南京大学学报(自然科学版)

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孙为民*

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 771.

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核子自旋结构的研究是当前量子色动力学中一个热点问题，在近年来有关这一研究的新进展中，涉及规范场系统的动量角动量算符是否需要规范不变这一根本问题，文献中对此有颇多讨论．本文试图在最简单的规范理论，即自由电磁场理论中，通过将通常协变规范下的c数规范变换自然的扩充成为一类算符规范变换，来探讨这一物理问题的可能认识．从经典理论与量子理论层次对于这种新的算符规范变换的特点与物理推论作了充分的讨论，得出了一些新的结果，这些结果自身就是有着独立物理意义的，也是通常场论教科书中未曾论及的．在此讨论的基础上，分析了自由电磁场理论中能量动量算符与角动量算符的规范不变性这一问题，得出了一些物理上有意义的认识．

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镶嵌于非晶碳化硅中的高导电性掺杂纳米晶硅的制备与电学性能研究

季　阳，单　丹，钱明庆，李　伟，徐　骏*，陈坤基

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 780.

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对不同C/Si比的掺磷非晶碳化硅薄膜的光电性质进行了研究．发现对于原始样品，随着C/Si比的减小，材料的光学带隙逐渐减小，暗电导率逐渐增大．对于1000 ℃退火后的样品，材料的暗电导率有了6到7个数量级的提高．随着膜中C/Si比的减小，材料中Si－C键密度逐渐减少，结晶度提高，光学带隙有所增大，多数载流子迁移率增大，暗电导率逐渐增大．此外，薄膜中组分比的改变对材料中掺杂磷原子的激活效率以及材料的电导率激活能等都会产生相应影响．随着C/Si比的减小，退火后样品的掺杂磷原子的激活效率随之改变，表现为载流子浓度先增大后减小的趋势，这与材料的结晶程度有很大的关系．退火后样品的电导率激活能随着C/Si比的减小而逐渐减小，费米能级逐渐靠近导带底，最后位于导带底甚至进入导带，使材料表现为重掺杂的特性．

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一种改进的太赫兹主动成像系统

那宏越，周德亮，姜寿禄，盖之慧，李先峰，陈　健*，吴培亨

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 787.

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利用卡塞格伦反射镜组自行搭建了一套反射式太赫兹主动成像系统，以商用肖特基二极管探测太赫兹信号，进行室温下的太赫兹快速成像．系统采用二维旋转式扫描，相较于光栅扫描，其扫描速度得到了大幅提高．通过大量实验发现该太赫兹成像系统，仅对铜柱成像效果较好，对其他物体成像效果不佳，甚至无法成像．通过对其可能存在的问题进行分析，利用数学建模的方法重新构建系统扫描轨迹，解决了成像物体形变的问题．此外，采用狄洛尼三角剖分算法对采集的数据点进行插值运算，进一步改善了系统的成像质量．实验结果表明，改进后的太赫兹主动成像系统不仅成像结果形变小，而且对一些复杂结构的物体，仍能获得较好的成像效果，对于促进该系统应用于安检等领域有着重要的意义．

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实时视频去隔行的并行算法研究

余双春，袁　杰，沈庆宏*

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 795.

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为了实现实时将隔行扫描信号转换为逐行扫描信号的目标，采用的是运动自适应去隔行方法，并配以多线程并行计算．运动自适应相对单场插值利用了图像在时间上的关联性，在运动区域、静止区域都能有更优的效果；相对于运动补偿，具有时间复杂度上的优越性，为实时处理做铺垫．运动自适应方法，采用了更好的运动检测方法，并通过运动修正更准确地划分动静区域，场内采用一种最大相关性的保持边缘方法进行插值，更好的保护图像的细节信息，此方法时间复杂度低，且在信噪比上优于其他常见运动自适应方法．基于多核服务器，进行多线程并行编程，充分利用了多核体系，计算效率大幅度提高．实验结果表明，方法处理后的图像效果相比其他方法更佳，实现了实时处理D1标准视频序列．

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不连续金属膜的介电性能计算

顾利民，王　强，杨　燚*，唐东明，张豹山

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 802.

