C波段高效率同轴渡越时间振荡器的仿真研究

C波段高功率微波产生器件在通信、雷达等领域具有重要的应用前景,工业部门对其紧凑化和轻量化的需求越来越迫切。本文采用理论分析和2.5维粒子模拟方法,设计了一个基于三腔调制双腔提取结构的C波段高效率同轴渡越时间振荡器(coaxial transit-time oscillator,CTTO),有利于实现低频段高功率微波器件的轻小型化。在调制腔前设计合适的反射腔可以有效预防横电磁波模式(transverse electromagnetic mode,TEM)反向传输到阴极区域,同时能预调制电子束,有效提升器件转化效率。经模拟优化后的典型结果表明:当二极管电压458 kV、电流9.6 kA及外加导引磁场1.05 T时,在中心频率6.37 GHz处获得了功率1.83 GW、转化效率41.6%的微波输出。

基于声辐射模态的水下航行器传感器优化配置研究

本文研究当水下航行器外壳体振动传感器总数确定之后,如何利用这有限个数的传感器得到更多航行器壳体振动信息,从而更准确地评估航行器当前声隐身状态的问题。基于结合声辐射模态理论,给出传感器优化配置方法和步骤,并利用类似水下航行器的椭球壳体结构作为研究对象进行仿真,对该方法进行验证。研究结果表明,针对类椭球结构的水下航行器,低频段壳体传感器应布置在两端及中间位置。

大规模PFN充电回路电气参数精确辨识和故障诊断

为实现超大能级电磁发射用大规模脉冲成型网络(pulsed forming network,PFN)电路在线故障诊断,提出基于等效电路和参数辨识的诊断方法。考虑电路杂散参数、各元器件分布参数,将原电路等效为特定电气参数等效电路并建立详细的数学模型。通过各支路电流曲线几何特性和数学变换完成电气参数的初步辨识。对数学模型进行等效变化,将参数辨识问题转化为多参数目标优化问题,并应用遗传算法实现高精度参数辨识。根据实际应用情况,分析了电气参数偏差大小与故障诊断关系,得出快速故障诊断方法。考虑各种干扰,构建Simulink仿真模型,仿真结果表明等效电感最大辨识误差1.6μH,等效电容和电阻最大相对辨识误差1%,完全满足PFN系统故障诊断要求。最后,基于某实际大型电磁发射系统,开展故障诊断实验,实验表明:提出的方法在线诊断出了全部3次电容器故障和2次充电隔离二极管短路击穿故障,具有工程实用价值。

虚拟惯量配合变桨控制的风机一次调频实验研究

基于传统DSC锁相原理,提出一种考虑到系统频率变化的特定延时信号消除锁相方法。以 直驱永磁型风力发电机组为研究对象,在风电机组留有备用功率的前提下,采用虚拟惯量与变桨控制 相结合的方式实现风电机组一次调频功能。在某风场分别进行了惯量响应、变桨控制以及二者相结 合的调频实验。通过实验验证表明:虚拟惯量配合变桨控制的方式可以有效参与系统一次调频,改善 系统的暂态特性和稳态特性。

新工科背景下电磁发射教学质量国家标准研究

在新工科背景下,电磁发射专业以电气工程为依托逐步发展起来,将新工科的建设体系与教学质量标准紧密结合,是助力新一轮工科教育改革的基础性工程。基于ISO 9000标准与PDAC模式建构电磁发射专业教学质量保障体系的实施路径。结合国内外工程教育标准体系对人才培养要求进行共现网络和归类分析,最后结合电磁发射专业现状构建新工科背景下电磁发射教学质量国家标准并对标准内容进行诠释,以期为电磁发射专业的教育质量保障提供重要参考。

“脉冲功率技术基础”课程思政建设的探究

思想政治建设是高校课程改革的重要内容之一。作为电磁发射工程专业的基础课程,“脉冲功率技术基础”课程思政建设对培养合格的电磁能人才具有重要作用。结合课程授课实际,深入分析了开展“脉冲功率技术基础”课程思政建设面临的困难,阐述了将思想政治教育理念融入课程的可行性,从顶层规划、思政元素挖掘和教学方式设计三个方面,探究了“脉冲功率技术基础”课程思政建设的策略。

