Author Affiliations
Abstract
1 Institute for Quantum Information & State Key Laboratory of High Performance Computing, College of Computer Science and Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 National Innovation Institute of Defense Technology, Academy of Military Sciences PLA China, Beijing 100071, China
3 Beijing Institute for Advanced Study, National University of Defense Technology, Beijing 100000, China
4 Institute for Quantum Science and Technology, College of Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
An adaptive microwave photonic angle-of-arrival (AOA) estimation approach based on a convolutional neural network with a bidirectional gated recurrent unit (BiGRU-CNN) is proposed and demonstrated. Compared with the previously reported AOA estimation methods based on phase-to-power mapping, the proposed method is unnecessary to know the frequency of the signal under test (SUT) in advance. The envelope voltage correlation matrix is obtained from dual-drive Mach–Zehnder modulator (N-DDMZM, N > 2) optical interferometer arrays first, and then AOA estimations are performed on different frequency signals with the aid of BiGRU-CNN. A three-DDMZM-based experiment is carried out to assess the estimation performance of microwave signals at three different frequencies, and the mean absolute error is only 0.1545°.
microwave photonics angle-of-arrival deep learning adaptive algorithm Chinese Optics Letters
2023, 21(9): 090001
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
提出一种基于绝对中位值偏差（MAD）的光流计算方法，并用于计算近地面大气湍流折射率结构常数。通过光流计算捕捉望远镜系统拍摄的前后多帧目标图像的抖动信息，得到传输路径上的到达角起伏方差均值，从而估算近地面大气湍流折射率结构常数。通过在合肥市进行了为期6天的观测实验，将模型估计的均值与观测路径上温度脉动仪的实测结果进行充分对比，最终得到估算值与实测值的平均偏差（BIAS）、方均根误差（RMSE）、相关系数分别为-0. 0202、0. 2391、0. 8230，充分证明所提方法可以有效估算近地面大气湍流折射率结构常数，为基于图像反演大气湍流参数提供参考。
大气光学 MAD光流计算 湍流 到达角起伏方差 大气湍流折射率结构常数 光学学报
2022, 42(24): 2401006
1 陆军航空兵学院, 北京 101121
2 中国人民解放军69036部队, 新疆 库尔勒 841000
湍流引起的恒定相位波前随机起伏会使大气通道波前到达角连续变化。 研究了在倾斜大气湍流通道中非Kolmogorov湍流作用下的新的平面波和球面波到达角模型, 其特征在于在1/l0附近的高波数下上升很小。湍流内外尺度对不同斜链路到达角的影响不同: 下行到达角起伏小于上行到达角起伏, 到达角起伏随着内外尺度的增大而增大, 随着接收机孔径的增大而显著减小。该结果将为卫星激光通信之类的相关应用提供一定参考。
卫星激光通信 大气传输 到达角 湍流 斜程链路 satellite laser communication atmospheric propagation angle of arrival turbulence slanted path
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Beijing National Research Center for Information Science and Technology, Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
A photonic approach to concurrently measure the angle-of-arrival (AOA) and the chirp rate of a linear frequency modulated (LFM) signal is proposed and experimentally demonstrated. The measurement is achieved by estimating the differential frequency of a two-tone signal output by a dual-parallel Mach–Zehnder modulator and an additional asymmetry Mach–Zehnder interferometer. Experiments show that the AOA and the chirp rate are measured simultaneously, with an AOA measurement error of at an signal-to-noise ratio (SNR) of 9.6 dB. When the SNR is -10.4 dB, the AOA error is , and the chirp rate, measured as , has a standard deviation of . The measured chirp rate agrees well with the real LFM signal.
