基于改进型Colpitts振荡器的超宽带混沌穿墙成像雷达

提出了一种基于改进型Colpitts振荡器的超宽带混沌穿墙成像雷达,利用混沌相关法获得一维距离信息,通过天线扫描实现二维成像。基于时域有限差分法的数值电磁仿真和实验结果表明,该系统可对墙后人体目标进行探测,并可穿透0.2m厚的加气煤渣砖墙,对墙后的单、双金属球目标进行成像。系统的距离向和方位向分辨率分别为6cm和8cm。     

浅海负跃层条件下的warping变换宽带无源测距方法

夏季浅海波导中常常存在强烈的负跃层,研究warping变换无源测距在这种水文条件下的使用方法具有重要的应用价值。对于上发上收、上发下收和跃层强度较小时下发下收的情况,海面海底反射类简正波对声场起主要作用,可以对接收信号的自相关函数进行时域warping变换,利用特征频率匹配的方法进行无源测距。而对于跃层强度较大时下发下收的情况,水体折射-海底反射类简正波对声场起主要贡献,可以对接收信号的自相关函数进行频域β-warping变换进行无源测距。并且能在事先获得粗略的水体声速剖面参数的情况下,通过设置一个已知距离的引导声源,那么即使估计得到的波导不变量存在一定误差,实际测距结果也可以与真实距离符合得较好。利用warping变换对一次夏季浅海实验接收到的目标发出的宽带信号进行无源测距,估计距离与真实距离符合较好,相对误差在20%以内。     

基于面阵单光子探测器的激光三维成像

单光子探测器具有光子能量水平响应灵敏度、纳秒级别时间分辨率,将极大提升激光雷达探测距离、成像效率等性能,在遥感领域具有广泛应用前景。本文基于盖革雪崩光电二极管(APD)阵列的面阵单光子探测器,搭建了激光三维成像实验装置,通过有效提取激光回波信号,实现了室外300米目标三维成像。     

利用波导不变量进行运动单线阵的无源测距测速

为克服单线阵难以无源测距、测速的缺点,提出了利用目标辐射低频声场干涉结构和波导不变量的运动单线阵无源测距、测速方法。定义了运动目标的距离距变率比(目标距离与距离变化率的比值),并利用与目标辐射声场的时间-频率干涉结构和波导不变量相关的变量来表征距离距变率比。根据此定义,通过对目标辐射声场的时间-频率干涉结构图进行Radon变换等处理,实现对距离距变率比的估计。利用所估计的距离距变率比,结合平台速度、目标方位角和目标航向角实现对目标距离和速度的同时估计。仿真实验验证了所提方法在测距、测速时的正确性和有效性。结果表明:所提方法在目标航向角较大时有较高的距离、速度估计精度;同时,目标方位估计误差越小,所提方法的距离、速度估计精度越高。     

基于混沌时域反射的电缆故障测试仪

为实现对电缆故障的高精度定位和在线检测,研制了一种基于混沌时域反射技术的电缆故障测试仪,并详细介绍了该仪器的硬件系统结构和软件功能。以URM43型同轴电缆线为被测对象,对该仪器的实际测试性能进行了实验分析。结果表明,该仪器可对同轴电缆短路、断路和阻抗失配等故障实现准确定位,在1 600m的测量范围内,定位结果相对误差在4.3%以下。另外,利用该仪器对构建的通信实验系统中的电缆短路、断路故障进行了在线检测(混沌测试信号对通信系统引入的误码率为10-9量级),满足电缆故障在线检测的要求。     

浅海中利用单水听器的声源被动测距

针对浅海声波导中远距离脉冲声源被动测距问题,提出了一种利用单水听器接收信号自相关函数进行warping变换的声源被动测距方法。理想水下声波导中,接收信号warping变换输出的傅里叶变换频谱中具有不变性频率特征,即与声源距离无关的各简正波截止频率;信号自相关函数中不同简正波相干成分也存在不变性频率特征;推导了未知声源距离时特征频率提取值与不变性频率特征之间的近似关系式。这些规律可推广到实际浅海声波导,并用于声源被动测距。利用声场计算模型来提供具有不变性频率特征的频谱,对2011年12月北黄海海域水声实验中单水听器接收的脉冲声数据进行了处理,验证了方法的有效性,测距结果和实际距离符合良好,平均测距误差在10%以内。     

混沌腔体换能器在反向滤波弹性检测中的应用及其仿真研究

针对传统单通道时间反转无损检测成像质量低,检测灵敏度差的问题,通过混沌腔体换能器(Chaotic Cavity Transducer:CCT)的应用,极大提高聚焦检测的能力。CCT的使用可以更好的利用介质的各经历态特性,其有效解决了单通道时间反转检测中的幻影成像及边界应力增加的问题。实验过程中采用了线性调频激发信号源(Chirped Excitation:CE)及反向滤波技术(Inverse Filter:IF),他们分别能够携带更多的能量及利用更多反转信号的模态,进而有效的提高信号聚焦的质量。为了更好的理解混沌腔体换能器的特性,采用了非连续Galerkin算法对其聚焦性能进行了数值仿真和分析。数值仿真的结果及混响介质检测与成像的实现,验证了CCT与CE及IF结合应用的有效性和高效性。     

基于复合混沌映射的基阵式水下成像编码信号设计

针对基阵式水下成像中声学传感器频率低、带宽窄、基阵发射阵列阵元数目多等因素造成的成像帧速率低、实时性差的问题,提出1种基于复合混沌映射的基阵式水下成像编码信号设计方法,利用变参数多级混沌系统产生的伪随机序列进行调制,从而获得正交编码发射信号。仿真及实验结果表明,所提出的方法克服了基阵阵元数量、编码长度、信号个数等因素的限制,具有抗干扰性能强、带宽增加及提高水下成像分辨率的优点,可用于任意水下基阵发射信号的优化设计。     

不同频段下利用虚拟接收方法的声源测距性能分析

考虑到传统的匹配场处理定位需要复杂的匹配声场计算,并对环境参数和声场模型有很高的依赖,为了克服这种缺点,采用虚拟接收方法对声源进行测距。首先对垂直阵接收到的引导声源和目标声源的信号进行相关处理,得到虚拟接收声场并估计虚拟接收声场干涉条纹的斜率,结合波导不变特征量β对目标声源进行测距。通过数值仿真和2004年南海实验数据处理,讨论了浅海斜坡海域环境中不同频段下利用虚拟接收方法对宽带声源测距的性能。随着频率升高,需要展宽频带以获得完整的干涉条纹和良好的测距结果。在实验数据处理中,选取频段较高的信号时,由于阵列间距偏大不能保证采样的简正波模式的正交归一特性,不能获得正确的测距结果。     

ISAR快速目标步进频率合成及补偿成像

针对快速运动的空间目标提出了1种逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)成像的精确回波信号模型和1种快速目标ISAR步进频率合成及补偿成像算法。精确回波信号模型充分考虑到雷达脉冲发射、传播和接收过程中目标的运动,本文算法解决了精确回波信号模型下的新问题,可以对大时宽带宽积(TBP)的步进频率信号完成快速运动目标的高分辨ISAR成像处理,得到高分辨的聚焦结果。仿真实验验证了所提出算法的有效性。