岛礁风光柴储多能源独立微电网建模分析

岛礁多能源独立微电网是解决远海岛礁供电难题,确保岛上军民用电稳定及提高岛礁自然资源利用率的关键技术。传统岛礁独立微电网建模电源种类不够完备,交流母线应用较少。为此,建立了风、光、柴、储4种电源数学模型,在电力电子变换器中使用了基于扰动观察法的Boost升压电路与基于电网电压定向的矢量控制方式。系统模型中风、光、柴、储4种电源汇入交流母线,整体功率、电压趋于稳态。仿真结果表明:所构建的岛礁多能源独立微电网模型较为科学合理,可为开展岛礁多能源微电网健康管理等研究打下坚实基础。

交替极化阵列对消盲区分析与验证

当干扰信号的空域和极化域特征与目标信号相似时,采用空极化域联合抗干扰技术在消除干扰的同时也会抑制目标信号,导致干扰对消后信干噪比(signal to interference plus noise ratio,SINR)低于雷达系统需求,从而形成干扰对消盲区。针对这一现象,通过在空域、极化域与空极化域分别建立交替极化阵列对消盲区模型,推导了对消盲区位置和大小的数学表达式,从而给出了交替极化阵列对消盲区的数学表征方法。进而分析了交替极化阵列对消盲区的分布规律与影响因素,研究发现阵元间距能够显著影响交替极化阵列对消盲区的分布,在相同条件下交替极化阵列对消盲区大于共点极化阵列对消盲区,结果表明交替极化阵列虽然通过减少天线数目降低了设备成本,但增大了阵列的对消盲区。然后,对消盲区模型进行了数值仿真,仿真结果验证了理论分析。最后,利用信道模拟器搭建了实验平台,信道模拟实验测得的对消盲区与理论值基本一致,再次证明了分析结论的有效性。

自动增益控制对非合作干扰对消性能建模分析

自动增益控制(automatic gain control,AGC)可以满足强干扰场景下非合作干扰对消系统对高动态的要求,如何定量表征其对干扰对消性能的影响,是指导多通道AGC方案设计的关键。通过谱分析与特征子空间的方法推导得到AGC的稳态增益与自相关矩阵特征值的映射关系,建立干扰对消权值的瞬态模型。基于干扰对消权值的解析表达式,详细分析稳态增益对干扰对消性能的影响规律,揭示了稳态增益与稳定性、收敛速度以及对消比之间的定量关系。同时,进一步研究AGC的调控过程初始增益、步长、平均步长时间、多通道控制策略对干扰对消瞬态收敛特性的影响,可以有效指导多通道AGC方案设计。仿真结果验证了权值瞬态模型的正确性以及干扰对消性能分析结论的有效性。实验结果表明,理论与仿真的分析结论可以用来指导AGC方案的工程实践。

阵列自由度欠定条件下雷达干扰对消方法及性能分析

针对雷达、数据链等分时信息系统发射时隙产生的自干扰影响非合作干扰对消权值问题,分析辅助天线阵列自由度影响对消暂态权值收敛特性,提出非合作干扰对消权值保持方法。考虑辅助天线通道与主天线通道异构场景,定量推导非合作干扰对消输出功率稳态性能边界与影响因素。结果表明,权值保持技术避免发射自干扰影响,增加辅助天线数量提升对消比和对消收敛特性。所提方法提升了阵列自由度欠定条件下非合作对消稳态和暂态性能,对于雷达非合作干扰对消设计具有现实指导意义。

子阵级单脉冲四通道主瓣干扰对消角度分辨率分析

针对子阵级单脉冲雷达,研究了和差四通道主瓣干扰对消技术。为此,构建了二维子阵级单脉冲四通道干扰对消信号模型,并提出了以有用信号信噪比损失值为指标的定量方法来表征主瓣干扰对消角度分辨率。基于此,进一步推导了干扰对消角度分辨率的解析表达式,并明确了对消角度盲区的理论边界。仿真与暗室实验的结果验证了该解析式的正确性。研究可为四通道主瓣干扰对消技术的理论边界分析和工程实现提供参考。

