耦合相移下有源同时反射和透射智能反射面辅助的多用户安全通信

无源智能反射面在增强无线通信系统和提高物理层安全方面极具潜力,但是其存在严重的“双衰落”和半区域覆盖的缺点。为此,该文研究了一种有源同时反射和透射智能反射面(STAR-RIS),并在考虑反射和透射相移互耦合条件下,建立一个联合优化基站波束和有源STAR-RIS波束的安全能效最大化问题。为求解所形成的非凸优化问题,利用连续凸近似、罚函数法、半正定松弛、交替优化技术将原问题转化为凸问题,并提出一种基于惩罚对偶分解算法。仿真结果验证了该文所提算法的有效性。

基于磁链相移原理的不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机设计与分析

传统永磁辅助同步磁阻电机(PMaSynRM)无法充分利用永磁转矩和磁阻转矩,该文提出一种新型不对称交替极永磁辅助同步磁阻电机(ACP-PMaSynRM)。基于永磁磁链相移原理,将交替极永磁阵列、不对称磁极和磁障相结合,实现永磁转矩和磁阻转矩的最大值在相同电流相位下叠加,不但提高了永磁转矩和磁阻转矩的利用率,增强了电机输出转矩能力,而且减少了永磁体用量。采用有限元法对比分析了传统和新型ACP-PMaSynRM的电磁性能,验证了所提电机拓扑的可行性。最后,制造了一台48槽14极样机并对其进行了实验验证。

IRS辅助的车联网相移设计和信道对齐策略

针对车联网中车辆的动态移动以及信号的随机散射所导致的信道快速变化问题,研究了智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助的车联网通信并提出了联合相移设计和信道对齐策略,以削减车联网中多普勒频移的影响并提升通信性能。提出的策略由两个阶段构成。在第一阶段设计IRS的相移以改善级联信道的衰落状态,在策略的第二阶段进行修正函数的设计,实现了直接信道和级联信道的信道对齐,从而减少直接信道快衰落状态对通信性能的影响。通过联合相移设计和信道对齐策略中设计的反射相移以及修正函数,实现了通信性能的提升。仿真结果表明,所提策略相比于相移优化策略可以提升8.8%的频谱效率。

基于主成分分析和VU分解法的两步随机相移算法

为了平衡相位计算的精度和速度,大量的两步随机相移算法发展起来。提出了一种基于主成分分析和VU分解法的快速、高精度两步随机相移算法。首先,采用两步主成分分析法对经过滤波的两幅相移干涉图进行计算求出迭代初始相位;然后,利用没有滤波的两幅相移干涉图进行VU分解、迭代求出最终相位。通过模拟和实验结果对比表明:与四种性能良好的两步随机相移算法相比,对于不同的条纹类型、噪声、相移值及条纹数量,提出的算法综合性能最好,其精度最高,有效相移范围和有效条纹数量范围最大,当干涉图像素数为401 pixel×401 pixel时,提出的算法仅比格兰-施密特正交化法和两步主成分分析法多花费0.035 s。在理想情况下,提出的算法可以得到完全正确的结果。如果需要得到较高精度,最好能够提前抑制噪声,同时设置相移值远离0和π,条纹数量大于2。主成分分析和VU分解法无需滤波,花费近似非迭代算法的时间获得迭代算法的精度,其打破了迭代算法花费时间较多的限制,适合高精度光学在线检测,有广泛的发展前景。

改进的三频四步相移面结构光三维重建算法

针对面结构光中传统三频四步相移算法投影图片过多、效率较慢这一问题,提出了改进的三频四步相移面结构光重建算法。改进的算法需要3个高频率的正弦条纹图,但所需投影的条纹数量从传统算法的12张减少到了7张,最高频率的条纹图4张,次高频和最低条纹图分别为2张和1张,投影效率比传统算法提高了41.7%。介绍了改进算法的原理,将最高频率4张图所计算的包裹相位用来三维重建,其余两个频率条纹图计算的包裹相位用来进行相位展开,理论上该方法与传统算法精度一致。最后,通过实验验证了该算法的重建精度以及对具有复杂表面物体的三维重建能力。实验结果表明改进的面结构光算法在提高投影效率的同时与传统算法保持着一致的精度。

