一种基于TSVDT的微波关联前视成像方法

目前,传统雷达成像方法的发展日渐完善,但在前视成像场景下,雷达难以获取方位向上的多普勒信息,从而限制了其方位向分辨率。为了解决这一问题,国内提出了微波关联成像方法。微波关联成像方法利用关联成像原理进行雷达成像,无需利用目标的多普勒信息即可实现高分辨率成像。这一新型雷达成像方法突破了传统雷达成像方法中受限于雷达孔径的分辨率,具有极高的前视成像发展潜力。目前,国内外对微波关联成像的研究主要集中在产生随机波前、解决模型失配问题和研制超材料孔径等方面,但对关键的关联过程的优化主要集中在压缩感知和深度学习方面,而在伪逆算法方面的研究相对较少。因此,为了进一步完善微波关联成像体系,本文提出了一种新的针对伪逆算法优化的微波关联前视成像方法。本文结合截断奇异值分解(Truncated Singular Value Decomposition,TSVD)处理和吉洪诺夫正则化(Tikhonov)提出了奇异值分解和吉洪诺夫正则化的联合处理方法(TSVD-Tikhonov,TSVDT),通过TSVDT方法对时空随机辐射阵进行处理,然后进行压缩关联成像。同时,本文比较了广义交叉验证(Generalized Cross-Validation,GCV)和L曲线法,并证明了在微波关联成像方法中,利用GCV法选择截断参数的运算耗时更短且更稳定。最后,利用微波暗室实验验证了该方法在低信噪比条件下提高了成像的抗干扰能力,并且仍能保持较快的运算速度。

宽轴比波束双频带北斗导航天线设计

[目的]为了有效拓宽北斗天线3 dB轴比波束宽度,提出一种加载寄生单元的开槽叠层微带贴片天线。[方法]通过叠层基板结构实现北斗双频带特性,并通过开槽拓宽双频段带宽,在贴片边缘切角实现双频带圆极化;同时在贴片周围加载L形寄生单元来拓宽天线的3 dB轴比波束宽度。[结果]实测和仿真结果吻合度较高,在北斗B1和B2频段的相对带宽为3%和7.5%;3 dB轴比波束宽度可达到180°和176°;增益最高可达6 dBi。在北斗接收机试验中,天线搜星数量能达到17颗以上,定位精度在米级以内。[结论]所设计的双频带北斗导航天线具有宽轴比波束宽度和高定位精度,研究结果可为小型北斗导航天线的设计提供参考。

基于Nedelec条件的高阶矢量元构造与实现

采用将Nedelec条件和完整多项式形式结合的方法,系统分析了H1(curl)四面体矢量元的Nedelec函数空间,验证了各矢量元与Nedelec函数空间的关系。基于基函数分类和单元矩阵分块技术,实现了高阶矢量元单元矩阵的求解与组合。通过分析一个矩形谐振腔验证了Nedelec矢量元极好的计算性能,并将其用于分析各种不规则、不均匀腔体的谐振问题。

高阶矢量有限元方法实现及关键问题

以二阶三角形矢量元分析均匀无耗波导问题为例,系统而显式地分析了高阶矢量元的实现过程,探讨了实现过程中的一些关键问题。基于基函数分类和单元矩阵分块技术,提出了一种新型的针对高阶矢量元编程的实现方法,可有效地推广到三维情况下任意形式的高阶元。数值实例验证了该方法的可靠性。

基于高阶四面体矢量元的大规模本征值求解

采用H1(curl)四面体矢量元分析大规模电磁本征值问题。基于基函数分类和单元矩阵分块技术,提出了一种新型的针对高阶四面体矢量元编程的全局编码方法,并结合RCM重排序技术压缩整体矩阵带宽。通过分析一个矩形谐振腔,系统研究了基于不同求解技术的ARPACK本征值求解器的性能,并将其用于分析各种复杂腔体的谐振问题。

高阶四面体矢量元的实现与性能比较

以H1(curl)四面体插值矢量元为例,基于基函数分类和单元矩阵分块技术,完整地给出了高阶矢量元单元矩阵的计算公式,显式给出了积分系数矩阵的计算结果。通过分析一个矩形谐振腔,系统比较了各种矢量元的性能(如计算精度、条件数、面元选择性等),并将其用于分析不均匀腔体的谐振问题。分析方法可有效地推广到任意形式的更高阶、叠层基的分析。

