低成本接收阵列方向图测试系统与方法

采用传统的相控阵测试方法对数字阵列及数字波束合成进行测试,存在系统复杂、设备齐套周期长、问题难解耦等弊端。因此,对于数字阵列及相关算法,需要一种不依赖天线和物理环境,且能够以低成本和高效率,在系统开发中期完成相关性能评估和迭代的方法。给出一种基于阵列信号模拟技术的低成本接收阵列方向图测试系统,并提出了随机虚拟相移技术用于解决测试精度不足的问题。基于简要的理论分析、给出了测试平台构成和测试流程,并通过仿真和实测验证了方法的有效性。

基于权重系数调控的阵列天线阵元方向布局优化

研究建立了一种基于权重系数调控的阵列天线阵元方向布局优化方法。该方法以阵列天线最大增益和最大旁瓣之差的加权和为适应度函数,通过合理选取主辐射方向增益与最大旁瓣之差和最大增益的权重系数,实现了阵列天线高增益、低旁瓣的设计需求,讨论了不同权重系数下的优化结果,并总结了权重系数调控阵列天线辐射性能的规律。采用基于矩量法的全波分析方法进行分析,充分考虑了阵列天线各阵元耦合场的影响。基于遗传算法求解了该文提出的优化问题,并实现了线性和平面偶极子阵列天线各阵元方向布局的优化设计。结果表明,当线性和平面阵列天线方向布局优化设计的权重系数分别取0.45和0.9时,所建立的优化方法不仅降低了旁瓣电平和交叉极化增益,并且能够保证主辐射方向增益下降不大,从而验证了该方法的可行性和有效性。

大间距均匀阵列抗模糊DOA估计实验研究

在波达方向(DOA)估计中,当接收天线阵列的单元间距大于入射信号载波的半波长时,会出现阵列流形模糊,这对分辨真实的信号DOA带来了挑战。该文基于子阵级大间距均匀双线极化阵列,提出通过随机改变每个子阵中某个单元的极化状态,使不同子阵对应的导向矢量相互独立,从而打破大间距均匀阵列下导向矢量间的线性关系,并抑制阵列流形模糊。仿真和实验结果表明,该方法可有效去除多重信号分类(MUSIC)算法空间谱中的伪峰,实现高精度DOA估计。

阵元位置互质的线性阵列:阵列校正和波束形成

该文研究了阵元位置互质的线性阵列(CLA)的阵列校正和波束形成问题。在假设CLA天线单元部分校准的条件下,基于同时干扰定位与阵列校正(SILAC)技术,设计了一种适用于CLA的阵列校正和波束形成方法:CLA-SILAC-INCM算法。从理论上分析证明了,当CLA中包含有L_c≥3个完全校准的天线单元,使用SILAC技术可以高精度无模糊地实现干扰源角度和阵列天线幅相误差估计,并在此基础上完成干扰噪声协方差矩阵(INCM)重建和波束形成最优权向量构造。通过仿真实验验证了,提出的CLA-SILAC-INCM算法具有比其他常用算法更好的性能,尤其是信噪比接近干噪比时,CLA-SILAC-INCM算法的优势更为明显。

硅微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成器件的制备与性能(特邀)

为了提高红外焦平面阵列性能,分别制备了硅衍射微透镜阵列和InSb红外焦平面阵列并将两者集成在一起。采用光学系统和焦平面测试系统进行了测试。结果显示双面镀制有增透膜的硅衍射微透镜阵列的衍射效率为83.6%;电压响应图显示器件没有裂纹;集成器件的工作波段为3.7~4.8μm,此时平均黑体响应率和探测率分别为4.85×10^(7)V/W和7.12×10^(9)cm·Hz^(1/2)·W^(1)。结果表明硅微透镜阵列不仅可以提高焦平面阵列占空因子,而且可以通过优化焦平面应力匹配来解决芯片裂纹问题,集成器件性能优于现有焦平面性能。

基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法研究

本文提出了一种基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法,在结构中央布置环形压电传感器阵列实现对结构的全方位扫描监测,消除了主动Lamb波空间滤波器监测方法中盲区及远场对监测效果的影响。环形阵列由直径方向不同角度的4个线阵组成,每个线阵采用主动Lamb波空间滤波监测方法对结构损伤进行监测、成像,各阵列成像结果通过PCA-小波变换进行融合对损伤位置进行判别,从而实现结构全方位损伤扫描监测,消除单个阵列损伤监测的盲区、远场及虚假成像等影响,进而获得更加准确的损伤监测结果。通过实验研究,验证了该方法的有效性和实用性。

