新型時間反演探測方法和信息傳輸方法的研究.pdf

1、時間反演技術本質上是在時域上對所接收到的信號進行一種逆序操作。這種逆序操作使得多徑效應所攜帶的物理信息能被系統(tǒng)所利用，從而擴展了系統(tǒng)的有效陣列口徑。其最主要的表現(xiàn)就是時空聚焦特性。現(xiàn)今，時間反演技術的這種聚焦特性已經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間反演技術的基礎上，提出了基于時間反演技術的新型探測方法和信息抗探測方案。論文首先摒棄傳統(tǒng)時間反演探測技術以空間聚焦來設計算法的思想，創(chuàng)新性地從時間反演時域聚

2、焦特性著手設計了兩種新型的時間反演鏡探測方法。這兩種新的探測方法彌補了傳統(tǒng)時間反演鏡探測方法和時間反演多目標探測技術的不足。隨后，利用方向圖可重構天線改進時間反演信息抗探測方法，以彌補現(xiàn)有的時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.介紹了時間反演技術的理論研究和時間反演技術在成像探測技術和無線信息傳輸技術方面的研究進展。并且，探討了傳統(tǒng)時間反演技術在探測數(shù)據(jù)量和可探測目標數(shù)量方面的不足。
　　2.為解決

3、傳統(tǒng)時間反演鏡探測技術所需的探測單元過多和探測數(shù)據(jù)量過大等問題，提出基于時間聚焦的新型時間反演鏡探測方法。首先，文中研究和建立了該探測方法的數(shù)學物理模型。隨后，利用聲學和電磁學數(shù)值成像仿真軟件對新方法在聲學和電磁學兩個領域中的表現(xiàn)進行了仿真研究。最后，利用電磁波探測實驗對新型時間反演鏡探測方法進行了實驗驗證。相對于傳統(tǒng)的時間反演鏡探測技術，新型時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構的影響。因此，新的

4、時間反演鏡探測方法可以大大降低時間反演探測系統(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)成本要求較高的應用領域，如民事結構監(jiān)測，是一個有效的技術選擇。
　　3.一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的時間反演鏡探測方法只能發(fā)現(xiàn)散射信號較大的目標，而散射信號較小的目標往往被忽略掉。另一方面，傳統(tǒng)的時間反演多目標探測技術，如迭代時間反演探測技術、時間反演算子分解和時間反演多信號分類探測技術，又無法進行多目標無源探測，例如撞擊點探測。為了彌補現(xiàn)有的時間反演探測

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

6、示，子陣列時間反演鏡探測方法不僅可以完成對多目標的有源探測工作，而且能夠實現(xiàn)現(xiàn)有的時間反演多目標探測方法無法做到的多目標無源探測。另外值得一提的是，當各目標之間無相互散射時，新方法在可探測目標數(shù)量上超過現(xiàn)有的時間反演多目標探測方法。
　　4.利用方向圖可重構天線選擇通信信道的能力，以及時間反演技術對信道的回溯能力（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，首先設計了兩款