高阶曲线矢量有限元方法实现及关键问题

针对传统的直线型高阶矢量基函数对曲边界模拟不好的缺点,研究了基于四面体叠层矢量元的高阶曲线建模技术。系统而显式地分析了三维高阶曲线矢量元的实现过程,探讨了实现过程中的一些关键问题。通过分析一个球形谐振腔,系统比较了各种直线或曲线形式的高、低阶矢量元的性能(如计算精度、条件数等),并将其用于分析不均匀腔体的谐振问题。计算结果表明:采用曲线元对曲线模型进行建模,在不影响计算效率的情况下,可极大地提高计算精度。

天线转台控制系统

在天线外场自动测量系统中,通过AT89C51控制75BF003型步进电机转动,带动步进电机上的转台平稳转动,测得放置在转台上的待测天线的幅度方向图。文中给出详细的软硬件设计方法。实验证明,该转台控制系统工作稳定可靠,完全满足天线自动测量的要求。

一种快速二维相关干涉仪测向算法

针对宽带信道化测向处理中传统二维相关干涉仪测向算法计算量过大的缺点,提出了一种基于引导基线的快速相关干涉仪算法.在阵列中选定引导基线,由引导基线的相位差信息计算出一组可能的来波角度信息;在测向处理时,仅对引导基线确定的角度进行相关度计算.快速算法将传统相关干涉仪中的二维相关峰搜索减小为仅对一个由模糊角度组成的点集进行搜索,计算量不到传统方法的百分之一,且测向性能与传统方法相当.试验验证了该算法的有效性.

高阶矢量有限元方法中的稀疏矩阵技术

系统研究了高阶矢量有限元方法中的稀疏矩阵存储、重排序和快速求解技术。针对有限元(FEM)矩阵稀疏的特点,验证了高阶矢量有限元矩阵具有随机稀疏结构的特点,并采用合适的变带宽存储技术实现了FEM矩阵的高效稀疏存储。针对有限元矩阵非零元素分布不规则的缺点,采用RCM技术对矩阵元素进行重排序,从而压缩了矩阵带宽。研究了基于稀疏矩阵技术的(直接法、迭代法)快速求解和预处理技术。数值结果验证了稀疏技术极好的计算性能。

幅相不一致对沃森-瓦特测向的影响及解决方法

针对沃森-瓦特测向处理中幅相不一致对定单向及测向准确度的影响问题,分析了定单向法则失效的原因,提出了针对参考通道输出信号的全相位校正方法.利用该方法获取的最优相位修正量对参考通道输出信号进行移相处理,使测向通道与参考通道输出信号之间的相位关系满足定单向法则的要求,提高了定单向方法的稳健性.通过对测向误差特性的分析,给出了因测向通道间幅相误差导致的测向误差表达式,提出了利用最小二乘法计算误差曲线的拟合参数,从而可实现利用有限区域内的测向误差测量数据对全方位测向误差的估计,提高测向的准确度.通过仿真验证了提出方法的有效性.

两种适用于时域有限体积方法的截断边界

将广泛用于时域有限差分（FDTD）的各向异性完全匹配层推广到非结构网格下格子中心型时域有限体积方法（UCFVTD）中，并同Silver-Mtiller截断边界相结合，提出了一种适用于UCFVTD的截断边界条件。将良态完全匹配层推广到三维UCFVTD计算，给出了三维情况下UCFVTD算法在良态完全匹配层中的场方程。通过数值反射试验以及对典型的电磁场散射问题的计算，验证了这两种截断边界条件的有效性和整体算法的稳定性。同以往的Silver—Muller吸收边界比较，反射误差分别有15～25dB和17～28dB改善，提高了计算精度。

基于AT89S52单片机的测速雷达伺服控制系统设计

本文设计的伺服系统首先通过RS485串行接口实现上位机(PC机)与下位机(单片机)的远程通讯,完成程控跟踪数据和触发控制信号的传输;其次,通过以AT89S52为核心的主控板,实现转动控制信号和角度指示信号的处理与输出;最后,结合电机驱动模块和显示模块,实现测速雷达天线俯仰程控跟踪转动和当前天线角度实时显示等功能。实验证明,本伺服系统各功能模块工作正常,跟踪精度完全满足测速雷达系统的要求。同时,本系统还具有低成本、操作简单、使用方便和可靠性高的特点,具有良好的推广应用价值。