稀疏阵列结构设计及波达方向估计研究进展

近年来,利用稀疏阵列估计信源的波达方向(Direction of Arrival,DOA)已成为阵列信号处理领域的研究热点问题之一。相较于传统的均匀线阵,稀疏阵列凭借其大孔径、高自由度、低互耦率、低冗余度、低开销和布阵灵活等优良特性,吸引了学术界广泛关注和系统性研究。同时,为充分发挥稀疏阵列的巨大优势,学者们已经从不同角度开发了一系列与之相适应的DOA估计算法,以进一步提高可分辨信源的数量和角度估计精度。本文在构建稀疏阵列信号模型和整理稀疏阵列相关术语的基础上,详细介绍了稀疏阵列结构设计及DOA估计算法的发展历程和代表性研究成果。在稀疏阵列结构设计方面,围绕自由度、互耦率和冗余度等核心指标,深入剖析了各类稀疏阵列结构的设计思想,并着重描述了嵌套和互质两类结构性稀疏阵列的连续自由度和自由度特征;在稀疏阵列DOA估计方面,根据信号参量构造原理的不同,阐述了基于物理阵列处理和虚拟阵列处理的两种测向理论,并分析了各自方法的适用条件和性能优势。此外,本文还回顾了稀疏阵列DOA估计的克拉美罗界(Cramér-Rao bound,CRB),为评估不同阵列和算法的优劣提供了重要依据。最后,通过梳理现有研究成果中存在的不足,对未来研究方向进行了展望,力图为稀疏阵列DOA估计的工程应用提供理论依据和技术支撑。

颈项透明层增厚胎儿的绒毛染色体及微阵列结果分析

目的 探讨核型分析及染色体微阵列分析(CMA)技术在颈项透明层(NT)增厚胎儿产前诊断中的应用价值,评价NT增厚在产前筛查中的作用。方法 选取2018年1月至2020年12月孕11~13+6周在广州市花都区妇幼保健院筛查NT增厚(NT≥2.5 mm)胎儿137例,经胎盘绒毛穿刺,行“核型分析+CMA”检测,按NT值和临床指征分组,分别分为2.5~2.9 mm、3.0~3.9 mm、4.0~4.9 mm、NT≥5.0 mm组和孤立性NT增厚组、非孤立性NT增厚组,分析各组核型分析和CMA结果。结果 核型分析检出率为10.95%(15/137),CMA检出率为16.79%(23/137),CMA联合核型分析异常检出率为18.25%(25/137)。2.5~2.9 mm、3.0~3.9 mm、4.0~4.9 mm、NT≥5.0 mm组的检出率分别为7.89%(3/38)、8.20%(5/61)、33.33%(7/21)、52.94%(9/17),各组间差异有统计学意义(χ^(2)=22.54,P<0.05)。孤立性NT增厚组和非孤立性NT增厚组的检出率分别为12.24%(12/98)和26.67%(12/45),差异有统计学意义(χ^(2)=4.59,P<0.05)。结论 染色体核型分析联合CMA技术能提高NT增厚胎儿异常检出率,染色体异常发生率随NT值增高及合并其他超声异常明显增高。

基于合成虚拟阵列的脉冲多普勒引信高分辨DOA估计方法

为提高脉冲多普勒(Pulse Doppler,PD)引信的波达方向(Direction of Arrival,DOA)分辨率,利用引信的运动特性,将不同时刻下的回波数据进行组合,合成一个大孔径的虚拟阵列,达到扩展孔径的目的,并利用数字波束形成(Digital Beam Forming,DBF)实现对目标的高分辨角度估计。针对合成虚拟阵列非均匀性导致DBF计算复杂度高的问题,将合成虚拟阵列分解为固有子阵与运动子阵,分别进行DBF处理后并用两波束的乘积代替合成虚拟阵列的波束,在保证高角度分辨率的同时,降低对合成虚拟阵列直接进行DBF运算的复杂度。仿真与实验结果表明,在较少阵元的情况下该方法有效地提高了PD引信的DOA分辨率。

基于空间三维非均匀SISO阵列雷达的介质目标快速成像算法

近年来,随着高精度定位系统的迅猛发展,基于手持式毫米波雷达的阵列成像技术在无损检测和医疗成像等涉及介质内部结构成像的领域中引起了广泛关注.与常见的二维(Two-Dimensional,2D)平面单发单收(SingleInput-Single-Output,SISO)阵列不同的是,基于手持式毫米波雷达的阵列,其阵元通常非均匀分布于三维(Three-Dimensional,3D)空间中,导致现有的基于平面SISO阵列的对介质目标内部结构进行快速成像重构的算法无法适用.为此,本文提出了一种适用于空间3D非均匀SISO阵列雷达的半空间介质目标快速成像算法.该算法将空间3D非均匀SISO阵列的每一个阵元扩展为一个的虚拟阵列,然后将所有虚拟阵列的回波数据变换至波数域后进行相干累加,最后通过3D逆傅里叶变换(Inverse Fourie Transform,IFT)实现快速成像.数值仿真和实验测量表明,与同样适用于该场景的改进后向投影(Improved Backward Projection,IBP)算法相比,在本文给定的成像参数条件下,所提算法可以在保证成像质量的同时,将成像时间缩短94%以上.

