新型時(shí)間反演探測方法和信息傳輸方法的研究.pdf

1、時(shí)間反演技術(shù)本質(zhì)上是在時(shí)域上對所接收到的信號進(jìn)行一種逆序操作。這種逆序操作使得多徑效應(yīng)所攜帶的物理信息能被系統(tǒng)所利用，從而擴(kuò)展了系統(tǒng)的有效陣列口徑。其最主要的表現(xiàn)就是時(shí)空聚焦特性?，F(xiàn)今，時(shí)間反演技術(shù)的這種聚焦特性已經(jīng)被用來提高探測系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的性能。
　　本文在研究已有的時(shí)間反演技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了基于時(shí)間反演技術(shù)的新型探測方法和信息抗探測方案。論文首先摒棄傳統(tǒng)時(shí)間反演探測技術(shù)以空間聚焦來設(shè)計(jì)算法的思想，創(chuàng)新性地從時(shí)間反演時(shí)域聚

2、焦特性著手設(shè)計(jì)了兩種新型的時(shí)間反演鏡探測方法。這兩種新的探測方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)時(shí)間反演鏡探測方法和時(shí)間反演多目標(biāo)探測技術(shù)的不足。隨后，利用方向圖可重構(gòu)天線改進(jìn)時(shí)間反演信息抗探測方法，以彌補(bǔ)現(xiàn)有的時(shí)間反演信息安全方案的缺陷。本文的工作可歸納為四部分：
　　1.介紹了時(shí)間反演技術(shù)的理論研究和時(shí)間反演技術(shù)在成像探測技術(shù)和無線信息傳輸技術(shù)方面的研究進(jìn)展。并且，探討了傳統(tǒng)時(shí)間反演技術(shù)在探測數(shù)據(jù)量和可探測目標(biāo)數(shù)量方面的不足。
　　2.為解決

3、傳統(tǒng)時(shí)間反演鏡探測技術(shù)所需的探測單元過多和探測數(shù)據(jù)量過大等問題，提出基于時(shí)間聚焦的新型時(shí)間反演鏡探測方法。首先，文中研究和建立了該探測方法的數(shù)學(xué)物理模型。隨后，利用聲學(xué)和電磁學(xué)數(shù)值成像仿真軟件對新方法在聲學(xué)和電磁學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域中的表現(xiàn)進(jìn)行了仿真研究。最后，利用電磁波探測實(shí)驗(yàn)對新型時(shí)間反演鏡探測方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。相對于傳統(tǒng)的時(shí)間反演鏡探測技術(shù)，新型時(shí)間反演鏡探測方法能有效地減少探測陣列的單元數(shù)量，并且其探測性能不受陣列結(jié)構(gòu)的影響。因此，新的

4、時(shí)間反演鏡探測方法可以大大降低時(shí)間反演探測系統(tǒng)的成本，并且減少探測數(shù)據(jù)量。此方法對于一些系統(tǒng)成本要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，如民事結(jié)構(gòu)監(jiān)測，是一個(gè)有效的技術(shù)選擇。
　　3.一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的時(shí)間反演鏡探測方法只能發(fā)現(xiàn)散射信號較大的目標(biāo)，而散射信號較小的目標(biāo)往往被忽略掉。另一方面，傳統(tǒng)的時(shí)間反演多目標(biāo)探測技術(shù)，如迭代時(shí)間反演探測技術(shù)、時(shí)間反演算子分解和時(shí)間反演多信號分類探測技術(shù)，又無法進(jìn)行多目標(biāo)無源探測，例如撞擊點(diǎn)探測。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有的時(shí)間反演探測

5、方法在多目標(biāo)探測方面的缺陷，提出了另外一種新型的時(shí)間反演鏡探測方法--子陣列時(shí)間反演鏡探測方法。該方法將時(shí)間反演探測陣列單元分成若干個(gè)子陣列，然后對每個(gè)子陣列的數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)處理，通過尋找各子陣列的共同聚焦點(diǎn)來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。首先，本文對該新方法進(jìn)行了討論并且建立了數(shù)學(xué)模型。隨后，對該方法在聲學(xué)撞擊探測仿真實(shí)驗(yàn)、聲學(xué)裂縫探測仿真實(shí)驗(yàn)和電磁波探測仿真實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)進(jìn)行了仔細(xì)地研究。最后，利用鋼板撞擊點(diǎn)探測實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該新型探測方法的可行性。研究結(jié)果顯

6、示，子陣列時(shí)間反演鏡探測方法不僅可以完成對多目標(biāo)的有源探測工作，而且能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有的時(shí)間反演多目標(biāo)探測方法無法做到的多目標(biāo)無源探測。另外值得一提的是，當(dāng)各目標(biāo)之間無相互散射時(shí)，新方法在可探測目標(biāo)數(shù)量上超過現(xiàn)有的時(shí)間反演多目標(biāo)探測方法。
　　4.利用方向圖可重構(gòu)天線選擇通信信道的能力，以及時(shí)間反演技術(shù)對信道的回溯能力（空間聚焦能力），可以使得信號能量在不同時(shí)間段分布在不同空間位置上，從而改善無線信息傳播的安全性。論文中，首先設(shè)計(jì)了兩款