基于高能逃逸电子机制的气体开关自击穿稳定性

为实现脉冲驱动源气体主开关的精确控制技术,研制了基于电晕稳定机理的气体触发开关,并对稳定电晕放电过程以及高能逃逸电子对击穿稳定性的影响进行分析,揭示了抑制高能逃逸电子产生有助于增加气体开关自击穿稳定性的机制。从气体介质和电场条件两个方面进行实验研究,对比该型气体开关的自击穿稳定性,实验结果表明:在气压0.06 MPa至0.56 MPa范围内,气体开关充15%SF_(6)/N_(2)混合气体,其自击穿离散度不超过6%,最低可达1.4%;当SF_(6)/N_(2)混合气体内的电负性气体占比小于30%时,气体开关的自击穿电压离散度保持在2%~4%范围内;在充电电压小于1800 V范围内,改变间隙内电场的时域变化速度,可降低自击穿电压的离散度,当电压上升速度为12.4 kV/μs时,自击穿电压为242 kV,离散度为0.2%;在0.3 MPa的15%SF_(6)/N_(2)混合气体内,降低触发极尖端的场不均匀系数,击穿稳定性未得到明显改善,但是在电场时域变化速度增加时,自击穿电压离散度依然可以保持在1%以下;利用沟槽型触发极代替楔形触发极,击穿电压离散度最低可达0.15%,且击穿电压稳定在248 kV附近。

基于Deep SVDD的通信信号异常检测方法

针对复杂电子对抗场景中的非理想信道环境,该文提出了一种基于深度学习的异常检测(anomaly detection,AD)方法。首先,分析了利用时频同相/正交(in-phase/quadrature,I/Q)采样数据进行AD的可行性;然后,设计了深度学习网络架构,并提出基于深度支持向量描述(deep support vector data description,Deep SVDD)和调制识别的AD方法。仿真及实验结果表明:相比于经典的单分类检测算法,该方法检测性能和实时性明显提升,且在非理想信道环境下表现鲁棒。该方法已在某型号项目原理样机上得到验证,具有很高应用价值。

舰艇声呐探测下敷设黏弹性阻尼层目标的声隐身性能分析

综合考虑海战场对抗环境,计算了水下球形壳体目标的声散射特性和在壳体外敷设黏弹性材料阻尼层后的声散射特性.利用被敌发现概率评估水下航行器的隐身性能,给出了一种基于舰艇声呐探测的水下航行器水声对抗特性评价方法.结果表明:敷设黏弹性阻尼层后目标强度在大半部分分析频段上均有降低,特别是低频段的水下目标声对抗特性有了较大的提高.敷设黏弹性阻尼层可以降低水下目标声散射强度,改善水下目标的声隐身性能.

基于改进磁链估计法的PMSM无位置传感器控制

目前,永磁同步电机的中高速区无位置传感器辨识算法中,磁链估计法的应用最为广泛、技术最为成熟,在中高速时对转子位置和转速的估计准确度最高。但传统的磁链估计法普遍存在直流偏置问题和准确估算转子位置问题,为了提高辨识精度,论文提出一种基于二阶高通滤波器的磁链估计法优化策略,二阶高通滤波器由两个相同的一阶高通滤波器串联而成,对于定子磁链的滤波效果更好。最后,通过仿真验证该方法的有效性。

海战场对抗环境下敷设粘弹性阻尼层目标的声隐身性能分析

基于敌方潜艇使用艇载声呐探测我水下航行器时的假想情况,综合考虑海战场对抗环境,计算水下球形壳体目标的声散射特性和在壳体外敷设粘弹性材料阻尼层后的声散射特性。进一步,利用被敌发现概率评估水下航行器的隐身性能,给出一种海战场环境中水下航行器水声对抗特性评价方法。计算发现,敷设粘弹性阻尼层后目标强度在大半部分分析频段上均有一定程度的降低,特别是低频段的水下目标声对抗特性有了较大的提高。因此,敷设粘弹性阻尼层可以在一定程度上降低水下目标声散射强度,改善水下目标的声隐身性能。

