基于YOLO算法的探地雷达道路图像异常自动检测

探地雷达(ground-penetrating radar,GPR)是一种可用于道路内部异常目标识别的无损检测方法。GPR工作时往往产生海量的扫描数据,而数据解释是技术要求高、任务繁重的工作,通常需要人工完成。此外,道路内部的复杂性和异常目标的多样性增加了图像异常检测的难度。近年来,人工智能(artificial intelligence,AI)技术的快速发展为基于AI的探地雷达B-scan图像自动解释提供了可行的技术思路,常用的深度学习算法有RCNN(region-convolutional neural network)和YOLO(you only look once)。虽然YOLOv3在目标检测方面已经有了一定的成效,但YOLOv4的改进算法可以进一步提高检测能力。结合YOLOv3算法,对比研究分析YOLOv4目标检测算法的改进对于目标检测任务的影响,以及YOLOv4算法对探地雷达图像异常目标检测效率的提升能力。结果表明,YOLOv4的改进算法更适用于探地雷达异常目标的自动检测,经过训练后的YOLOv4网络模型满足探地雷达道路内部异常目标智能化检测需求,具有较强的实用价值。

基于行列方差方法的探地雷达道路数据感兴趣区域自动提取技术

随着经济和社会的快速发展,道路承受的负载急剧增大,使得道路内部逐渐产生一系列的病害。探地雷达(ground penetrating radar, GPR)是一种无损探测技术,可将道路下方目标的回波信息呈现在雷达剖面图上,其中的空洞、脱空、疏松体等病害信息构成了探地雷达道路数据的感兴趣区域(region of interest, ROI)。传统的人工提取ROI方法对人员的技术要求高,同时针对海量数据的人工识别给一般人员的精力提出了不小的挑战。为此,本文提出一种通过在行列方差基础上加入阈值分割数据的方法,实现ROI的自动提取。实验结果表明,提出的方法有效地提取出多类型、多目标ROI位置信息。该方法在提高探地雷达道路检测效率方面具有较大的应用潜力。

一种基于石墨烯的超宽带吸波器

隐身技术对降低飞行器目标的雷达散射截面、提高飞行器目标的生存能力具有重要的意义和价值,而在飞行器目标上引入吸波器结构是一种重要的隐身手段.然而,目前已有吸波器的研究主要集中在单频或多频窄带方面.为了拓展吸波器工作频带,基于石墨烯材料提出了一种工作于S/C波段的新型超宽带吸波器模型单元,其中包含一个用石墨烯材料设计的方圆形双环周期结构.调节石墨烯的表面阻抗,使得吸收率超过90%的频带范围为2.1—9.0 GHz,相对带宽约为124%,实现了超宽带的吸波特性;鉴于模型的高度对称性,提出的吸波器模型表现出对入射波极化不敏感的吸波特性;在不改变模型结构情况下,调节石墨烯的静态偏置电场,亦可调控吸波器谐振在2.0—9.0 GHz频带范围内的任意频率点处,且达到超过99%的吸收效果.最后采用等效电路模型方法和波的干涉理论对其吸波机理进行深入研究与分析:从等效电路角度来讲,方形和圆形环分别引入高、低吸波谐振频率,二者优化叠加拓展了吸波带宽;从干涉理论方面来看,吸波器表面处的首次反射波与透射波的多次出射波形成较强的干涉相消现象,有效减少了吸波器的反射回波.

瞬变电磁场模拟中的CPML吸收边界条件

提出用于瞬变电磁法(TEM)模拟的时域有限差分(FDTD)算法中的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界条件.首先,在磁场散度方程显式处理条件下,计算磁场z分量时,构造出一种计算时域卷积项的方法,并详细推导计算磁场z分量的表达式.而后,对均匀半空间模型进行数值计算.结果表明,提出的CPML吸收边界条件在保证计算精度的前提下,实现了瞬变电磁法时域有限差分高效正演计算.