microwave photonics interferometer angle of arrival linear frequency modulation Chinese Optics Letters
2020, 18(12): 123902
1 陆军工程大学石家庄校区导弹工程系, 河北 石家庄 050003
2 河北交通职业技术学院电气与信息工程系, 河北 石家庄 050035
针对室内复杂环境中无线信号在非视距传播时造成的定位精度低的问题,提出一种门限比较加权法(TCW)-Taylor级数展开的联合定位算法。首先通过卡尔曼滤波器实时消除信号到达时间(TOA)测量值中的非视距误差,然后然后在平滑过的TOA值和含测量噪声的信号到达角度(AOA)确定的定位区域内利用TCW计算目标节点的位置,将计算结果作为Taylor级数展开的初值,最后通过迭代求解实现第二次精细定位。仿真实验结果表明,与传统的全质心-Taylor级数展开定位算法和基于最小二乘法的TOA/AOA混合定位算法相比,增加AOA约束条件和对不同的位置点赋予不同的动态权值定位,可以使初始定位结果更加准确,更加接近克拉默-拉奥下界。
遥感 室内定位 到达时间 到达角度 卡尔曼滤波 混合定位 激光与光电子学进展
2019, 56(22): 222802
1 Faculty of Applied Science, University of British Columbia, Kelowna, BC V1V 1V7, Canada
2 Technical University of Denmark, Anker Engelunds Vej 1 Bygning 101A, 2800 Kgs. Lyngby, Denmark
Frontiers of Optoelectronics
2018, 11(2): 116–127
大连海事大学信息科学技术学院, 辽宁 大连 116026
针对室内可见光定位精度不高的问题,提出了一种基于接收信号强度与到达角度(RSS/AOA)信息混合的室内三维空间定位算法。该算法同时考虑距离信息和角度信息,利用最小二乘准则(LS),建立混合定位优化目标函数,导出定位节点位置信息的最小二乘估计量。对于目标函数为非凸情况,将目标函数转换成广义信赖域子问题(GTRS)的形式进行求解,可以获得全局最优解。数值仿真结果显示,在室内5 m×5 m×3 m的二维定位场景下,选取20×20个测试点,平均定位误差为8.7 cm。此外,针对三维定位场景,对动态目标进行定位和追踪,结果表明该算法在水平方向和垂直方向均能获得较高的定位精度。
光通信 室内定位 接收信号强度 到达角度 广义信赖域子问题 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 050603
1 中国计量大学 信息学院, 浙江 杭州 310018
2 哈尔滨工业大学 可调谐激光器国家重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
3 金属矿山安全与健康国家重点实验室, 安徽 马鞍山 243000
在Kolmogorov湍流模型下, 建立了到达角起伏对星地激光通信误码性能影响的理论模型。基于该模型, 推导了星地激光通信系统误码率的闭合表达式。综合考虑光强闪烁、光束漂移和到达角起伏, 推导出三者共同作用下, 星地系统上行链路的接收光强概率密度解析式以及误码率的闭合表达式。文中采用的调试方式是适合星地激光通信的相干探测圆偏振调制。针对上行链路, 仿真分析了弱、中、强湍流下, 三者共同作用时, 星地激光通信系统的误码率, 并与不考虑到达角起伏条件下进行了比较。还分析了到达角起伏与误码率的变化关系, 以及在考虑发射功率受限的条件下, 三者共同作用对系统性能的影响。研究结果表明, 除了光强闪烁和光束漂移以外, 到达角起伏也是通信性能中不可或缺的因素。
星地激光通信 Kolmogorov湍流 到达角起伏 误码率 ground-to-satellite laser communication Kolmogorov turbulence angle of arrival(AOA) fluctuations BER 红外与激光工程
2018, 47(1): 0122001
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学,北京 100049
基于湍流冻结假说,利用时空相关函数分析了使用大气相干长度仪(DIMM)测量横向平均风速的原理,并通过闪烁和到达角起伏测量风速的路 径权重函数确定风速传感器的安装位置。在弱湍流条件下,根据水平1 km传输实验测量的到达角起伏和光强起伏数据,分别计算横向风速并 与风速传感器同时测量的参考风速对比,发现利用到达角起伏计算的风速与参考风速有一定的相关性。该实验拓展了大气相干长度仪的使用功能。
闪烁 到达角起伏 相关法 横向风速 大气相干长度仪 scintillation angle-of-arrival fluctuations correlation method transverse wind speed DIMM 大气与环境光学学报
2017, 12(4): 254
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为评估分集收发技术在近海面激光通信系统应用中对大气湍流扰动的抑制作用，设计了基于对多路1 550 nm激光光斑同步采集的验证实验方案。采用由时统终端触发的FPGA+多核DSP架构的实时图像处理系统实现目标中心位置的提取与目标灰度和的统计，进而得到激光从发射端至接收端的到达角起伏方差和闪烁指数。分别比较了等功率条件下单路发射和双路发射间、双孔径接收与等效单孔径接收间的到达角起伏方差和闪烁指数，同时比较了不同跨距下双孔径接收的效果。实验表明，在发射功率相同的情况下，与单路发射相比，双路发射能够有效地抑制因大气湍流扰动产生的到达角起伏和光强闪烁；在接收面积相同情况下，双孔径接收较单孔径接收所产生的到达角起伏与光强闪烁更弱，且在一定范围内，双孔径间的跨距存在最优值。
激光通信 大气湍流 分集技术 到达角起伏方差 闪烁指数 laser communication atmospheric turbulence diversity technology angle of arrival fluctuation variance scintillation index 红外与激光工程
2016, 45(3): 0322001