VHF/UHF通信电台接收链路中的干扰抑制合并方法

考虑一发两收甚高频/特高频(very high frequency/ultrahigh frequency, VHF/UHF)通信电台接收链路存在的同频强干扰,针对传统抗干扰方法需精确估计信道参数的难题,提出一种基于决策的干扰抑制合并(decision-based interference rejection combining, D-IRC)方法。通过解析式定量分析了D-IRC输出信干噪比(signal to interference plus noise ratio, SINR)与输入SINR的关系,定义了干扰抑制功率失效区,并给出了D-IRC最优输出的选择策略。仿真结果表明,在信道参数未知场景下,D-IRC方法的决策输出性能优于传统干扰抑制合并(interference rejection combining, IRC)和最大比合并(maximal ratio combining, MRC)方法,同时失效区测度关系与理论分析一致。研究结果可为对抗环境下VHF/UHF电台抗干扰提供理论参考。

基于二维正交化WLCLMS的自干扰对消方法

广义线性结构广泛用于解决共平台系统中同相/正交相位(in-phase/quadrature-phase,IQ)不平衡引起的自干扰镜像信号残留问题。由于在共轭项维度上的拓展,输入信号间的相关性使得用于实现权值向量自适应更新的广义线性复数最小均方(widely linear complex least mean square,WLCLMS)算法出现明显的收敛速度下降。针对这一问题,本文提出了一种二维正交化方法,通过特征值分解实现输入信号在样本延时以及共轭项两个维度上的去相关。同时建立了包括格形预测器、基于梯度的白化器,以及数字对消器三级结构的自适应二维正交化WLCLMS模型,实现了时变环境中自干扰信号的实时跟踪。仿真结果表明,该方法在有效提升收敛速度的同时,有着稳定的稳态误差性能,并且针对系统采样率、滤波器阶数、IQ不平衡量的变化具有良好的鲁棒性。

基于对消盲区的极化敏感阵列分析与优化

为了提高极化敏感阵列应对任意来向、任意极化状态干扰的抑制能力,提出了一种基于对消盲区最小化的极化敏感阵列分析和优化方法。首先,基于干扰信号的空域信息和极化域信息,提出了对消盲区概念,建立了共点双极化线阵的对消盲区模型。然后,基于对消盲区模型,推导了对消盲区的数学表达式,量化了阵列的有效对消范围,并给出了一种基于微元法的求解方法。之后,提出了基于对消盲区的极化敏感阵列优化方法,该方法能够通过优化阵元间距使对消盲区最小化。最后,通过数值仿真表明,在探测阈值为12.6 dB、干扰频率为3 GHz、干噪比(interference to noise ratio,INR)为50 dB、信噪比(signal to noise ratio,SNR)为20 dB条件下,该方法可以将四元共点双极化线阵的联合域对消盲区占比降至0.217%,证明了优化方法的有效性。

采用FPGA减小控制延时的逆变器直流侧电容均压策略

针对应用于电磁发射系统瞬时大功率、大电流工况的,独立双三相共母线五电平NPC/H桥逆变器直流侧电容均压控制策略进行了研究。首先,介绍了研究对象的拓扑结构与均压控制原理。接着,分析了实际调制过程中均压控制延时产生的原因及影响负效果。据此,提出了一种采用FPGA减小控制延时的均压控制策略。通过直流侧电容电压比较电路,FPGA在输出脉冲前进行电容电压大小关系的判断,进行输出通路选择。从而避免均压控制延时导致的均压调节反向现象发生,实现优化电容电压均压效果、抑制电容电压波动的目的。最后,通过实时仿真平台,验证了该均压优化控制策略的可行性和有效性。