基于相移的三维扫描数据自动配准方法研究

在三维扫描过程中,常因受到设备自身因素与点云丢失的限制而难以一次性完成数据采集。为准确实现物体三维模型重构,提出基于相移的三维扫描数据自动配准方法。首先设置旋转台,利用非接触式结构光方法获得转动轴的有关信息,从而采集目标点云数据。在此基础上,结合任意一点与其周围点曲率信息建立曲率图,对全部顶点做曲率运算,将数据划分为连续子块,计算每个子块中平均值和方差,从而提取关键特征点。然后获取两幅具有部分重叠关系图像的相对位移,采用交叉功率谱的傅里叶变换完成位移估计,再通过构造与组合点对、粗略与精确配准去除噪声点,实现三维扫描数据自动配准。仿真实验表明,该方法能够在确保配准精度的同时提高配准方法的运行效率,可靠性和实用性较强。

基于多频相移的相位偏折测量透明物体表面三维形貌

光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点,在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射,导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹,传统的相位偏折测量术难以对其进行有效的三维测量。为解决该问题,文中提出一种基于多频相移的相位偏折法测量透明物体的表面三维形貌。首先,显示屏显示多种不同频率与多步相移结合的正弦条纹,从另外一个角度相机采集物体表面反射的混合条纹。然后,利用最小二乘法迭代将混合条纹进行分离,得到上下表面折叠相位并展开。接着,通过梯度标定确定相位与梯度的关系,根据梯度积分恢复透明物体表面的三维形貌。最后,实验证明所提方法能够有效实现混合条纹的分离,实测透明玻璃板上表面的平均误差从32.4μm减少到5.1μm,结果验证了混合条纹分离方法的有效性,提升了透明物体表面三维形貌测量精度。与已有方法相比,文中方法可以有效避免初始相位值偏差较大带来的影响,缩短计算时间,适用于不同形状透明物体表面三维形貌的测量。

基于深度学习的多进制相移键控信号调制识别研究

国内外众多的学者针对信号的调制识别做了许多深入的研究,并不断地研究出各种调制识别方法。针对多进制相移键控信号(multiple phase shift keying, MPSK)的识别效果不理想,给出了基于深度学习的识别模型,利用信号的时频图和星座图相关特征进行MPSK调制信号类型的识别,并基于时频图和星座图的识别结果进行决策融合,对比3种方法的识别效果,实现对MPSK信号识别效果的有效提升。

太赫兹超表面系统信号传输模型和相移调控

近场效应导致远场窄带假设的信号传输模型不再适用,宽带效应下基于中心频率的超表面相移调控将产生波束斜视现象,加重系统性能恶化。针对此问题,考虑波束斜视效应和近场效应,推导适用于任意尺寸超表面的阵列响应和近场宽带信号传输模型。基于上行可达速率的分析,提出超表面相移调控方案。结果表明:所提相移调控方案能有效缓解波束斜视效应;在发射功率为1mW、基站天线数为64、超表面单元数为1440的同等条件下,所提相移调控方案可将系统速率提高至中心频率方案下的2倍以上。

同步相移横向剪切干涉中偏振器件的误差建模

为了对同步相移横向剪切干涉系统中偏振器件的选型、装调以及误差补偿提供可靠的理论依据,本文根据琼斯矩阵原理,构建了系统中1/4波片和偏振片阵列误差对测量结果影响程度的误差模型,对四分之一波片的相位延迟误差、快轴方位角误差以及偏振片阵列透光轴方位角误差对测量结果的影响进行了定量分析。仿真结果表明:1/4波片的相位延迟误差在±1°以内时,波面测量误差为0.00002λ(PV)和0.000062λ(RMS);1/4波片的调整精度在±2°以内时,波面测量误差为0.0001λ(PV)和0.00006λ(RMS);偏振片阵列方位角误差在±1°以内时,测量误差为0.003λ(PV)和0.001λ(RMS)。根据仿真结果对测量系统中偏振元器件进行选型,同时选择两种不同精度的偏振元器件进行对比实验。实验结果的残差值与仿真结果的残差值的PV以及RMS值偏差均小于λ/20,可以在一定程度上验证模型的有效性。本文提出的数学模型可以为同步相移横向剪切干涉系统中偏振器件的选型提供可靠的理论依据。

