基于改进粒子群算法的LED室内照明光照均匀性研究

传统基于室内照明的光源布局存在缺陷,导致光照度不均匀及能源的浪费。为了解决此类问题,文章以单个LED理论模型为基础,推导出LED阵列的照度分布函数,以目标平面光照强度的标准差作为评价函数,以目标平面平均照度为约束条件,通过改进的粒子群算法优化LED的位置,使目标平面上的光照均匀性达到最优。利用Matlab仿真出优化后的LED阵列的光照分布情况,对比其他2种LED阵列,并通过实验,利用图像处理对实际场景照明的效果进行检验,实验结果表明该方法可行。     

紫外光通信LED阵列光源的设计

为了解决当前单个紫外LED功率较低的问题,设计了一款紫外LED阵列光源系统,对其中的相关问题进行了探讨。该系统由恒流驱动模块、大功率LED阵列模块和光学设计等组成,实验结果表明,该光源系统能发出均匀稳定的紫外光,实现了空间能量的累加,光学和散热设计效果良好,为实用化紫外光通信光源的设计提供了参考。     

可见光通信中白光LED 阵列光源的光功率分布研究

本研究提出了一种在考虑室内反射光影响条件下白光LED阵列光源的辐射模型,并对光辐射功率分布进行软件仿真,仿真结果表明室内一次反射脉冲和二次反射脉冲对光功率分布的影响是很大的。继而在考虑反射光的情况下,通过计算和仿真,给出了白光LED阵列的内部LED灯的分布和阵列之间的最佳位置分布。     

采用遗传算法的可见光通信LED阵列分布优化

采用遗传算法快捷、准确地优化发光二极管(LED)阵列结构,使其在接收器上(目标平面)的光照分布均匀.推导LED 阵列的照度分布函数,以光照函数标准差与平均差的比值构建一个适应度函数,以此衡量目标平面的光照分布均匀度.获得光照分布最优时的LED 阵列结构数据后,应用MATLAB对几何模型进行仿真.仿真结果表明:目标平面的照度均匀度达到97.4%,验证了所提算法的有效性与可行性.     

LCD直下式背光LED间距、灯腔深度及均匀性设计

为满足直下式LCD显示亮度不均匀性小于20%与背光设计薄型化要求,建立阵列LED背光及其上方平面照度的数学模型。根据单颗LED的发光特性,推导出阵列LED上方平面的照度分布。结合亮度不均匀性公式,采用Matlab软件对阵列LED间距、LCD灯腔深度、阵列LED上方平面照度不均匀性之间的关系进行定量研究。通过对LED间距为8.8 mm的照度不均匀性分析,结果显示灯腔深度为10 mm可满足不均匀性小于20%的要求。然后对任意阵列LED间距情况下的照度不均匀性进行计算,结果表明,灯腔深度与LED间距之比约为1.1时,能满足薄型化设计要求和上述显示不均匀性要求。     

在线图像可视铁谱LED阵列反射光源设计与实现

针对在线图像可视铁谱(on-line visual ferrograph,OLVF)反射光源亮度低、照明不均匀影响铁谱成像质量的问题,提出了一种用于OLVF探头的LED阵列反射光源。该反射光源为圆环形LED阵列结构,由8颗0.1W小功率LED组成。基于照明均匀性理论与仿真分析,确定了反射光源结构参数、安装高度及均匀照明区域大小;利用TracePro仿真计算了光源在磨粒沉积区域的照度均匀性。实验结果表明:圆环形LED阵列反射光源的照明均匀性较好,磨粒沉积区域的辐照度分布为130~150W/m2,其光通量为56.64lm,显色指数为82.6,色温为6 376K,功率为0.336 1W,符合OLVF的低功耗、高亮度、均匀性照明等要求,铁谱成像质量得到了提高,有利于磨粒形貌观测与视觉特征信息提取。     

紫外散射通信实验系统及其性能分析

设计了一种基于紫外发光二极管(LED)的大气散射通信系统,利用非视线单次散射模型仿真分析了紫外光大气散射通信的接收光功率与通信距离之间的关系以及不同宽度的发送光脉冲在接收端的脉冲波形展宽.构建了紫外光散射通信实验系统,实现了语音和数据传输,并对系统的通信距离和收发仰角进行了实验研究.仿真分析与实验结果显示:日盲区紫外光在大气中散射传输时由于大气粒子的强烈散射与吸收,传输损耗较大,距离每增加10倍,接收功率下降20dB,因此日盲区紫外光大气散射通信适用于近距离通信场合;近距离传输时散射造成的光脉冲多径展宽为微秒量级,对中低速通信系统影响较小;单个紫外LED发光功率较低,可通过多个LED阵列来提高发射功率,增大通信距离.     

空间非均匀噪声下应用Bootstrap技术的信源数检测

针对阵列系统接收数据有限且存在空间非均匀噪声的信源数估计问题,提出一种基于Bootstrap技术和空间正交性的新方法.该方法首先估计任意信号的入射角度,然后对阵列协方差矩阵进行特征分解,提出了以特征向量和阵列流型矢量内积为基础的一系列假设检验,数据分布未知,并且应用Bootstrap方法估计零假设下提出的检测统计量分布.通过仿真证明了所提方法,在低信噪比(SNR)和小快拍数的情况下有较好的性能.     