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采用Bruggeman有效媒质理论、基于HFSS软件的S参数法和谐振腔微扰法对不连续金属膜的介电常数进行计算．计算结果表明，在满足长波准静态近似条件下，通过对金属的介电常数进行重整化处理，将涡流效应和局域场增强效应纳入到重整化介电常数中，可以将金属等效为均匀极化的介质，并利用有效媒质理论解析的计算出不连续金属膜的介电常数．且在不连续金属膜中，由于涡流效应的影响，不连续金属膜单元尺寸的大小将显著影响到不连续金属膜的有效介电常数．另外，Bruggeman理论在计算填充浓度小于阈值的样品时才可以获得准确结果．该文结论对研究不连续金属膜的介电性质具有积极的指导意义．

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改进分段Logistic混沌映射的方法及其性能分析

蔡　丹1*，季晓勇1，史　贺1，潘家民2

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 809.

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Logistic混沌映射和Tent映射是两种广泛应用于通信安全领域的混沌映射，Tent映射具有分段特性，由此联想到将Logistic混沌映射推广为分段映射．提出一种三分段相切的Logistic混沌序列的方法，不仅规避了Tent映射需施加随机扰动的过程，并改善了Logistic混沌映射的随机性能，增加了系统的复杂度和抗攻击能力．实验证明在相同的区间上，三分段相切的Logistic混沌映射更早地进入混沌状态，且在 3.57≤μ≤4时运动轨迹愈发地不稳定，Lyapunov指数为逐渐增大的正数，更复杂的非线性方程提高了系统的安全性．在相同的分叉判定阈值下，三分段相切Logistic混沌映射进入混沌状态时需要的迭代次数明显减小．因此，三分段相切的Logistic混沌序列具有更加良好的随机性和不可预测性．经过研究表明，该三分段相切的Logistic混沌映射具有良好的初值敏感性，广泛地适用于信息安全领域．

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水下载体的声学定位系统测距误差分析

曹　俊1，2，郑翠娥1，2，孙大军1，2*，张殿伦1，2

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 816.

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基于单信标测距的定位方法，是水下载体声学定位技术的进一步发展，但是国内外的研究都是基于定位解算方法本身，研究过程中都是给定一个声学定位系统测距误差．本文针对其中的声学测距进行了研究，首次从水声学原理方面着手分析了影响声学测距的误差源以及各误差源对测距误差和定位精度的影响程度．首先分析了声信号传播速度的影响，无论是声速测量误差还是声线弯曲影响，测距误差都表现为一种随水平距离增加而增大的固定误差，水平定位误差在几十厘米的水平；然后分析了声信号传播介质的影响，环境噪声、信号混响和多途会造成信号检测与时延估计误差，测距误差的大小与时延估计误差成正比，水平定位误差与测时误差引起的测距误差大小相当；最后分析了声信号发射接收异步的影响，测距误差的大小既与载体航行速度成正比，也与发射点距信标与航迹垂线的距离成正比，水平定位误差的大小与载体航行速度成正比，载体航行速度1 m·s－1的情况下水平定位误差就达到了几米的水平，必须针对发射接收异步的情况进行补偿．

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新型光学微腔中CdSe@ZnS胶体量子点溶液光致荧光特性研究

丰　雪1，2，钱　波2*，曹　萌1

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 825.

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通过共形生长薄膜的方法在图形衬底上设计和制备一种新型的光学微腔结构，可以同时实现对光子的限制和对量子点溶液的空间限制．应用这种微腔结构，研究CdSe@ZnS胶体量子点溶液在微腔光子限制作用下的光致荧光特性．通过实验研究分析，发现在微腔光子限制作用下，CdSe@ZnS胶体量子点溶液的荧光强度随着浓度的减小反而逐步增强，与常规容器中的量子点溶液随浓度发光强度变化规律相反；对于小尺寸的光学微腔而言，量子点溶液的发光峰位随浓度增大而出现了蓝移，与常规容器中的量子点溶液发光峰位随浓度变化规律有区别．这些差异体现了微腔作用下量子点溶液光致荧光的不同机制．设计的新型光学微腔产生的限制作用，对于量子点的发光机制产生了重要的影响．

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三支决策贝叶斯网络分类器

汪　璐，贾修一*，顾雁囡

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 833.

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传统二支决策分类器在处理不精确或置信度不高的对象时往往具有较高的错分率，而三支决策由于引入延迟决策，使其具有较低的误分率．基于单评价函数的三支决策分类器通过判断对象的条件概率值和决策阈值之间的大小关系将对象划分到相应的区域中．决策阈值可以由三支决策粗糙集模型计算得出，而条件概率值则由分类器提供．提出一种三支决策贝叶斯网络分类器，考虑属性之间的关联性，从而将条件概率求解和阈值求解融合在一起，实验表明三支决策贝叶斯网络分类器具有更高的分类精度．

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一种基于优势粗糙集的多属性决策排序方法

李　佳1，梁吉业1，2*，庞天杰1

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 844.