分层背景2维FDTD中斜入射平面波的引入

对于分层介质中目标散射的时域有限差分(FDTD)计算,在分层背景中引入斜入射平面波源是一个难点。在2维Maxwell方程基础上,导出TM和TE模下含有斜入射角度的1维Maxwell方程,并用它在分层介质中连接边界上模拟斜入射平面波源,克服了分层背景时域有限差分计算斜入射平面波引入的困难。对熔石英表面覆盖薄膜的分层光学元件进行平面波斜入射时域有限差分计算结果表明,电磁波在各层内形成完好的平面波推进,验证了这种斜入射平面波添加方式的正确性。并通过对含气泡的缺陷模型的计算,来阐述这种入射波添加方式的应用。

核磁共振地下水勘查的模拟退火反演

简要地介绍了NMR找水的理论方法,分析了核磁共振找水对于不同含水层的正演计算方法,并用模拟退火反演方法对一维含水模型进行反演,给出了三个不同含水层模型的模拟退火反演效果图。经对比验证,该方法在技术上是可行的,在理论上给出了对NMR反演进行改进的可行性方法。

时域有限差分并行算法中的吸收边界研究

针对并行FDTD中以二阶Mur、单轴各向异性介质完全匹配层(UPML)和卷积形式完全匹配层(CPML)为吸收边界的并行化处理方法进行论述。用金属球的远区散射计算,并与Mie级数解对比,验证了并行计算中三种吸收边界的吸收效果。最后给出UPML吸收边界FDTD计算内存估计公式,并以电大尺寸目标卫星模型为例对并行性能进行了测试。由于并行中通信时间影响并行加速比和效率,UPML和CPML吸收边界的相邻子域数据通信方式与FDTD迭代式相同,而Mur吸收边界的相邻子域间数据通信方式与FDTD完全不同,它的并行性能要低于前两者。电大尺寸卫星目标模型的多机并行计算测试结果表明,UPML和CPML并行FDTD计算的并行加速比及其效率整体上高于Mur,其中CPML吸收条件下的效率达到90%以上。

交指电容加载槽环天线研究

基于简化复合左右手传输线理论提出了一款新型槽环天线,该天线采用交指电容加载技术,利用加载结构的非线性相移特性降低天线的谐振频率.针对交指电容对天线电性能的影响进行了理论分析与实验测试.理论分析发现,减小交指电容的指间距,可降低天线的谐振频率;测试结果表明:该结构能显著提高天线的电性能:在天线谐振频率降低500MHz的同时,带宽增加了50MHz,交叉极化比提高了8.17dB.

相控阵天线时域有限差分计算中激励源分析

在时域有限差分(FDTD)方法用于偶极阵列天线数值计算时,采用带有内电阻的缝隙馈电激励源模型,及选择自由度较大的调制高斯脉冲信号,来提高数值算法迭代计算的收敛速度;在各馈电单元的时域信号中通过引入合适时间延迟,实现对相应单元相位的控制。用二元相控阵列天线模型,验证了算法和程序是正确的;用六元相控圆形阵列天线,分析了该算法在实际相控阵天线问题分析中的应用。

二维半空间时域有限差分瞬态场外推方法

提出用于二维半空间时域有限差分的瞬态场外推计算方法.该方法把上半空间远区场分作3部分:第1部分是上半空间外推边界上电磁流辐射场沿直达波路径的贡献;第2部分是该电磁流辐射场沿反射波路径的贡献;第3部分是下半空间外推边界上电磁流辐射场沿透射波路径的贡献.关于后两部分的计算要点是:用斯奈尔定律确定外推边界上电磁流辐射场的反射点和透射点,并把它们投影至沿观察点方向的时间盒子中;计算电磁波从等效源至反射点或透射点所需的时间,以此确定真正的投影时间盒子;用相应极化波的反射或透射系数作为沿反射或透射路径对远场贡献的比例系数;最后用两个模型验证二维半空间瞬态场外推算法.计算结果与已报道成果具有很好的一致性.

卫星模型散射FDTD计算的共形边界研究

根据卫星模型太阳能帆板平面相对卫星主体较大的特点,提出了共形边界的概念,即总场边界、外推边界和吸收边界的几何形状与目标外形轮廓相同.并把它应用在卫星模型时域有限差分(FDTD)计算中,以减少FDTD计算及存储量.首先讨论了FDTD方法中3种边界的共形处理方法,特别针对270°拐角处吸收边界的处理进行了详细分析.通过电偶极子辐射验证共形吸收边界具有良好的吸收外行波的性能.最后给出卫星模型远区后向散射时域波形,与常规长方体边界FDTD计算结果相符,验证了共形边界理论在FDTD计算应用中的正确性.卫星模型采用共形边界后节省内存约40.7%,缩短了计算时间,改善了计算性能.

