一种新型的低剖面定向宽带圆极化天线设计

针对低剖面定向圆极化天线结构复杂、带宽较窄等问题,设计了一款基于类同轴波导的紧凑型宽带定向圆极化天线。该天线于波导上表面印制螺旋缝隙,波导内端口处使用同轴接口馈电。天线端口反射系数性能可通过合理地调节波导内外导体尺寸进行优化,避免了馈电网络的使用,天线结构得到简化。另外,天线无需借助反射地板可直接实现定向辐射性能,使剖面尺寸降低至0.1λ(λ为自由空间中最低频点波长),并由于同轴波导的宽带通性实现57%(2.7~4.85 GHz)的有效带宽。运用介质集成波导技术制作该结构天线,并进行仿真和测试,两者结果吻合良好,证明此种设计方法的有效性。与其他定向圆极化天线相比,该天线整体结构紧凑、设计简单、避免了复杂的馈电网络,且具有较宽的有效带宽。

基于时域弹跳射线法的海面复合目标近场回波仿真

雷达回波信号的获取对研究动态目标识别和雷达成像具有十分重要的意义。提出了一种基于时域弹跳射线法(Time Domain Shooting and Bouncing Ray, TDSBR)的动态目标回波仿真模型,用于模拟海上电大目标的近场雷达回波。该模型采用TDSBR方法直接在时域计算弹载雷达照射下的目标与海面近场复合散射特性,并结合“stop-go”方法模拟雷达与目标之间的相对运动,实现了弹载雷达照射下海上运动舰船目标的回波信号仿真。仿真结果表明,该模型可以有效呈现海面与海上目标的耦合效应,实现对目标速度和距离的预测,具有良好的精度和较高的效率,在海洋环境中弹载雷达的回波预测和目标检测中具有广阔的应用前景。

电气化铁路站场接触网故障定位技术研究

多股道站场接触网由于结构复杂、分支众多,发生接地故障后,依据现有的故障测距技术,无法确定故障的具体股道与位置。针对这一问题,提出一种多股道站场接触网故障定位方法。在每一分支股道对应的承力索上安装多个电流监测终端,并采集电流波形数据。利用ZigBee无线通信技术汇集数据,通过电流有效值的大小判断区间内存在故障,通过相邻电流监测终端采集的相反方向电流定位故障区段,实验结果验证了该方法的有效性与正确性。

电气化铁路隧道激光除冰研究

针对冬季铁路隧道内存在的冰柱影响铁路接触网安全的问题,文中提出一种使用激光器照射、加热并融化冰柱根部使冰柱坠落的方法。相较于人工除冰或电加热设备防冰,该方法设备主体小、能耗低、安全性更高,且可针对特定位置作业;在有效提升除冰效率的同时,还能保证作业工人的人身安全。仿真计算结果和现场实验结果均表明该方法可行且有效。

具有方向约束的多智能体系统的反一致性研究

研究了具有方向约束的多智能体系统的反一致性问题.首先假设系统中智能体在一维空间服从单向运动.针对一阶积分器模型,给出了一类反一致性协议的设计方法,系统中所有智能体仅仅通过观测其邻近智能体位置状态,自主分布式的决策和协调控制输入,实现了系统中智能体最终静止并在空间中分散,智能体最终状态满足反一致性要求.针对二阶积分器模型,设计了一类包含自身速度测量的反一致性协议,在设计的控制输入下,实现了二阶多智能体系统避碰并最终达到反一致性状态.最后,将系统从一维空间推广到N维空间.假设多智能体系统在N维空间的第k个坐标轴方向受方向约束,针对一阶积分器模型和二阶积分器模型,给出了一类反一致性协议设计方法.在设计的控制输入下,实现了系统在N维空间最终达到反一致状态.最后,采用Python语言,利用数值仿真例子校验了理论结果的正确性.

基于实数遗传算法的二维导体目标微波成像

讨论了自由空间中导体柱微波成像的实数遗传算法,导体柱的围线用有限项三角级数所逼近的形状函数来表示。散射问题用矩量法来模拟,逆散射问题转换成受限制的优化问题。以三角级数的系数为优化变量,通过尽量减小散射场幅度的测量值与计算值之间的相对误差来不断优化。并通过实例验证了此方法的优越性。

基于空谱分解的时间反演时域成像

提出了基于空谱分解的时间反演时域成像新方法.通过天线阵列的一次测量,获取散射场数据、建立空谱多态响应矩阵.奇异值分解矩阵求取与具体目标相对应的左奇异矢量,与超宽带信号结合合成相干的时间反演后向传输信号,实现了目标的选择性聚焦.该方法能实现置于均匀媒质或随机媒质中的多个运动目标的聚焦成像,具有较好的实时性及较强的成像能力.

利用超宽带脉冲反演二维导体目标图像

讨论了自由空间中导体柱图像重建的时域实数遗传算法,导体柱的围线用极坐标形式下的形状函数来表示。逆散射问题转换成受限制的优化问题,形状函数的系数就是需要优化的变量,通过尽量减小随时间变化的散射场的测量值与计算值之间的相对误差来不断优化。并通过计算机仿真验证了此方法的优越性。

基于时间反演和单站天线的导体目标微波成像

为克服强散射体环境、多径效应等因素对目标成像的影响,利用时间反演法的自适应聚焦特性,研究了导体目标微波成像算法.将需要成像的目标轮廓用有限项三角级数逼近,散射问题用时域有限差分法模拟,逆散射问题转换成受限制的优化问题,引入遗传算法优化待求的三角级数的系数,仅用单站天线完成多散射体环境中二维导体目标的图像重建.为验证算法的有效性,对2个算例进行了数值仿真.