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多属性决策问题的实质是利用已有的决策信息，通过一定方式对备选对象进行分析、排序、择优和评价，以找到一种简捷方便的排序方法．运用优势粗糙集理论对决策对象进行详细的分析，在此基础上，针对多属性决策排序结果中“并列”决策现象的存在，将基于信息量的属性重要性度量引入到优势度排序方法中，进一步细化排序结果．最后通过与其他排序方法在具体算例中的对比分析，验证了该方法的合理性、有效性．

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对象定向概念格的不协调决策约简

李俊余1，2，王　霞1，2*

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 853.

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由于噪声、预测能力等因素的影响，实际问题中遇到的决策形式背景大多是不协调的．因为形式背景中不协调性的存在使得人们挖据有用的信息变得更加复杂和困难，而属性约简可以使决策形式背景的知识表示更为简洁，隐藏的知识更加清晰，因此研究不协调决策形式背景的属性约简具有重要的意义．针对不协调决策形式背景研究了对象定向概念格的属性约简的定义和方法．首先，利用对象幂集上的等价关系定义了对象定向概念格的两种属性约简：分布约简和最大分布约简．分布约简集保持每个对象子集在每个决策等价类的隶属程度不变，而最大分布约简集保持每个对象子集的最大决策等价类不变．其次，讨论了分布协调集和最大分布协调集之间的关系．最后，定义了分布辨识矩阵和最大分布辨识矩阵，给出了分布约简集和最大分布约简集的判定定理，提出了计算分布约简集和最大分布约简集的方法．

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复杂网络中的层次结构挖掘

余成进1，2，赵　姝1，2*，陈　洁1，2，张燕平1，2，段　震1，2

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 861.

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挖掘复杂网络中的层次结构对复杂网络的研究有着重要的意义．复杂网络中的社团结构往往具有层次性．过去的研究中，研究者更多的关注于层次社团结构，而很少关注于社团内部成员的层次结构．因此，提出一种基于模糊相容关系的层次结构挖掘算法(fuzzy tolerance relation based hierarchical structure detection algorithm，FHSD)，旨在挖掘层次社团结构以及社团内部成员层次结构．在该算法中，首先通过相似度函数计算节点之间的相似性从而获取一个满足模糊相容关系的相似度矩阵；其次，基于相似度矩阵获取对应的商空间链；然后，依据重叠节点对各社团的隶属度处理商空间链各层中的重叠节点，从而得到层次社团结构；最后，基于处理后的商空间链，获取对原始模糊相容的近似模糊等价关系，从而获取社团内部成员层次结构．在真实网络上的实验结果表明：(1)复杂网络中不仅存在层次社团结构，同时存在基于模糊相容关系的社团成员层次结构；(2)相比于当前主流的社团挖掘算法，FHSD挖掘出的社团结构具有最高的精准性(NMI accuracy)和较高的模块度值．

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双论域上基于Brouwer－正交补的粗糙近似

李同军1，2*，吴伟志1，2，顾沈明1，2

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 871.

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主要研究广义近似空间上粗糙近似算子的扩展模型．首先，将Cattaneo提出的抽象近似空间理论具体运用于广义近似空间中的粗糙集模型研究，利用空间中双论域间的二元关系，导出指定论域上的一个Brouwer－正交补算子，据此算子构造性地定义了指定论域上的两对粗糙近似算子．然后，研究了新算子的基本性质和代数表示，将它们与已有近似算子进行对比，指出它们的异同，给出它们之间的大小顺序关系．最后，研究了新近似算子和已有近似算子的等价性，给出它们与邻近算子之间等价的条件，讨论了等价条件之间的关系．

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基于启发式有向圈查询的可疑交易识别研究

徐泰华1*，张清华2

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 879.

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可疑交易监测分析是反洗钱研究的一个重要分支．图中存在一种非常重要的结构—有向圈．金融交易数据可以用有向图表示，称为金融交易图，金融交易图中的有向圈是一种可疑交易结构．提出了一种启发式有向圈查询算法，其基本思想是首先求得图中的强连通分量，然后针对每个强连通分量，进行启发式的深度优先搜索，与一般的深度优先搜索不同，该算法利用两个启发式信息来控制深度优先搜索的方向以及要访问的节点．还对节点数至少为3的强连通分量中一定存在有向圈做出了证明．并且对该算法的时间复杂度作了相关分析．该算法降低了论域的规模，从另一个侧面提高了算法性能．实验证明了算法的有效性，及使用启发式信息的必要性．该算法可检测出金融交易图中的有向圈这一可疑交易结构，为反洗钱研究提供技术支持．

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基于误差数据的最小代价属性选择分治算法

黄伟婷1*，赵　红2

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 890.