关于广泛开展高性能计算课程的教学探讨

高性能计算的广泛应用,说明开展高性能计算教学的必要性。根据开展高性能计算课程教学的可行性,提出了课程的基本教学方法:用PC机组建计算网络以及基于移植性较强并提供免费技术支持的MPI并行平台。在Windows操作系统上,虚拟Unix系统以模拟高性能程序设计。条件准许时,把设计成功的高性能计算程序推广到高性能计算系统上运行。在教学实践过程中证明,采用这种教学方法开展高性能计算的教学工作,对提高学生的自身能力,取得了良好的教学效果。

面向“卓越工程师教育培养计划”的电磁场与微波课程体系的教学研究

针对"卓越工程师教育培养计划"中理论性和专业性较强的电磁场与微波系列课程存在的教学问题,提出几点改革措施——为适应"卓越工程师教育培养计划"的"3+1"培养模式,需整合课程体系的知识内容,优化与基础课的衔接,从而完善整合后课程的学时和学期设置;为了配合整合后的课程教学,要合理选择相关参考教材;同时要加强具有宽厚的理论基础的师资队伍建设,实现理论与实践教学的平衡与协调;最后举例阐述了整合后课程的教学手段与教学方法的改进问题。

基于微扰理论的电磁感应场的求解

外加变化的电磁场作用于介质,在介质中积累感应源从而激发电磁感应场;外加的电磁场是已知的,在实验中测定的场是外加电磁场与感应场的总和;本文提出通过微扰理论求出电磁感应场的广义近似解,从而给出了对生产实际有着重要意义的求解方法。

宽带、双极化四脊喇叭馈源研究

研制了一种用于抛物面天线馈源的高性能宽带、双极化四脊喇叭天线.利用三维全波电磁场仿真(Computer Simulation Technology,CST)软件分析了喇叭天线中后腔的形状和结构参数以及馈电探针位置对天线驻波比的影响,对天线的整体结构参数进行了优化,并对其进行加工测试.模拟和实验测试结果表明:采用渐变后腔,并取合适的结构参数和馈电探针位置,馈源天线能得到最佳驻波比,在4～12GHz的工作频带范围内小于2、-12dB的边缘照射角大于90°,馈源的其它电性能参数符合设计要求.

高功率速调管TE_(11)-HE_(11)模式变换器的设计及实验验证

基于模式匹配法编制了分析内壁刻槽TE11-HE11圆波导模式变换器数值计算程序;采用该程序为工作频率为30.5GHz的高功率速调管设计了一半径为16mm的TE11-HE11模式变换器。计算表明该变换器在2.6%的带宽内转换效率在98.8%以上,实验结果表明该变换器性能良好。

回旋速调管变周期TE_(01)-TE_(11)模式变换器

针对蛇形圆波导变换器尺寸大和带宽窄的不足,提出了变周期蛇形圆波导模式变换器,以实现TE01到TE11模式的高效率转换。根据耦合波方程,编制了优化计算程序,对工作于30.5GHz、半径为16mm的变周期以及传统蛇形变换器几何结构分别进行了优化计算,得到了可实现最高模式变换效率的几何参量。计算结果表明:传统结构变换器最优长度长达1 056.97 mm,转换效率98.1%,90%以上转换带宽也仅为3.3%;变周期变换器最优长度为769.53mm,转换效率为99.3%,90%以上转换带宽为5.9%。变周期结构相对于传统结构的模式变换器具有尺寸小和带宽宽的明显优势。测试表明所提出的模式变换器具有良好的模式变换性能。

导行电磁波中的基于边界条件教学研究

导行电磁波的研究是在基于麦克斯韦方程和边界条件的基础上,依据场的不同工作模式推导其场的表达式。本文结合多年的教学经验,给出场的表达式的推导,并对边界条件的应用给出详细的说明,有助于学生对导行电磁波基本规律和特点的学习。

非智力因素对学习的作用及培养方法

长期以来,教学中偏重于学生记忆力、思维力和想象力等智力因素培养而没有重视学生兴趣、意志等非智力因素的培养,而实际上非智力因素也是学生学有成效不可或缺。根据非智力因素对学生学习成效的重要调控作用,结合《微波技术》课程的教学实践,给出了非智力因素的培养方法,对提高教学效果有现实意义。

微波技术教学改革初探

微波技术是工科电子信息类专业的一门专业基础课程。该课程内容多、概念抽象,为了激发学生的学习兴趣,提高课堂教学效果,文章提出合理利用仿真软件,对实际波导器件中的电磁场进行模拟仿真,让学生建立对电磁场的感性认识,从而加深对电磁场以及波导中模式概念的感性认识,为培养IT行业中的高素质创新人才打下基础。