基于改进型灰狼优化算法和窗函数加权的稀布矩形平面阵列天线综合

针对在阵列孔径、阵元数目、最小阵元间距等多约束条件下的稀布矩形平面阵列天线优化问题,提出了基于改进型灰狼优化(improved grey wolf optimizer,IGWO)算法和窗函数加权的稀布矩形平面阵列天线综合方法。首先,利用Tent混沌映射、非线性收敛因子、优势狼动态置信策略和对立学习策略对灰狼优化(grey wolf optimizer,GWO)算法进行改进,增加算法的种群多样性和跳出局部最优的能力。然后,利用窗函数对阵列单元进行加权,生成位置分布矩阵,减少稀疏矩阵优化时间,提高优化效率。最后,利用位置分布矩阵生成稀疏阵列,再运用IGWO算法进行多约束条件的稀布优化。为验证所提方法的有效性进行了仿真实验,实验结果表明,本文方法可以有效提高阵列天线的性能,降低峰值旁瓣电平,对于解决在多约束条件下的阵列分布问题,具有一定的工程意义和参考价值。

基于近场旋转技术的共形阵列天线方向图高效计算方法

文中提出了一种基于近场旋转技术的新型共形阵列天线方向图快速计算方法。首先,首次根据共形载体信息对单个特定天线单元近场封闭表面上的电场、磁场和采样点位置进行坐标旋转变换,进而得到其在全局坐标系下近场封闭面上的电场和磁场。然后,基于谢昆诺夫等效原理计算单个天线单元的等效电流和磁流及其所产生的辐射场,并遍历共形阵所有单元计算其在全局坐标系下的辐射场。进一步地,将全局坐标系下所有单元方向图进行矢量叠加得到共形阵列天线的远区总场。最终,通过两个具有不同载体平台与不同阵元的共形阵列天线方向图算例,并与全波仿真以及基于远场旋转技术的计算方法相比较,验证了所提出方法相较于远场旋转技术在计算精度与效率上的优势。

基于互质阵列的阵元排布优化方法

相比于传统的线性均匀阵列,稀疏互质阵列提供了更多的自由度,但是稀疏阵列对应的差分阵列中的孔洞影响了DOA估计的性能。为了解决这个问题,该文提出了两种基于互质阵列的稀疏阵列优化方法,减少了差分阵列孔洞数量。首先,对标准互质阵列的虚拟阵列排列进行了分析,发现移除0位置阵元后,阵列可分辨信源数没有发生变化。因此,该文将这个阵元移动到了新的位置,以优化阵列设计,并且推导出两种提出的阵列虚拟阵列最大连续部分和自由度的数学表达式。仿真结果表明,两种阵列在DOA估计方面和均方根误差方面均优于标准互质阵列,具有比较优越的性能。

Flash阵列无效块管理

Flash阵列在当今数据存储领域占据着重要地位,提高Flash阵列可靠性的关键在于提出合理的坏块管理方法。针对固有坏块,提出基于整合块的坏块管理方法和基于EEPROM查找表的坏块管理方法。对于在使用过程中出现的突发坏块,提出基于页跳过和页替换的突发坏块管理方法。经过实验分析表明坏块管理方法提高了NAND Flash数据存储的可靠性,在保证存储速度的情况下对NAND Flash存储空间得到最大化利用。

改进蜣螂算法优化LSTM的光伏阵列故障诊断

为提高光伏阵列故障诊断精度,提出一种基于变分模态分解VMD(variational mode decomposition)和改进蜣螂算法IDBO(improved dung beetle optimizer)优化长短期记忆LSTM(long short-term memory)网络的光伏阵列故障诊断方法。首先,针对蜣螂算法DBO(dung beetle optimizer)收敛精度低且易陷入局部最优的问题,提出一种融合Levy飞行策略、T分布扰动策略及多种群机制的IDBO算法,通过与DBO、麻雀搜索算法、鲸鱼优化算法寻优测试对比,证明IDBO算法的优越性,再与LSTM结合搭建IDBO-LSTM故障诊断模型。其次,为充分挖掘故障特征,利用VMD提取故障数据多个层面的特征分量,作为IDBO-LSTM模型输入量。最后,实验对比结果表明,该方法的故障诊断准确率达到98.34%,优于其他5种模型,证明了所提方法的可行性及优越性。

