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Enregistrement W4384696986 · doi:10.22215/etd/2023-15615

Quantum Radar Signal Processing

2023· dissertation· en· W4384696986 sur OpenAlexaff
David Luong

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typedissertation
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueQuantum Information and Cryptography
Établissements canadiensCarleton UniversityUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésRadarRadar lock-onRadar engineering detailsPulse-Doppler radarContinuous-wave radarComputer scienceBistatic radar3D radarRemote sensingElectronic engineeringRadar imagingEngineeringTelecommunicationsGeography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Quantum radars use phenomena from quantum physics, such as quantum entanglement, to enhance detection performance compared with classical radars.This thesis presents an end-to-end analysis of an entanglement-based radar called quantum two-mode squeezing radar (QTMS radar).This type of radar is of particular interest because a QTMS radar experiment has actually been performed, and because QTMS radars are closely related to a type of classical radar known as noise radar (NR).As part of the analysis, we develop a mathematical theory of QTMS radars and show that QTMS radars and NRs can be united under a single probabilistic model.We then show how their signals are to be processed to determine the presence or absence of a target, and undertake an extensive analysis of the target detection performance of QTMS radars and NRs.These theoretical results are verified using data drawn from a QTMS radar experiment and a laboratory NR.One important conclusion, supported by both theory and experiment, is that the receiver operating characteristic curve for a QTMS radar is better than that of an NR with the same signal powers.Throughout the thesis, we emphasize the need to establish common ground between quantum physics and radar engineering, and it is hoped that the unified theory of QTMS radar and NR presented here will play a role in this. List of TablesCommon sense imagines that when it sees a table it sees a table.This is a gross delusion.Bertrand Russell The ABC of Relativity 2.1 A taxonomy of quantum sensors 11 5.1 System parameters for Wilson's QTMS radar experiment 104 6.1 QTMS radar variables and parameters 127 6.2 Rice distribution parameters fitted to simulated values of ρ ˆ145 6.3 Parameter estimates for Wilson et al.'s QTMS radar prototype 151 6.4 TVD between theoretical and experimental PDFs for the QTMS radar 152 6.5 Transmit powers and parameter values for the experimental NR 153 6.6 TVD between theoretical and experimental PDFs for the NR 156 7.1 Parameter values for the ROC curve plots 196 8.1 Correlation coefficient vs. transmit power: fit parameters 210 8.2 Correlation coefficient vs. range: fit parameters 218 8.3 Noise radar system parameters used in Example 8.10 232 8.4 QTMS radar system parameters used in Example 8.11 233 B.1 Relationships between probability distributions 281 xvi List of Figures As the Chinese say, 1001 words is worth more than a picture.John McCarthy 3.1 Time evolution of coherent states 64 3.2 Vacuum noise in a beam splitter 68 4.1 Target detection using a detector and a threshold 77 4.2 Probabilities of detection and false alarm for the envelope detector 78 4.3 ROC curves for the envelope detector 83 4.4 ROC curves for the NP detector (sinusoidal radar) compared with those for the envelope detector 92 5.1 Illustration of the basic QI protocol 95 5.2 Block diagram of Wilson's QTMS radar setup 102 5.3 Horn antennas used in the Wilson experiment 102 5.4 Interior and exterior of the dilution refrigerator 105 5.5 Interior of the can containing the JPA 106 5.6 Simplified diagram of a JPA 108 5.7 JPA mounted on a printed circuit board 109 5.8 Block diagram of the benchmark NR for the Wilson experiment 110 6.1 Correlation number line 135 6.2 Separable, entangled, and forbidden values of ρ as a function of σ 1 135 6.3 PDF of σ ˆ1 141 xvii LIST OF FIGURES xviii 6.4 Exact and approximate PDFs of ρ ˆ143 6.5 TVD between the exact and approximate PDFs of ρ ˆ146 6.6 Concentration parameter vs. Nρ 2 148 6.7 Exact and approximate PDFs of φ ˆ149 6.8 TVD between the exact and approximate PDFs of φ ˆ149 6.9 Theoretical and experimental PDFs for the QTMS radar 151 6.10 Theoretical and experimental PDFs for the experimental NR with transmit power -18.91 dBm 154 6.11 Theoretical and experimental PDFs for the experimental NR with transmit power -9.380 dBm 154 6.12 Theoretical and experimental PDFs for the experimental NR with transmit power 1.955 dBm 155 7.1 PDF of the NP detector (target present) 169 7.2 PDF of the NP detector (target absent) 170 7.3 LIST OF FIGURES xix 8.3 Correlation coefficient vs. range 8.4 ROC curves for the MF detector for various ranges 8.5 Correlation coefficient vs. range for an experimental NR 8.6 ROC curves for all detectors when ρ → 0 and N → ∞ 8.7 ROC curve for the MF detector when ρ → 0 and N → ∞: increasing ρ vs. increasing N 8.8 Probability of detection vs. Nρ 2 when ρ → 0 and N → ∞ 8.9 ROC curves for D MF and ρ ˆwhen ρ is large and N is small 8.10 ROC curves for the Wilson experiment, showing the increase in N required for the benchmark NR to match the QTMS radar 8.11 Maximum range vs. ρ 0 and N when p d = 0.9 and p fa = 10 -6 D.1 Simplified block diagram of the NR setup D.2 Photograph of the NR setup D.3 NR aimed at a wall D.4 Corner reflector used for the experiment in Section 8.2to x 0 in a given situation, without asserting that x = x 0 elsewhere.An index of symbols and abbreviations used in this thesis, together with the page at which each symbol or abbreviation is first defined, is included at page 262.The reader is encouraged to make liberal use of this index.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Théorique ou conceptuel · Signal consensuel: Théorique ou conceptuel
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,007
Score d'incertitude au seuil0,022

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0070,002

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,016
Tête enseignante GPT0,266
Écart entre enseignants0,249 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeThéorique ou conceptuel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations3
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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