和仿真结果表明,该检测系统工作良好,可以准确地检测微弱信号,误差在0.1%以内。     

Analog CMOS design for optical coherence tomography signal detection and processing.

A CMOS circuit was designed and fabricated for optical coherence tomography (OCT) signal detection and processing. The circuit includes a photoreceiver, differential gain stage and lock-in amplifier based demodulator. The photoreceiver consists of a CMOS photodetector and low noise differential transimpedance amplifier which converts the optical interference signal into a voltage. The differential gain stage further amplifies the signal. The in-phase and quadrature channels of the lock-in amplifier each include an analog mixer and switched-capacitor low-pass filter with an external mixer reference signal. The interferogram envelope and phase can be extracted with this configuration, enabling Doppler OCT measurements. A sensitivity of -80 dB is achieved with faithful reproduction of the interferometric signal envelope. A sample image of finger tip is presented.     

基于HTML5的混沌系统的数字化实现

为产生伪随机数字混沌序列,提出了一种新的混沌系统数字化实现方法,该方法采用HTML5技术实现连续混沌系统的离散和迭代运算;基于数字混沌序列和线性插值算法实现了混沌吸引子相图、时间序列的绘制。该方法具有跨平台使用特性、本地储存特性和渲染模式,为把混沌技术的应用植入浏览器提供了可能,该方法可应用于多平台共享的混沌信息加密、混沌演示、混沌性能测试等领域。     

云层背景下基于混沌理论的红外小目标检测研究

针对云层背景下红外小目标检测难、可用数据集少的问题,提出了一种基于混沌预测的检测方法。首先从云层背景的空间混沌特征出发,采用径向基函数神经网络设计了混沌序列的预测模型,并利用遗传算法优化网络参数,提高预测精度。然后利用预测模型对图像像素序列的预测值与实际值之间的预测误差,实现了小目标检测。最后通过实验验证了上述算法的有效性,对测试样本的检测率为86.7%,虚警率为0.86%。     

Theoretical model of optical fiber secure communication system with chaotic multiple-quantum-well lasers

Chaotic synchronization of injected multiple-quantum-well lasers of optical fiber system and a theoretical model of optical fiber chaotic secure communication system are presented by coupling a chaotic multiple-quantum-well laser synchroniza- tion system and a fiber channel. A new chaotic encoding method of chaos phase shift keying On/Off is proposed for optical fiber secure communications. Chaotic synchronization is achieved numerically in long-haul fiber system at wavelength 1.55 μm. The effect of the nonlinear-phase of fiber is analyzed on chaotic signal and synchronization. A sinusoidal signal of 0.2 GHz frequency is simulated numerically with chaos masking in long-haul fiber analog communication at wavelength 1.55 μm while a digital signal of 0.5 Gbit/s bit rate is simulated numerically with c1haos masking and a rate of 0.05 Gbit/s are also simulated numerically with chaos shift keying and chaos phase shift keying On/Off in long-haul fiber digital communica- tions at wavelength 1.55 μm     

联合空间信息的改进低秩稀疏矩阵分解的高光谱异常目标检测

针对低秩稀疏矩阵分解的高光谱异常目标检测算法忽略了图像的空间信息,导致检测精度低的问题,提出了一种联合空间信息的改进低秩稀疏矩阵分解的高光谱异常目标检测算法。算法综合利用了高光谱图像的光谱信号与空间信号,并与图像自身的稀疏性相结合,对经典的基于低秩稀疏矩阵分解的目标检测算法进行改进,该算法以待测像元为中心构建一定大小的空间窗,计算中心像元与邻域内其他像元的空间相似度权值和光谱相似度权值,通过计算邻域内其他像元对中心像元的比例权值得到了中心像元的重构光谱值并作差得到两者的残差矩阵;最后基于低秩稀疏矩阵分解的高光谱异常目标检测算法得到图像的稀疏矩阵,将代表异常目标信息的稀疏矩阵和残差矩阵相加并求解矩阵行向量之间的欧式距离得到像元的异常度,设置阈值,得到检测结果。为验证所提算法的检测性能,采用了真实的高光谱数据进行仿真实验,并与现有算法进行对比,结果表明该算法能够得到更高的检测精度。