强激光与粒子束
2024, 36(4): 043031
1 烽火通信科技股份有限公司，武汉 430205
2 武汉飞思灵微电子技术有限公司，武汉 430205
【目的】常用的max-log-map与log-map算法相比降低了软信息计算复杂度，但对高阶正交幅度调制（QAM）资源消耗仍较大，如8QAM、16QAM概率整形（PS）和64QAM PS。
【方法】8QAM采用星座区域划分的方式，文章中，软信息采用接收符号到最近比特0与比特1中垂线的距离信息表示，利用角度旋转和区域对称性简化计算距离信息；非麦克斯韦玻尔兹曼（MB）分布的16QAM PS和64QAM PS，比特1所在区域两侧边缘之间的中心界线与区域两侧比特0之间的中心界线不再重合，对区域进行合并近似，处理两界线间区域归属，展开max-log-map算法因式简化距离差计算软信息；基于MB分布的16QAM PS和64QAM PS的软信息可由非MB分布的软信息表达式化简得到。
【结果】经上述简化后，与max-log-map算法相比，8QAM软信息计算乘法次数48次和加减法次数75次分别缩减为12和16次，解调性能仅退化约0.05 dB；MB分布的16QAM PS乘法次数192次和加减法次数260次分别缩减为2和4次，解调性能仅退化约0.05 dB；更高阶的64QAM PS资源消耗缩减程度更大，乘法次数1 152次和加减法次数1 542次分别缩减为3和6次。
【结论】文章提出了适用于8QAM、MB分布的16QAM PS、MB分布的64QAM PS、非MB分布的16QAM PS和非MB分布的64QAM PS 软信息计算方法。当概率满足MB分布时，非MB分布的软信息计算方法可转化为MB分布计算方法；当PS因子为0时，基于MB分布的表达式可转化为均匀分布软信息计算式，非MB分布、MB分布和均匀分布的软信息计算可使用同一电路统一设计，提高电路复用率，降低硬件资源消耗。
光通信 数字信号处理 正交幅度调制 对数似然比 概率整形 optical communication digital signal processing QAM log likelihood ratio PS 光通信研究
2024, 50(1): 23010301
重庆理工大学电气与电子工程学院，重庆 400054
针对自由空间光（FSO）通信无法进行视距传输的问题，在FSO链路中引入可重构智能表面（RIS）技术，并考虑射频（RF）链路中的同信道干扰（CCI）信号，提出一种CCI下RIS辅助FSO-RF混构系统研究方案。其中FSO链路和RF链路分别服从Gamma-Gamma分布和Rayleigh分布，在光电转换中继节点处采用译码转发协议，以减少噪声对信号的干扰。基于系统端到端瞬时信噪比的概率密度函数，推导了系统中断概率和平均误码率的闭合表达式，采用蒙特卡罗仿真验证了结果的准确性。研究结果表明，相较于传统的混合FSO/RF系统，RIS能明显提升系统的性能。另外，根据系统的分集顺序，得出系统的性能主要与FSO链路的衰落参数、光检测方式和指向误差有关。
光纤光学 可重构智能表面 同信道干扰 中断概率 平均误码率 译码转发协议
针对无人机集群的协同导航问题, 提出了一种基于高斯置信传播的无人机集群协同导航算法。该算法通过概率图模型对无人机自身传感器信息和无人机机间测距信息进行建模, 引入高斯置信传播(GaBP)算法完成协同信息的有效融合。仿真实验结果表明, 新算法相较于传统协同扩展卡尔曼滤波导航算法将无卫星信号无人机定位精度从4.82 m提高到了1.97 m。同时, 在性能相近的情况下, 相较于传统的置信传播算法, 新算法的计算效率提升了近40倍。
无人机集群 协同导航 高斯置信传播(GaBP) 概率图模型 UAV swarm collaborative navigation Gaussian Belief Propagation (GaBP) probabilistic graphical model
中国人民解放军63891部队, 河南 洛阳 471000
针对对空导弹末制导段多采用比例式制导, 而防御对空导弹多采用平台自卫式干扰机的情况, 分析了对空导弹比例式制导的控制特性及其面临的光电干扰环境, 提出了一种全新的对导弹末制导段飞行轨迹简化计算方法, 以及光电干扰有效后导弹的脱靶量数学模型, 并据此进行干扰条件下导弹命中概率的计算分析; 重点讨论了导弹不能命中目标时的边界条件, 即光电干扰有效时对应的导弹姿态、距离、飞控参数等, 并论述了光电干扰条件下导弹命中概率和不能命中的边界条件。据此可对平台自卫干扰装备的作战效能进行定量评估, 并评价导弹导引头的抗干扰性能。