基于LED通信的定位技术

虽然传统无线电技术己经被广泛使用并且技术也相当成熟,但是工业界和科学界都认为下一代无线通信系统的接入技术将是基于多种接入技术的组合,其中也包括光无线（OW）通信接入技术。该文提出了一套可见光通信的定位技术,并对现有的定位技术进行了改进,通过仿真和实验验证了可见光用于室内定位的可行性以及优越性。该文在充分研究IEEE802.15.7标准的基础上,提出一种利用超帧的通信时隙进行室内定位的方法。其次建立室内信道光功率分布模型并仿真得出室内的直射和反射信道光功率分布,为位置指纹建库奠定基础。提出优化位置指纹的方案,减少位置指纹查找时间和计算过程。并且搭建可见光通信硬件平台,通过LED进行信号传输和接收,进一步验证可见光用于通信的可行性。     

一种多孔径接收器的设计及其可见光通信系统

为了研究接收元件方向性和接收器对可见光通信的影响,并解决当前接收器信道增益弱的问题,设计一种基于多孔径接收器的多输入多输出室内可见光通信(visible light communication,VLC)系统.通过光发射器与接收器的关系,提出多孔径接收器,改善信道矩阵条件.该接收器包含8个接收元件,每个接收元件由一个裸片光电探测器和其上方的一个孔径组成,其目的是利用小型化的平面结构,提供较宽的视场和优秀的角度分集;基于该接收器,利用非对称截断光-正交频分复用(asymmetrically clipped optical orthogonal frequency division multiplexing,ACO-OFDM)传输消息,形成一个完整的多输入-多输出的VLC系统,实现了数据流的可靠传输.仿真实验采用4个发光二极管(light emitting diode,LED),测试数据表明,与当前优秀的接收器相比,所提设计在不同位置的误码率更低,多流干扰非常低,信道增益更大.     

MPEG-4码率控制方案的改进研究

针对低码率、低时延视频通信中MPEG-4 Q2码率控制方案导致的图像质量波动问题,利用拉格朗日乘子法,提出了一个率失真优化的目标比特估计算法(LAG-BA),根据前一帧图像的编码信息和虚拟缓存器状态预测当前帧的目标比特数.LAG-BA不但降低了连续图像质量变化的幅度,而且保证了算法与输入图像内容的自适应性.针对LAG-BA的误差累积效应,根据最小二乘支持向量机的原理,进一步提出了一个考虑到多个相关图像编码信息的目标比特估计算法(LSSVM-BA),并用LAG-BA和LSSVM-BA取代MPEG-4 Q2方案中的比特分配算法设计了两个改进的MPEG-4 Q2方案.实验结果表明,与原始的MPEG-4 Q2方案相比,两种改进的MPEG-4 Q2方案不但取得了更加平稳的图像质量,而且分别使编码的峰值信噪比提高了0.12 dB和0.44 dB.     

基于跳频通信的短码长Raptor码改进方案

针对跳频通信短码长的特性,提出了一种短码长Raptor码的改进方案,其度平均重量比原方案要小29%,并通过Matlab仿真实验对其在跳频通信中的性能进行了研究. 研究结果表明,改进方案构造的短码长Raptor码与原方案相比,在无干扰环境下误比特率要低62.01 dB,在信噪比为4 dB的宽带干扰环境下误比特率要低30.65 dB. 此改进方案为跳频抗干扰通信提供了一种新的前向纠错编码方案,同时为喷泉码的应用开拓了一个新的领域.      

Raptor码在60GHz脉冲无线通信系统中的性能

针对60GHz脉冲无线通信系统中信号幅度衰落引起的误码问题,研究了该系统中Raptor码的误码性能。根据60GHz短距离通信系统特点,采用IEEE 802.15.3c工作组建立的60GHz无线信道模型,在此基础上分析了编码系统接收信噪比;然后结合信道编码理论,对不同编码方案进行误码性能仿真,重点对两种不同的Raptor码的编码增益、译码开销及通信距离进行对比。研究结果表明,采用1/2码率的QCLDPC预编码的Raptor码在接收信噪比大约为5dB时,相较于未编码系统拥有4.5dB的编码增益,同时最大通信距离为70m,为今后60GHz短距离通信系统信道编码提供技术参考。     

一种改进的载波抑制调制光毫米波信号的产生方案

为了克服光纤无线(ROF)系统中色散对光载波抑制(OCS)调制光毫米波信号传输的影响,提出一种改进的OCS调制方案。使用双驱动马赫-曾德尔调制器(MZM),通过调整两路输入射频信号相位、基带信号增益和直流偏置电压将2.5Gbit/s数据信号仅调制到(OCS)信号的一个边带上传输。理论分析表明,与传统OCS调制光毫米波信号产生方案相比,本文方案解决了色度色散引起的码元走离问题,大大增加了传输距离。仿真实验结果表明,经过110km光纤传输后信号的眼图仍然十分清晰,在BER=10-10条件下,信号经过20、40和60km光纤传输后的功率代价分别为0.78、1.7和1.9dB。     