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最小代价属性选择是数据挖掘的重要问题之一，问题的优化目标是得到总代价最小的属性子集．在实际数据的获取过程中，测量误差是不可避免的．基于测量误差，目前已有一些相关的最小代价属性选择方法．但这些方法存在效率上的问题，特别是对大规模数据集．为解决这一关键问题，提出一种基于误差数据的最小代价属性选择分治算法．该算法将数据集按列拆分为若干个互不相交的子数据集，实现对各子数据集的求解，分而治之．对于不同规模的数据集，其子数据集的大小及总个数并非固定不变，而是根据各数据集的规模自适应设定的．该算法通过拆分数据集来降低问题规模，有效地提高了计算效率．对6个不同规模UCI数据集的实验分析表明该算法的有效性，与经典回溯算法相比，该算法的效果相当但效率至少提高了30%，更能适应实际问题的需要．

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α－先验概率优势关系下的粗糙集模型研究

施玉杰1*，杨宏志2，徐久成3

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 899.

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序信息系统涉及了多属性决策领域的比较、排序及属性约简等问题．然而在现实世界中，不完备序信息系统十分常见．为解决不完备序信息系统中现有优势关系要求过于严格或宽松的缺陷和目前不完备序信息系统粗糙集模型及性质、对象排序、属性约简等理论研究的不完整性，首先，结合先验的知识，从概率分布的角度分析未知属性值，提出α－先验概率优势关系，在此基础上研究其粗糙集模型及性质；其次，给出α－先验概率优势类结构差异度的概念，并提出一种新的对象排序方法；然后，给出一种由α－先验概率优势类结构差异度来寻找不完备序信息系统的启发式属性约简算法，该算法能有效地避免因新的优势关系不满足单调性引起的弊端；最后，用具体实例验证所提方法的正确性和有效性．该课题内容不仅丰富了粗糙集理论的研究，而且为不完备序信息系统理论提供了新的方法和思路．

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基于数据集属性相似性的聚类算法推荐

代　明1*，钟才明2，庞永明1，程　凯1

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 908.

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由No Free Lunch理论可知，没有一种聚类算法可完美的解决所有问题．算法推荐是解决此问题的一种有效手段，其核心是数据集相似性的度量．因此提出了一种计算数据集相似性的新方法，通过提取能揭示数据集内在分布和结构的几种属性，然后计算数据集几个属性间的距离，从而得到相似性的度量．首先选择了统计特征向量和二值化向量，然后对数据集进行划分，并计算划分中点到中心点的距离和点对之间的robust pathbased距离得到数据集的紧凑性和连接性．再通过BP网络训练得到4个属性的参数，进而得到了数据集的相似性度量．选择8种人工数据集和8种UCI上的数据集建立数据集库，并选择了7种具有代表性的聚类算法组成算法库．选择UCI上的部分数据集进行实验，结果表明本文提出的方法有较好的效果．

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基于马尔可夫链的MIMO雷达信号融合检测方法

王海燕，陈　浩，张兴敢*

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 918.

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MIMO(MultipleInput MultipleOutput)雷达结合多信号技术和阵列技术的优点，利用空间分集对抗目标RCS闪烁，完成目标检测与跟踪．针对多站雷达信号检测，提出了基于马尔可夫链的非相参积累分布式融合检测方法．首先分析了恒虚警率检测的阈值计算原理，推导出多站数据融合后的二次检测阈值．为改善运用贝叶斯和纽曼－皮尔逊准则检测时运算量大的缺点，提出基于马尔可夫链法的算法．该方法对各站回波数据进行结构化处理，根据不同时刻状态间的统计联系，导入马尔可夫过程，计算出状态转移概率矩阵，逐帧搜索确定目标点迹．仿真实验表明，该算法能够在不提高虚警概率的条件下，明显地降低检测阈值，可以有效提高系统检测性能．

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基于Burg改进算法的风切变风速估计

王路晗，张兴敢*

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 925.