比例制导 光电干扰 横向过载 脱靶量 命中概率 proportional guidance photoelectric interference lateral overload miss distance hit probability
检测概率、虚警概率和信噪比是红外点目标检测系统的 3个核心指标，本文在恒虚警检测准则下，分析了红外点目标单帧检测（单一门限检测）的检测概率、虚警概率和信噪比三者之间的关系。重点分析计算了采用多帧累积检测的双门限检测方法时，第二门限的选取策略，实现了在不提高对系统信噪比要求的前提下，提高检测概率、降低虚警概率的目的，解决了威胁度大、误报和漏报代价高的高价值目标的检测问题。
检测概率 虚警概率 信噪比 双门限检测准则 probability of detection, probability of false ala
1 武汉大学 电子信息学院，湖北 武汉 430072
2 中国空间技术研究院，北京 100098
3 武汉量子技术研究院，湖北 武汉 430010
硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）具有极高的探测灵敏度和响应速度，且在多光子条件下具有较高的动态范围以及线性响应的特性，在光子计数激光雷达应用中有独特的优势。然而，由于SiPM多像元、单时间通道的工作模式，其输出电压信号相较于其他单光子探测器更大概率出现脉冲堆叠现象，不同鉴别阈值条件下的SiPM探测过程更为复杂。针对该问题，本文建立了SiPM光子事件响应模型，以此为基础分析了由脉冲堆叠引发的屏蔽效应和触发效应两种特殊情况的时域分布，最终建立了SiPM半解析的探测概率与虚警概率模型。同时，搭建了基于SiPM探测器的光子计数雷达系统，通过观察实测输出电压波形以及光子点云分布与理论模型相符（R2>0.95）。通过查全率与查准率对不同鉴别阈值的SiPM光子点云分布进行定量评价，并给出最优鉴别阈值区间，这对基于SiPM的光子计数激光雷达系统硬件参数的优化设计以及探测性能的定量分析具有重要的指导意义。
硅光电倍增管 脉冲堆叠 鉴别阈值 探测概率模型 photomultiplier tubes pulse pile up discrimination threshold detection probability model
西安理工大学自动化与信息工程学院，西安市无线光通信与网络研究重点实验室，陕西 西安 710048
考虑大气湍流及电解调模块相位噪声对光通信系统性能的影响，基于低密度奇偶校验（LDPC）编码设计了一种自适应概率整形（PS）的实用自由空间光通信编码调制方案，实现以比特度量解码速率为目标函数的速率自适应，采用启发式算法求解M元正交幅度调制（M-QAM）信号星座点概率质量函数（PMF）分布的最优问题。结果表明：在弱湍流与相位噪声的联合影响下，概率整形正交幅度调制（PS-16-QAM）在最优概率分布下的比特度量解码速率比均匀分布16-QAM下更逼近香农容量。当湍流强度一定时，相位噪声增大对低信噪比下选取的PS分布影响更大，当前向纠错译码前的误码率为时，提出的PS方案与均匀分布编码调制系统相比最高可获得4.8 dB的整形增益。
光通信 自由空间光通信 湍流衰落 相位噪声 概率整形 速率自适应 光学学报
2023, 43(24): 2406004
湖南师范大学物理与电子科学学院，湖南 长沙 410081
单光子雪崩二极管（SPAD）可以检测到异常微弱的光信号，可广泛应用于目标跟踪、自动驾驶、荧光检测等领域。本文基于180 nm标准双极-互补金属氧化物半导体-双扩散金属氧化物半导体（BCD）工艺，设计了一种低过偏压下具有高光子检测概率（PDP）的SPAD器件。该器件在440~740 nm范围内具有良好的光谱响应。采用半径为10 μm的N+/P阱形成PN结作为感光区域，由N阱形成一个能有效防止边缘击穿的保护环。应用计算机技术辅助设计（TCAD）软件对SPAD的基本工作原理进行了定性分析，并通过建立的测试平台获得了设备的实际电气参数。测试结果表明，在1 V的过量偏置电压下，在480~660 nm的波长范围内，该器件可达到30%以上的PDP。在560 nm时，PDP峰值为42.7%，暗计数率为11.5 2。最后通过设计VerilogA混合模型验证了器件的模拟结果和实测结果之间具有良好一致性。
单光子雪崩二极管 光子探测概率 暗计数率 光谱响应 VerilogA模型 光学学报
2023, 43(23): 2313001