重叠Nakagami-m信道协作通信最优功率分配方案

为了解决重叠Nakagami-m信道衰落模型下中继译码转发协作通信系统中源与中继间由于等功率分配(EPA)造成的功率资源浪费问题,提出了一种基于渐近误符号率(SER)最小准则的最优功率分配方案(OPA).首先分析系统渐进SER解析式,在典型应用场景下对其进行进一步简化,然后将简化的系统SER作为目标函数,总功率受限作为约束条件,将功率资源分配抽象为典型的条件受限凸优化求解问题,最后利用拉格朗日乘数法对此凸优化问题进行求解,从而得出在总功率资源受限时典型场景下重叠Nakagami-m信道协作通信系统的最优功率分配方案.仿真结果表明:相较EPA方案,在较大的信噪比区间内及相同的信道条件下,OPA分配方案均能获得约1 dB的信噪比增益,且获得的实际信噪比增益与理论推导值一致.     

卫星移动通信多普勒频移补偿研究

针对卫星通信系统中,多普勒频移过大对通信过程造成严重影响的问题。在传统多普勒频移补偿思想的基础上,通过分析信号传输过程中影响多普勒频移估计值的因素。提出了一种改进的多普勒频移补偿方案。该方案通过使用最大似然估计法对用户链路上的收发信号进行多普勒频移估计。并使用该方案对Iridium系统,GEO（geostationary earth orbit）系统的反向通信链路上的多普勒频移进行计算,得出频率补偿误差。仿真结果表明,当统计点数N=3500,信噪比SNR=8 dB时,经改进后,频率补偿方案在Iridium系统与GEO系统中的频率估计误差与传统频率补偿方案中的频率估计误差相比较,分别降低了50%与42%。因此,改进后的频率补偿方案与传统频率补偿方案相比,多普勒频率估计精度更高,更有利于卫星信号的精确跟踪和解调。     

基于有限样本信息准则的非协作盲信噪比估计算法

针对小样本条件下的盲信噪比估计误差较大问题,结合信号子空间分解方法,提出一种基于有限样本信息准则( finite sample information criterion,FSIC)的盲信噪比估计算法,并推导出基于FSIC盲信噪比估计算法的最大似然形式.在小样本情况下,FSIC的引入克服了传统信息论方法产生的过拟合和欠拟合问题,降低计算复杂度.在不需要已知信号调制方式、载波频率、波特率等先验知识的前提下,能够在加性高斯白噪声信道(AWGN)和多径信道(Rayleigh)下对常用调制信号进行有效的信噪比估计.在信噪比-25 dB～25 dB范围内,其平均估计误差小于1 dB,表明该算法可有效应用于小样本盲信噪比估计.     

发光二极管照明供电方式的研究

近年来高光效、高亮度的白光LED的开发成功,使得LED在照明领域的应用成为可能。LED将发展成第四代光源,即半导体照明。进入半导体照明时代一方面要加强LED的机理工艺的研究,提高LED的效率,降低成本,另一方面由于LED的伏安特性,光电特性的复杂性、非线性对发光二极管照明系统的供电方式也应进一步地进行研究,才能够达到能的合理利用,使整个照明系统的效率达到最高,前者研究的人较多而后者目前还很少有人研究,本文针对LED照明的供电问题进行了研究对提高LED的供电效率及稳定性提出了相应的解决方法。     

一种基于小波四叉树的无线视频组播方案

无线视频组播在视频传输领域应用越来越多,如何让异构的组播用户接收到与其信道特性相匹配的视频质量,是现今无线视频组播面临的一个难题。论文提出一个基于小波四叉树(QuadTree)的无线视频组播方案。首先,编码端对视频帧进行离散小波变换,并按照四叉树格式选取每一级每一子带相应位置的小波系数,将其合并为一列;然后,对每一列数据进行能量分配、白噪化以减少随机丢包对重要信息的影响;最后,数据被打包成相同重要性的包并传入有噪声信道。解码端利用最小线性均方估计对接收到的数据包进行去噪并重构视频帧。实验结果表明,基于小波四叉树的视频组播比具有相同应用目标的SoftCast性能提高将近1 dB.     

超声相控阵低信噪比背景下相关相位校正

超声相控阵中,相位校正在消除相位畸变中起着重要作用。部分相控阵探头,阵元的面积小,回波信号弱,信噪比差。针对该问题,首先研究了邻近和集总相关估计在不同信噪比情况下的校正性能:发现信噪比SNR>12 dB时,邻近相关估计基本不产生估计误差;SNR<5 dB时,邻近相关估计产生的误差随着信噪比下降急剧增大。而集总相关即使在噪声强度较小时也不能做到估计误差为0;在噪声强度增大的过程中,其估计误差并未急剧增加,这与邻近相关估计不同。根据邻近和集总相关的特点,提出了混合相关校正结构。实验表明,混合相关充分利用了邻近和集总相关估计的优点,显著提高了图像质量。