海上风电机雷达回波及其微多普勒特征

精确模拟海上风电机雷达回波并提取其微多普勒特征,是解决海上风电场对邻近雷达台站无源干扰的关键问题。由于现有算法将风电机所处的海面背景直接以平面良导体等效而过于简单,且传统的等间距散射点模型无法表征风电机叶片的三维异形曲面特征。为此,在回波求解时引入粗糙海面前向复反射系数,同时结合风电机的三维散射点等效模型,提出了基于时域回波电场的海上风电机雷达回波数值模拟算法。根据矩量法中RWG函数离散电场方程的思想,建立风电机三维散射点等效模型。考虑到电磁波作用在海面时的畸变效应,利用粗糙海面前向复反射系数推导出了时域回波电场求解公式,并获取了海上风电机雷达回波的模拟结果。最后,将风电机海面背景下的回波微多普勒特征与自由空间下的进行对比,证明海面背景不可忽略。进一步采用控制单一变量的方法分析了微多普勒频移的海况响应特性,即浪高的均方根与多普勒频移呈负相关。这也为后续海上风电机回波的识别与滤除提供理论参考。

基于多视角属性散射中心的风电机动态叶片雷达回波模拟

模拟高保真的动态风电机叶片雷达回波并提取其多普勒特征,是解决风电场对雷达台站无源干扰的关键问题。针对现有算法均无法准确且实时模拟动态叶片回波的问题,突破采用单一视角的静态散射中心模拟叶片回波的传统思路,将雷达视线下叶片整个旋转周期大转角划分为多个子视角,提出一种基于多视角属性散射中心的动态风电机叶片雷达回波模拟算法。考虑叶片动态旋转中叶片空间姿态对散射中心参量的变化影响,引入属性散射中心模型,采用正交匹配追踪的贪婪算法,提取各雷达视角下动态叶片的属性散射中心;并建立散射中心与叶片运动特征在时间上的对应关系,重构出叶片旋转一周的散射电场,利用短时傅里叶变换,最终模拟出动态叶片的回波。以金风82/1500型风电机叶片为算例,与传统回波模拟方法以及实验测量得到的结果进行对比,结果表明,所提算法较散射中心的积分算法在精度上提高了34.7%,实现了动态叶片回波的实时模拟。

基于双站散射的地面背景下风电机叶片回波模拟

准确模拟风电机雷达回波信号,对解决风电机对雷达台站的无源干扰问题具有重要意义。针对现有方法仅能考虑单站散射的问题,根据多径效应,推导了地面背景下风电机叶片的双站回波公式,并根据镜等效像原理推导了风电机叶片与地面之间各散射路径的等效计算模型,提出了半空间中风电机叶片双站散射回波的模拟方法。以Vestas-V82型风电机作为算例,对地面背景下的风电机叶片双站回波进行模拟,并与单站回波进行对比分析,结果表明发射雷达与接收雷达位置不同时,会导致回波增加一组多普勒闪烁并减小回波的最大多普勒频率,该研究为风电机雷达回波信号的识别提供了参考。

基于散射中心的风电机叶片散射电场求解

为降低雷达系统的数据处理量及实现风电机实时目标特征识别,必须寻求风电机叶片散射电场的快速求解方法。针对传统电磁求解算法需处理巨量风电机叶片散射电场数据的问题,突破传统以超大电尺寸目标实体为基本单元进行广域空间电磁散射积分计算的思想,提出了一种基于散射中心的风电机叶片散射电场求解方法。基于非衰减指数和散射中心模型,通过距离-多普勒算法构建风电机叶片的雷达逆合成孔径图像,采用CLEAN算法并结合相关系数提取风电机叶片的散射中心参数集,最终以散射中心产生的散射电场数据等效替代叶片本体的全部散射数据,实现了叶片散射电场的快速求解。以Vestas V82-1.65MW型风电机为例,以矩量法计算结果为基准,文中所提方法计算准确度为93.20%,数据的压缩比达76.81,计算量的数量级比矩量法降低了106。

短波频段高压输电线路的电磁散射场及其影响因子

明确高压输电线路对邻近无线电台站电磁散射场的决定性影响因子,针对性地抑制干扰幅值,是解决当前输电线路无源干扰问题的最有效办法。为研究短波频段输电线路散射场的决定性影响因子,结合电磁散射理论,构建输电线路线-面混合模型,采用RWG基函数和伽辽金检验离散感应电流,并利用电场积分方程对散射场进行求解。通过输电线路感应电流与散射场之间的关联关系,分析了输电线路地线、线路档距、铁塔数量及铁塔高度等本体结构特征对感应电流的分布影响,间接确定了输电线路电磁散射场的影响因子。结果表明,电磁波视线下输电铁塔的复杂金属结构散射体是线路电磁散射场的重要影响因子。

