1.2 分数傅里叶变换应用在线视频

同学们好

今天给大家介绍的是

分数傅里叶变换的系列应用

主要内容分为五个部分

分别是分数域探测

通信 光学 高光谱信号处理

以及分数域综合信息系统

首先是分数域探测信号处理

雷达成像具有全天时 全天候

远距离获取 目标 轮廓

和细节信息的特点

可以对目标进行识别

以及完成 遥感 遥测等功能

对军用和民用 都有重大 实用价值

然而在雷达信号处理中

对于机动目标的

逆合成孔径雷达成像

或动目标的合成孔径雷达成像中

散射点回波信号的频率

随时间发生复杂变化

导致传统的信号分析方法

无法精确描述

复杂非平稳信号的

内在结构信息

严重影响

目标的成像质量

基于分数阶

相位匹配原理

构造新型时频分布

在抑制交叉项的同时

保持高的时频聚集性

可分析 多分量

复杂非平稳信号

我们再看一个

海上机动小目标检测的例子

海上机动小目标的检测

如海面舰船

掠海飞行器等等

对于海上维权

海洋监视

以及要地防护

意义重大

然而这些目标

共同特点是目标回波信杂比很低

信号微弱

很难发现

特别是对海探测环境复杂

探测对象特征多样

面临着复杂环境下信息处理的难题

常规的雷达处理方法

提取的动目标特征有限

信号精细化描述不够

通过分数功率谱

短时分数域

目标微动特征提取等多种方法

改善海上弱小目标

能量积累和运动特征

精细化 提取能力

提高雷达探测

与分类能力

高价值辐射源

干扰源的定位与识别

是维护电磁空间安全的关键技术

比如精确定位 海面舰船

雷达站 测控站等等

都有重大意义

然而高价值辐射源

（信号）类型繁多

定位识别困难

仿佛大海捞针

在距离向利用分数傅里叶变换

进行参数估计

获取距离信息

在方位向

利用分数域匹配滤波

可以实现米级高分辨

辐射源 定位技术

使空间 频谱监测 侦察性能

实现跨越式发展

下面接着来给大家介绍一下

分数域通信信号处理

首先拿高动态高灵敏

测控导航信号处理技术为例

自主导航和可靠测控

是航天器急需解决的关键技术

天基测控的主要目标是运行中的航天器

如运载火箭 人造地球卫星

宇宙飞船和临近空间飞行器等

然而由于目标飞行

高度高

速度快

加速度大

导致低信噪比

大频偏

高动态的捕获跟踪困难

为了解决上述难题

长时间

稀疏相干积累伪码

多普勒二维检测与估计方法

用于高动态

高灵敏度

参数的快速估计

分数域多普勒

高阶信息辅助的

高动态信号跟踪方法

用于时频非平稳微弱信号

稳定跟踪

大多普勒容限

高传输效率的波形设计

及信号接入方法

用于新体制

测控信号 波形设计

第三部分是分数域信号处理

在光学中的应用

第一个是牛顿环分数域检测技术

牛顿环在光学检测中

十分常见

从小的玻璃透镜

到大的天文望远镜

甚至到

生物眼球

可以针对

各种球面

进行干涉测量

形成牛顿环条纹图

然而由于牛顿环条纹图在空域

和傅里叶域的复杂性

制约了其测量

如何快速准确地

估计出几何形状测试参数

其实牛顿环条纹图

是一种二维chirp信号

而分数傅里叶变换

对于处理chirp信号

具有天然优势

因此可以采用

分数傅里叶变换来分析牛顿环

可以看到

牛顿环在分数傅里叶域

形成了一个冲激信号

类似于傅里叶变换

处理正弦波

基于这个现象

基于分数傅里叶变换的

牛顿环分析方法

取得了优越的性能

第二个例子

是光学相干

层析成像的色散补偿

光学相干 层析成像

是近年来发展迅速的

一种新型医学成像技术

在生物组织的活体检测

和临床诊断中 应用广泛

然而在高速实时成像过程中

OCT相干信号

极易受到色散的影响

色散补偿技术

对于成像质量十分关键

由于OCT相干信号

可以看作多分量

线性调频信号的叠加

色散项可以看做

线性调频信号的调频项

因而可以利用

分数域傅里叶分析

对色散项 估计和检测

基于分数域步进检测算法的

OCT全深度色散补偿技术

利用分数域参数估计

获取组织的群速度色散参数

利用分数域滤波抑制组织

在不同深度的色散干扰

实现全深度色散补偿

接下来是分数域高光谱信号处理

高光谱图像

具有纳米级的光谱分辨率

在军事和民用方面

都已经成为发达国家

科技争夺的制高点之一

其应用十分广泛

比如精准农业 目标侦测

地物分类 以及医疗诊断

然而高光谱数据

光谱冗余度高

数据结构复杂

诊断性光谱

信息的挖掘

具有挑战性

各传感器

数据特征维度高

训练样本少

需设计高精度检测和分类模型

针对光谱维信号

分数域光谱特征变换

可以抑制背景噪声

分数傅里叶变换信息熵阶次搜索方法

提升检测效率

对于空间维信号

分数Gabor卷积神经网络

提取纹理信息

提取完备特征

利用分数域信号处理理论

完成高光谱数据为主的

多源遥感目标检测与协同分类任务

最后一部分

是分数域

综合信息系统

这里我们以低慢小探测

与拦截系统为例

来看看

分数域

综合信息系统

在实际应用中

如何发挥作用

无人机

大家应该比较熟悉

可以用于航拍甚至侦察

低慢小航空器

具有低空

超低空飞行

飞行速度慢

回波能量弱

不易侦察发现等特征

也带来了一些安全隐患

比如坠落伤人 逼停航班

走私贩毒 闯入禁地

然而低慢小的目标特性

给各单项传感器的探测与识别

均带来了困难

各单项探测设备

能力有局限

需综合多手段

构建复杂信息系统

利用分数域信号处理理论

提高雷达和光电设备

对低慢小目标

探测与识别能力

结合复杂系统理论

与分数域信号处理理论

研发多元协同探测技术

和复合拦截技术

设计出分布式低慢小目标探测与拦截系统

这就是分数域信号处理相关应用

谢谢大家