基于复合基线时间调制阵列的单通道高精度测向系统

随着定位系统的快速发展,人们对高精度、低成本测向技术的需求日益增大。传统测向方法复杂的硬件结构和高昂的经济成本阻碍了其广泛应用。近年来,基于时间调制阵列(TMA)的测向技术克服了传统测向方法的缺陷,但为了确保测量精度,阵列中仍必须保持足够的单元数量。因此出现了一个问题,即是否能在确保高测向精度的前提下减少时间调制阵列中的单元数量,从而尽可能降低系统的硬件复杂度。所以,该文提出一种基于时间调制阵列的单通道复合基线测向方法并进行了实验验证。该方法将4根天线按特定的间隔排列,形成复合基线系统,利用现场可编程门阵列(FPGA)和单接收通道,实现了高精度、低成本的测向。为了验证所提方法的有效性,该文设计、制作并测量了工作在S波段的原型系统,并与现有测向方法进行了详细比较。该工作对高精度、低成本测向系统的开发和应用具有重要意义。

基于旋转弹体的非理想阵列测向技术研究

[目的]针对旋转弹测向系统在飞行过程中由强杂波环境带来的误差干扰进行研究,提出一种实时校正的波达方向(DOA)估计算法。[方法]该算法利用阵列旋转角度这一先验条件,基于最大似然(ML)准则,实现对共形阵列误差和信号空域-极化域参数的联合估计。[结果]仿真实验表明,该算法对存在方位依赖的幅相不一致性误差的阵列系统,可以实现在线的误差和信号参数联合估计,且该算法的估计性能均与阵列平台旋转次数和信噪比(SNR)相关,当旋转次数达到24以上时,在低信噪比为10 dB情况下空域参数估计误差在1°以下。[结论]所提算法采用分维交替处理的思路来解决多参数估计问题,在保证参数收敛的同时大幅降低了运算的复杂度。

高能闪光照相阵列屏非一致性响应校正技术

阵列屏采用大量独立晶柱组合而成限制了可见光在转换屏内的扩散,能够在提高X光转换效率的同时保证照相系统有较高的空间分辨能力,是高能闪光照相系统中的重要器件。阵列屏由于各晶柱之间的转换系数不同而导致接收图像中存在非一致响应现象,必须将其校正才能对图像进行有效判读。研究了中阵列屏接收图像中非一致响应现象的校正方法,首先使用平板照相获得空场图像,然后对实验图像和空场图像扣除暗电流本底和消除脉冲噪声,最后将实验图像与空场图像进行像素相除运算。针对强振动环境下空场图像与实验图像不匹配问题,提出对空场图像进行位移的方法以实现空场图像与实验图像的重新匹配,采用校正后图像的标准差数据来判断两者的匹配性。实验结果表明位移后的空场图像能够校正强振动环境下阵列屏图像的非一致性响应。

基于混合阵列的DOA与极化信息联合估计

针对被动雷达导引头抗诱饵应用中极化敏感阵列因阵元形式多样化及阵列三维放置而造成模型不匹配的问题,针对线极化、左右旋圆极化、椭圆极化阵元组成的混合三维阵列,提出了混合立体三维极化敏感阵列测向模型。考虑到每一个阵元都可能具有不同的指向和极化敏感性,首先在各阵元局部坐标系中利用极化敏感矩阵表达任意极化阵元的极化敏感程度,再使用坐标旋转矩阵将其变换到全局坐标系中,从而建立阵列极化敏感性统一表达模型,并提出一种基于该模型的秩亏极化多重信号分类(MUSIC)算法。在抗诱饵条件下,对均匀、非均匀混合极化阵列与其他阵列的秩亏极化MUSIC算法测角分辨力和单目标测角精度进行了仿真探究,并给出标量阵列与矢量阵列测向的选择原则。仿真结果表明,混合极化阵列在能达到同等测角精度的前提下,有效提高了测角分辨力与测角稳定性,且非均匀混合极化阵列具有很大的抗诱饵应用潜力。

基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计

针对传声器规则阵列因均匀采样间隔导致的空域混淆问题,提出一种基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计方法。经过仿真分析,优化后24元随机阵列在保持主瓣性能的同时,有效抑制了旁瓣的增益。与均匀阵列相比,采用设计的遗传算法对阵列布局进行优化设计后可获得更好的旁瓣抑制和阵列增益。