面向微光学元件表面形貌测量的涡旋相移数字全息技术

非接触、无损害的相移数字全息技术对微光学元件检测具有独特优势。因传统的相移数字全息技术需要对相移器进行精细控制和繁琐校准,同时其光路易受到机械振动干扰,导致全息再现像的质量降低。本文借助涡旋光特殊的相位分布,提出了一种基于涡旋相移数字全息的微光学元件表面形貌测量方法。该方法利用螺旋相位板调制涡旋相位,引入高精度相移。基于构建的涡旋相移数字全息显微实验装置,采用干涉极值法确定了相移干涉图之间的真实相移量,并对螺旋相位板的旋转角度与相移量的关系进行标定,实验验证了涡旋相移的可行性;对微透镜阵列进行了重复测量实验,将测试结果与ZYGO白光干涉仪的测试结果进行比较。结果表明:测量得到单个微透镜的平均纵向矢高为12.897μm,平均相对误差为0.155%。所提方法可以实现对被测微光学元件表面形貌的高精度测量,具有易操作、稳定可靠、准确性高等优点。

并行相移同轴数字全息偏振成像方法

为了研究并行相移同轴数字全息系统中偏振态传输的问题,提出考虑偏振的并行相移同轴数字全息系统的修正模型,并依据此模型提出偏振成像方法。首先,介绍了理想情况下并行相移同轴数字全息的原理,然后,介绍了考虑偏振的并行相移同轴数字全息修正模型,最后,基于此模型提出了实现偏振成像的方法。实验结果验证了模型的可行性,通过这种方法可以得到外表信息,成像分辨率可达到14μm。该方法扩充了数字全息系统的功能,通过该系统可以对物体的偏振态进行成像。

一种消除周期性毛刺相位误差的互补格雷码双N步相移法

互补格雷码双N步相移法因其具有鲁棒性好、检测精度高等特点在条纹投影轮廓术领域成为研究热点。然而,传统互补格雷码双N步相移法存在检测效率低以及未消除周期性毛刺相位误差的问题。针对这些问题,本文对传统互补格雷码双N步相移法进行改进消除周期性毛刺相位误差,首先通过相机捕获形变条纹图像并计算出两组截断相位,然后利用两组截断相位的相关性消除检测数据中的相位差、周期性毛刺相位误差,再对两组截断相位进行融合,最后通过互补格雷码相位展开法对融合后的截断相位进行相位展开。实验得出本文方法在检测效率不变的情况下,能有效消除周期性毛刺相位误差,得到高精度展开相位,相比于未消除周期性毛刺相位误差的互补格雷码双N步相移法,本文检测方法精度提高了约24.57%,相比于互补格雷码N步相移法,本文检测方法精度提高了约6.29%。

RIS辅助通感一体化:波束成形和反射相移的联合设计

ISAC允许通信和雷达共享频谱资源,被视为解决未来无线网络频谱拥塞的一项有前途的技术。当信道退化严重时,仅依靠基站侧天线获得的性能增益十分有限,RIS因其能够创建有利的传播环境已成为一项革命性技术,借助RIS可为ISAC系统创建额外的链路以提高系统性能。基于此,提出RIS辅助ISAC,通过联合设计基站的有源波束成形和RIS的反射相移,以最大化加权和速率与探测功率,并提出了基于加权均方最小误差和分数规划的交替算法来解决这一问题。仿真结果证明在ISAC中部署RIS并合理优化其相移可以有效提升通信和感知的性能。

1μm/1.5μm基于非互易性相移器的高重频飞秒光纤激光器

高重频的飞秒脉冲激光器在工业加工、医疗、精密测量等各个领域都有着重要应用。为了分析“9”字腔锁模激光器的自启动性能,利用琼斯矩阵建立了非线性放大环形镜的传输函数,分析了环形镜中不同波片角度对腔内往返传输函数的影响。搭建了基于非线性放大环形镜的光纤激光器,分别使用了掺镱光纤、掺铒光纤作为增益介质,在1μm和1.5μm波段分别实现了重复频率为600 MHz和280 MHz的基频锁模。所设计的激光器具有脉宽窄、光谱宽、稳定性好、自启动成功率高的特点,激光器完成了集成化封装,能够满足微纳加工、激光医疗、光频率梳等领域对飞秒激光的应用需求。