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在对风切变风速进行估计时，基于频域的风速估计方法可以获得更多的谱特征参数估计值，但经典的频域谱估计的频率分辨率低、方差大．针对传统的基于频域谱估计方法存在的问题，提出一种基于Burg改进算法的风切变风速估计方法．Burg谱估计的频率分辨率高于经典谱估计，但当雷达回波周期数较少即短序列条件下会出现谱峰分裂和偏移产生谱估计误差．分析表明，Burg算法估计AR模型系数的误差是导致频谱分裂和偏移的主要原因．改进Burg算法中，多段回波数据积累和原Burg算法联合估计AR模型系数，减小系数误差，提高谱估计精度．该算法继承了原Burg算法能够获得高的频率分辨率和小方差的优点．仿真结果表明，在模型阶数选取适当的情况下，对短序列回波信号进行风速估计，相比于经典的FFT算法和Burg算法，改进谱估计方法达到了Burg谱估计的分辨率和FFT谱估计的准确性．

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基于改进MUSIC算法的宽带DOA估计

张涛涛，张兴敢*

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 932.

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经典MUSIC算法的统计特性主要建立在阵元数固定且快拍数趋于无穷的情况下，在有限样本中，当快拍数无法满足远大于阵元数的条件时，DOA估计会产生偏差．对于宽带信号的DOA估计，利用相干信号子空间(Coherent Signalsubspace Method，CMS)方法，构造聚焦矩阵使不同频率的信号子空间映射到同一参考频率上，用聚焦后的频域窄带模型进行DOA估计，并针对在实际应用中，阵列的阵元数较大且快拍数受限时经典MUSIC算法估计精度不高的情况，利用改进后的MUSIC算法SpikeMUSIC算法，提高DOA估计精度．在不同信噪比下，分别对DOA估计的误差进行了MonteCarlo仿真实验，仿真结果表明，相对于普通的CSM方法，基于SpikeMUSIC算法改进的CSM方法在宽带DOA估计中具有更高的精度．

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干涉量子雷达测量方法性能分析

吴　琼，柏业超*，张兴敢

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 939.

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目前隐身技术、空间小目标探测以及行星防御等应用领域对雷达系统的性能提出更高要求，随着量子信息技术和量子计算机的发展，利用量子技术改进远程传感器系统并提高传感器灵敏度已成为众多科学领域的研究热点．初步研究结果表明，依赖于少量纠缠叠加光子的量子雷达与不采用纠缠光子的雷达相比，其分辨率以二次方的速率提高．同时，对于同一个目标，量子雷达比传统雷达的有效探测距离更远，且量子散射截面旁瓣为射频隐身目标的探测提供了一种新方法．介绍了量子雷达的基本概念和分类、探测机理，并从干涉测量的角度出发，重点分析了干涉量子雷达的几种不同测量方法的性能．对比分析相位估计误差和目标距离估计误差，给出了测量方法所达到的量子极限以及系统所达到的超级灵敏度区域．

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基于MUSIC算法的生命探测雷达信号处理方法

文　乐，方　晖*，张兴敢

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 946.

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生命探测雷达根据人体的体动、心跳和呼吸所产生的多普勒效应探测生命信息，是灾后搜救幸存者的重要工具．呼吸具有周期性，起伏的胸腔的回波比较强，其多普勒频移比较容易探测．呼吸频率通常是不均匀的，导致变化的胸腔具有多点反射，环境噪声强，据此建立了多个多普勒频移信号组合生命回波模型．研究用MUSIC谱估计从低信噪比回波中探测生命信息的方法，给出了探测处理框图．针对高信噪比回波和低信噪比回波，分别用FFT和MUSIC谱估计方法在一个雷达距离分辨单元上进行了生命信息探测仿真．仿真结果：FFT对高信噪比回波能检测出目标，低信噪比回波谱中生命信息被噪声谱线淹没；MUSIC谱估计能抑制噪声谱线，低信噪比回波谱中生命信息也比较明显，可以检测生命信息，表明MUSIC谱估计方法可以更可靠地在噪声背景下进行生命信息探测．

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一种基于L型阵列的改进的二维DOA估计方法

杨艳飞，高　健*，张兴敢

南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(5): 953.

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二维DOA估计在电子侦察、智能天线、雷达等方面都有广泛应用．二维DOA估计的方法有很多，主要用水平面L型阵列和ESPRIT算法进行二维DOA估计．提出用水平线阵和垂直线阵构建L型阵列，分成四个子阵，计算四个互相关矩阵，四个互相关矩阵构造一个特殊的大矩阵，对该矩阵进行特征值分解获得信号子空间估计，再用ESPRIT算法进行方位角和仰角的估计．该方法可以直接得到目标仰角，不需要换算，简化了计算，通过子空间估计，提高了DOA估计的分辨率并可以估计更多目标的DOA.仿真结果表明本文的改进二维DOA估计方法提高了DOA估计的精度．

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