双数态是量子相位估计问题中的有用资源，其作为马赫-曾德尔干涉仪输入态，可使得相位测量精度突破标准量子极限。然而，符合计数探测导致双数态的相位分布函数（即似然函数）出现多峰结构，出现相位模糊。针对这一问题，提出一种可消除相位模糊的简便方案，并对其有效性进行分析。该方案的核心是将N光子双数态和单光子分别注入干涉仪中，使得总的相位分布函数具有单峰结构，由此得到唯一最大似然估计量，该估计量的涨落在整个相位区间均优于标准量子极限。

在传统量子相位跟踪方法中，通常对输出结果进行线性化处理，这对本振相位和信号相位有严格的限制要求，且并不适用于如干涉法测角等导航系统。为此，本文将零拍输出形式进行等价变换，设计了一种最大似然估计迭代算法，实现了相干态相位跟踪。与传统线性化的量子相位跟踪方法相比，避免引入线性化误差，更加适用于导航系统中信号相位跟踪；通过计算Fisher信息矩阵，证明此方法在理论上能够达到量子克拉美－罗下界，具有最优估计性能。

提出了一种利用空间光调制器实现基于相位多样性的散斑成像方法,通过调制空间光调制器(SLM)改变成像系统的孔径函数,记录每次改变时相应的散斑图和孔径函数的变化,然后对记录的多帧结果采用最大似然估计法和拟牛顿算法重建隐藏目标图像。数值模拟结果表明,采用空间光调制器改变非相关成像系统孔径函数的方法,相比以往改变相机位置的方法,能够改善相机位置移动所带来的成像质量下降问题。

在森林、室内、高空轨道等弱信号环境中, 卫星导航接收机已不能使用传统锁频环正常跟踪接收信号多普勒频率, 针对这一问题, 基于最大似然估计提出了一种改进的锁频环算法, 在传统锁频环混频器之前加入最大似然估计模块, 给出了该算法的推导过程, 结合传统锁频环的实现结构, 提出一种整合了该算法的实现方案。仿真结果表明, 该算法比传统锁频环在频率跟踪性能上有很大的改进。

量子态层析和量子过程层析是刻画量子态和量子操作过程准确度的基本工具。本文主要对编码于二能级铯原子的单量子比特及其单量子操作进行了相关实验研究,对编码在铯原子钟态的量子态(-i|0〉+|1〉)2进行了量子态层析分析,得到其保真度为097±002。我们还对单量子比特的门操作Rx(π)、Rxπ2、Ry(π)、Ryπ2、Rzπ2进行了量子过程层析测量,得到量子门操作的平均保真度为096±003。我们对影响单比特态及其操作过程的保真度的因素进行了分析。

相机的位姿估计广泛应用于计算机视觉和机器人学等领域。针对相机位姿估计的稳定性与实时性,基于正交迭代算法,提出了一种考虑空间参考点不确定性的相机位姿估计算法。该算法的关键思想是在考虑摄像头畸变的情况下,根据参考点的位置特征获得相应权值,并利用加速正交迭代思想对迭代过程中的重复计算进行规整,最小化加权重投影物方残差函数获得相机位姿。模拟数据实验和真实图像实验表明,该算法计算精度更高,速度更快,时间复杂度较低。在空间参考点深度较大或者偏离摄像头光轴的情况下,该算法的时间复杂度和精度均优于现有的正交迭代算法,从而实现了相机位姿估计的实时性。

针对现有位姿估计算法对采样数据不做任何的统计假设, 缺少评判标准等问题, 从信号的概率密度函数出发, 推导了基于机器视觉的最大似然位姿估计的一般形式, 并证明利用单幅图像时, 在各向同性高斯噪声情况下传统迭代算法与最大似然估计等效。推导了位姿估计的克拉美-罗界, 给出了位姿估计的方差下限。根据仿真结果可以看出, 利用10张图像时, 最大似然算法在噪声功率大于5 dB的情况下, 性能明显优于传统迭代算法, 证明适当增加图像数可有效提高估计性能。

为了消除紫外光通信过程中强烈散射所引起的码间干扰, 采用一种带信道估计的最小均方误差-最大似然估计（LMS-MLE）延迟判决均衡算法进行了理论分析和仿真验证。通过选取合适的判决延迟深度来调整LMS自适应滤波器抽头系数进行信道跟踪, 获取新的信道估计向量, 最后利用MLE均衡算法得到最优序列输出。结果表明,该算法可以明显提升紫外光通信系统的性能, 在没有提高复杂度的情况下, 性能接近最优MLE均衡算法, 并且可以实现信道跟踪,紫外光通信中算法的最佳延迟量取值为20。这一结果对紫外光通信性能提升以及MLE均衡器的工程实现是有帮助的。

分别利用高斯拟合估计算法(Gaussian fitting estimation algorithm, 以下简称Gauss估计算法)和最大似然(Maximum Likelihood, ML) 离散谱峰值(Discrete Spectral Peak, DSP)估计算法(ML DSP)处理实测回波信号, 计算得到风速扰动的功率谱密度(Power Spectral Density, PSD)。根据Kolmogorov湍流理论中PSD与频率的-5/3关系, 比较不同距离门下的PSD, 采用高频区域的风速误差作为风速估计性能参数, 分析比较不同距离情况下风速误差, 并利用自相关系数分析风速时间变化的相关性。结果表明: 在距离较低的探测区域Gauss估计算法的风速误差微弱小于对应的ML DSP估计算法, 二者之间的风速误差差值最多不超过0.05 m/s。而在距离较高的区域, 两种算法的风速误差差值从820 m处的0.06 m/s增加至1 200 m的0.16 m/s。在风速的时间相关性分析上, Gauss估计算法的风速时间自相关系数明显大于对应的ML DSP估计算法, 说明Gauss估计算法处理的风速数据更具有稳定性。

研究了基于光梳状波的正交频分复用-无源光网(OFDM-PON)下行相干检测实验系统的结构和数字信号处理算法，采用多波长的光梳状波发生器作为光线路终端光源，其中一个波长作为传输OFDM信号的信号光，相邻的光波长作为本振光。基于该系统，光网络单元端的相干接收可以实现光相位噪声抵消。由于没有载波偏移和光相位噪声，数字信号处理过程被简化。比较了导频辅助(PA)算法、最大似然(ML)算法和PA+ML算法3种相位估计算法的性能。研究结果表明，PA+ML算法能获得更好的性能，可以将导频子载波的数目减少至2，并且接收机灵敏度可提高至-30 dBm。该OFDM-PON系统的硬件和软件设计有望成为下一代光接入网络的解决方案。