变电站内5G基站天线对二次设备的电磁干扰

随着变电站通信技术的发展,5G基站天线布置于变电站主设备区附近,不可避免地对站内二次设备产生电磁干扰问题。为此分析了变电站内5G基站天线对二次设备电磁干扰的机理,建立了5G基站天线的辐射场数学模型并推导了其场源表征公式。同时结合电磁散射理论,提出了5G基站天线辐射下变电站电气大尺寸金属设备在空间散射场的数学模型。经河南500 kV官渡变电站5G天线在变电站内场强分布实验测试,验证了算法的准确性。最后,研究了5G基站天线不同工作频率、发射功率和下倾角对二次设备处电场强度的影响规律,计算结果表明,基站天线发射功率和下倾角明显改变二次设备处电场强度,最大可达12.92 V/m,超过电磁兼容抗扰度阈值。

基于散射电场的飞机旋翼多普勒回波模拟

旋翼飞机飞行过程中会产生具有独特多普勒特征的雷达回波,通过对旋翼回波的准确模拟,可为不同类型飞机的精确识别提供重要依据。针对现有散射点叠加算法的假设缺陷,从目标高频电磁散射理论出发,提出了基于散射电场的飞机旋翼回波模拟方法。依据电磁散射场与雷达回波方程间的数学关系,发现目标回波的基带信号与目标后向散射电场的复振幅矢量具有一致性,基于此采用物理光学—矩量混合算法,求解飞机旋翼的散射电场;并通过短时傅里叶变换模拟得到旋翼的时频回波。最后,通过与传统散射点积分算法进行仿真对比,同时分析了不同桨叶角对旋翼回波信号的影响规律,验证了所提方法的正确性和优越性,实现了散射电场下飞机旋翼多普勒回波的准确获取,为后续研究飞机的精确识别奠定了理论基础。

产生皮秒光脉冲的1.5μmInGaAsP锁模激光器

本文描述了产生皮秒光脉冲的1.5μm InGaAsP锁模激光器的结构与制备,详细地叙述了该器件在连续和锁模时的一些激光特性。在重复频率为960MHz下,该激光器可产生脉宽为18.8ps的超短光脉冲。

具有创新拓扑构型的周期性点阵结构抗剪切性能分析

以六边形为胞元的周期性点阵结构抗剪切能力较差,对六边形构型进行改造,并在内部嵌套菱形结构,提出了一种"Y型"周期性点阵结构;然后在考虑胞元非等壁厚的条件下,推导了周期性点阵结构的等效弹性常数计算公式;通过理论计算结果对比,"Y型"周期性点阵结构相比六边形结构剪切模量有较大提升,对六边形和本文提出的"Y型"周期性点阵结构进行数值模拟分析,表明了"Y型"结构承载性能的优越性。

直接调制获得1.3μm半导体激光超短脉冲

本文报道采用梳状波发生器直接调制的1.3μm双沟槽平面掩埋条形(DCPBH)激光器以及脉宽的二次谐波相关测量系统。获得了重复频率为1GHz.最短脉宽为17ps的光脉冲:给出了脉宽和峰值功率随偏置电流变化的关系,表明当偏置在阈值附近时,可获得最短脉宽和最高峰值功率。

多模光纤复合腔1.3μmInGaAsP激光器产生ps超短光脉冲

本文报道采用多模光纤外腔形式,从1.3μmInGaAsP激光器中产生重复频率为1GHz的1.81ps超短光脉冲的实验结果,并对实验结果进行了讨论。

基于地电位均布的共享铁塔接地网设计方案

共享铁塔中移动基站的接地标准较为苛刻,需要对传统输电铁塔接地网进行改造以满足基站接地要求。笔者采用场路结合的方法,对接地导体进行分段处理,计算各分段导体的自电阻和互电阻,推导了共享铁塔接地网地电位的求解公式,进而判断接地网地电位的均匀程度。参照现有电力与通信的接地标准,提出了共享铁塔接地网的设计思路以及4种设计方案。计算结果表明,网状结构加垂直接地极的接地网设计方案可保证地电位分布最均匀,最大地电位梯度相比于简单扩大接地网面积的设计方案降了43.83%。

基于序列插值模型和多重网格方法的多材料柔性机构拓扑优化

基于固体各向同性材料惩罚模型(Solid isotropic material with penalization,SIMP)的多材料柔性机构拓扑优化是将原问题分解成若干子问题进行分层优化,成倍地增加了设计变量数量,且该方法利用传统的有限元离散,为了得到清晰的拓扑结构网格数量必然巨大,这两方面的因素造成了该方法计算效率低下。因此,基于幂函数多项式提出序列插值模型,用该模型进行多材料布局迭代,使不同材料在设计域内序列向预定义的多个材料点聚集,无须分解成子问题即可在单一优化框架下完成多材料的拓扑优化,且没有增加设计变量数量。以机构的几何增益最大为目标,建立多材料柔性机构拓扑优化模型。在利用有限元求解控制方程过程中引入多重网格方法,网格划分粒度层次递进,将粗网格水平下位移场作为细网格上的初始场量,避免直接用细密网格将设计域整体离散带来的高计算成本问题,提升计算效率。通过改进的优化准则法求解模型,得到序列最优布局型式的多材料柔性机构。通过典型算例及与基于SIMP的方法相应结果对比,验证了提出方法的有效性。

1.3μm波长单模激光器实用化组件的研制

研制出单横模半导体激光器。使用国产元件已制成具有光控、温控、尾纤输出的组合器件,其基本性能达到了光通信实用化的要求。