具有管状基准照明系统的斐索平面相移式干涉仪

本文利用具有F-P标准具的管状基准的等倾干涉原理,设计了两种具有管状基准照明系统的斐索平面相移式干涉仪。这两种干涉仪通过气泵来增压或者减压管状基准主体内的气压,从而改变管状基准内介质折射率,进一步改变参考光和测量光的光程差,以此实现相移技术,完成对平晶平面度的测量。两种干涉仪分为立式和卧式,分别对应不同使用场景。相较于等倾干涉仪测量系统,本文设计的干涉仪系统改善了热交换的环境,测量点数增多,可给出被测平晶平面地形图;相较于利用压电陶瓷实现相移技术的菲索平面干涉仪,本文设计的干涉仪系统在测量中没有机械运动的移相,且造价更低,安全性更高。

Ku波段差相移铁氧体锁式开关驱动控制方案

设计了一种差相移铁氧体锁式开关驱动控制方案,首先介绍了差相移铁氧体锁式开关的工作原理。然后,从控制电路、控制方法、一致性和温度补偿等方面进行了讨论分析,指出了设计制作过程中的关键控制点及控制方法。最后,设计了一款Ku波段差相移铁氧体锁式开关驱动器,在(-40~+70℃)温度范围内获得了良好的电性能指标,切换时间小于2μs。

相移耦合的STAR-RIS辅助NOMA通信系统低功耗传输方案研究

同时透射和反射的可重构智能表面(Simultaneously Transmitting and Reflecting Reconfigurable Intelligent Surface,STAR-RIS)是未来B5G/6G无线通信的创新技术,其与非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术结合可大幅提升通信系统的频谱与功率效率,成为当前无线通信研究的热点。目前关于STAR-RIS的研究主要集中于透射相移和反射相移相互独立的场景,忽略了在电路实现过程中透射相移和反射相移之间的耦合效应。针对更加实际的相移耦合STAR-RIS辅助NOMA通信系统展开研究,建立了基站波束成形、相移与振幅系数的联合优化问题。通过使用连续凸逼近(Successive Convex Approximation,SCA)和半正定松弛(Semidefinite Relaxation,SDR)等技术工具,设计了高效的STAR-RIS单元间的交替优化算法,求解STAR-RIS辅助的NOMA下行传输功率最小化问题。仿真结果表明,提出算法的性能明显优于传统的反射RIS方法,且接近理想的独立相移STAR-RIS辅助系统。

基于相位统计信息特征的相移键控类信号识别

为解决非协作通信中,相移键控类信号由于相位相似,导致在复杂环境下的分类识别困难的问题,本文在高斯噪声下通过对信号相位信息概率密度的推导,并使用高斯核密度估计的方法得到了一种恢复信号相位信息特征的方法。通过仿真实验将该方法从加性高斯噪声推广到加性Alpha稳态分布噪声中。在该方法下,本文提出的特征对BPSK、QPSK、OQPSK、π/4_DQPSK、8 PSK 5类信号在Alpha噪声下可以准确识别。研究表明:使用支持向量机方法可以在信噪比0 dB以上时使信号的总体识别率达到90%以上。

基于二分法的极化相移反演降雨强度算法

降雨强度-极化相移模型的函数表达式较为复杂,难以导出反演降雨强度的解析式.模拟退火法是一种反演降雨强度的有效方法,虽其能够较好地反演降雨强度,但计算耗时较长.针对该问题,提出基于二分法的极化相移反演降雨强度算法.首先将降雨强度反演问题转化为函数零点求解问题;然后采用二分法进行模型解算,并给出了基于二分法的降雨强度反演算法;最后通过仿真实验对新算法的效率进行了验证.结果表明:与模拟退火算法相比,二分法能够在保证反演精度的前提下显著提升反演效率,将每次反演所需平均时间缩短约75%.