圆阵二维MUSIC谱快速计算方法研究

针对二维波达方向估计时MUSIC谱的快速计算问题,研究了均匀圆阵变换到虚拟线阵的MUSIC算法(UCA-ULA-MUSIC)、流形分离MUSIC算法(MS-MUSIC)、傅立叶域线性求根MUSIC算法(FD-Line-Search-MUSIC)、基于FFT的2n元均匀圆阵MUSIC算法(2n-UCA-FFT-MUSIC)与基于FFT的任意圆阵MUSIC算法(ACAFFT-MUSIC)。对各种算法快速计算二维MUSIC谱的实现步骤进行了总结。在此基础上,给出了各算法计算二维MUSIC谱的计算复杂度表达式,并以传统方法为参考,对比了各种快速算法相对于传统方法的计算复杂度比值;同时,针对不同的阵列形式,对适用的快速算法的测向性能进行了仿真对比。根据分析和对比的结果,指出MSMUSIC算法与ACA-FFT-MUSIC算法具有更高的工程应用价值,由具体的情况单独或分频段联合使用MS-MUSIC算法与ACA-FFT-MUSIC算法,可以使测向系统较好的兼顾测向性能与时效性。

非结构网格FVTD中二次函数重构技术用于电磁计算

提出了一种适用于非结构网格下格子中心型时域有限体积方法的基于最小平方法的二次函数重构技术以取代以往采用的线性重构技术,包括插值模板的选择和重构函数的确定。通过对典型的电磁场本征值问题及散射问题的计算验证,表明了文中方法较以往方法大大改善了算法的耗散性,提高精度的同时可以显著地减少CPU时间和存储量。

混合尺寸目标电磁计算的时域伪谱/有限体积混合方法

针对单一算法对混合尺寸目标进行时域电磁分析的困难,提出一种时域伪谱(PSTD)同时域有限体积(FVTD)混合方法。FVTD可方便地分析复杂的几何结构和材料,但是难以计算电大尺寸的目标,PSTD则特别适合计算电大尺寸的规则结构,但在模拟复杂的几何结构尤其是带有曲边结构以及电大、电小共存结构时存在困难。混合方法克服了单独算法的缺点,融合各自的优势,提高了算法的求解能力和应用范围。为了减小两种算法连接边界带来的反射,采用了FVTD计算面均值的二次函数重构方法,给出了交叠网格和非交叠网格两种混合方案。数值试验表明,混合方法有较高的精度,具有时域分析混合尺寸目标电磁问题的能力。

强电磁脉冲电离大气三维FDTD仿真

强电磁脉冲在大气中传播时会导致大气分子电离,且电离气体又会反作用于传播的电磁波,因此是一个传播状态动态实时变化的物理过程。要准确模拟该过程需要综合考虑电磁波传播、大气电离、带电粒子运动等物理过程。为解决该问题,文中结合麦克斯韦方程、等离子体方程、磁流体动力学方程等,构建多物理场分析方程组,该方程组能够考虑强电磁脉冲传播时大气电离、扩散、附着、复合等物理效应。进而结合三维时域有限差分方法(FDTD)来构建动态仿真模型,对强电磁脉冲在大气中的传播过程进行仿真并分析其宏观大气电离效果。

基于新型矩形同轴馈电网络的微带天线阵研究

研究了一种新型的C波段微带天线阵,他采用矩形同轴线(RCL)结构构成的集成化低损耗馈电网络馈电,有效降低了馈电网络损耗,提高了微带天线阵增益。首先分析了矩形同轴线相关理论,并对矩形同轴线馈电网络和微带天线子阵的基本原理和设计方法,分别运用HFSS和CST进行了仿真设计。仿真和实测结果表明,该馈电网络具有损耗低、稳定性好等优点,实测结果与仿真吻合。

电离层吸收衰减预测方法的比较研究

本文对比分析了利用ITU半经验模型和3种电子碰撞模型预测天波链路电离层吸收衰减的方法.利用中国参考电离层模型和质谱仪非相干散射大气模型构建背景电离层和背景大气,在构建的背景环境中利用三维射线追踪方法仿真分析由半经验模型和3种电子碰撞模型计算得到的电离层吸收衰减与电波频率、出射仰角、大圆距离的关系.并进行了大圆距离100 km、200 km、400 km的短波通信测试试验,分析了各预测方法的准确度.从试验结果来看:日间两类模型性能差异不大,而日落期利用电子碰撞模型预测得到的电离层吸收衰减优于以往采用的ITU半经验模型;在可用频段的较大频率处,实测值更接近电子碰撞模型.仿真与试验均证实3种电子碰撞模型预测值相近,根据实际可获得大气中性成分数据.

大型障碍物对远距离收发链路影响评估

基于FEKO6．0电磁仿真软件，首次从信号传输链路的角度，对大型风力发电机等典型障碍物对收发天线性能影响进行了精细的仿真评估。采用多层快速多极子（MLFMM）和高频方法（如PO法）获取障碍物存在前后接收天线幅相特性变化规律，比较了不同方法计算性能和计算效率，并给出了详细的电磁仿真过程，可为相关项目开展提供有效且定量的参考依据。