一种有效的吸收边界条件及其应用

从二维波动方程出发 ,经过相关理论分析 ,充分利用其内含的局域性特点 ,得出了局域边界条件 ;并把它和Mur二阶边界条件相比较 ,发现从理论到数值仿真 ,新边界条件都比Mur二阶边界更有效。而且 ,和Mur二阶边界条件相比 ,它只增加非常少的计算量和计算机内存。最后 ,应用新边界条件来模拟平面波在多层媒质中的传播 。

适用于隧道环境的二元相控阵天线系统

为了满足在隧道环境中实现高速率、高质量无线通信的迫切需求,研究了适用于隧道环境的高增益天线,提出了利用二元相控阵天线系统提高隧道内信号传输质量的新方法。相控阵天线系统由两个高增益天线单元及一个移相器组成,通过移相器调整其中一个天线单元的相位,使隧道内合成电场的最小值幅值达到最大,提升信号的平均场强。仿真结果表明:与单个天线发射信号相比,在3000 m隧道轴向传播范围内,相控阵天线系统发射信号合成电场的最低电平最少提升了19.6 dB;与两个天线同时发射信号相比,最低电平最少提升了12.4 dB,取得较好分集优化效果,消除多径效应导致的深度衰落,解决了隧道环境中存在的通信问题。

基于空频分解信号子空间向量的时间反演成像

论文提出基于空频分解信号子空间向量的时间反演成像新方法。利用天线阵列采集的散射场数据建立空频矩阵,奇异值分解该矩阵得到信号子空间向量,以此实现对目标的选择性成像。基于完全散射场数据的成像伪谱包含多个子向量贡献,相当于多次成像叠加,具有统计特性。新方法既避免了传统的空空分解时间反演算法产生的随机相位的影响,又具有较好的抗干扰性能,即使叠加信噪比10 d B的高斯白噪声,也能实现对多个目标的准确成像。

基于空频时间反演的空间功率合成技术

采用天线组阵辐射的方式实现空间功率合成,是获取高功率微波的有效途径。利用奇异值分解空频矩阵获取时间反演后向传输信号,天线阵列再次发射这些信号,能完成目标探测,同时在目标位置处实现空间功率合成。基于相同的峰值发射功率,频率提高后的空频时间反演方法合成功率达到了理想合成功率的87.39%;而TD-DORT方法仅为理想合成功率的19.55%。频率提高后的空频时间反演方法具有功率合成方面的高效性,探测目标的同时在目标位置处合成高功率微波,为空间功率合成提供了一种新的方法与途径。

高功率微波大气传播数值计算的加速方法

用时域有限差分法(FDTD)对高功率微波(HPM)大气传播进行数值仿真时,所要关心的仅是传播目标点HPM波形的分布,而传播过程中每一空间点不需要考虑,所以可将传播空间分段计算,在分段点处需要增加一个吸收边界,并将传播到该点的HPM保存下来,作为后继计算空间的源加入到其后一空间步,完成数据传递。通过这样循环处理可以达到节约计算时间和存储内存的目的,从而达到加速计算的目的。

国内高功率微波大气传播研究的若干进展

近年来,高功率微波系统的输出功率越来越高,气体击穿已成为限制高功率微波传播的主要因素之一,对其开展研究具有重要的应用意义。文中首先简单回顾了国内同行的研究成果,然后重点介绍了我们已取得的代表性进展。针对由麦克斯韦方程组和电子流体力学方程组构建的高功率微波大气传播的电子流体模型,提出了该模型的时域有限差分算法。推导了超宽带脉冲的等效电场,并将其代入电离参数的经验表达式,研究了超宽带脉冲大气传播与击穿;基于分区域技术,发展了高功率微波长距离传播的快速算法;将改进的电子能量分布函数引入流体模型,计算了不同压强下的击穿时间,发现其与粒子模拟的结果符合得很好;在充分考虑电子与空气-六氟化硫混合气体之间的微观反应的情况下,研究了六氟化硫的填充比例对混合气体击穿阈值的影响。

时域MEI方法在矩形导体柱散射问题中的应用

本文用时域有限差分法 (FDTD)模拟二维矩形导体柱的电磁散射场 ,采用时域不变性测试方程 (MEI)作为吸收边界条件对该散射场进行求解。将所得计算结果与截断边界网格点采用Mur二阶吸收边界条件所得的数值结果相比较 ,两者吻合很好。结果表明使用时域MEI方法作为吸收边界条件能有效缩短截断边界与物体边界的距离 。

自主导航性能评估系统的可配置管理研究

针对已有的卫星自主导航性能评估系统支持的性能指标有限,评估算法固化和单一,可配置性差,运行机制不够灵活等缺点,本文研究了一种能完整覆盖系统级性能评估、空间段性能评估、控制段性能评估、用户段性能评估,能够灵活配置和新添评估算法,支持多数据源的卫星自主导航性能评估系统。

基于改进分步傅里叶算法的弯曲隧道电磁建模及仿真方法

针对现有弯曲长隧道电磁建模粗糙、仿真计算效率不高的问题,论文提出了基于改进分步傅里叶算法的弯曲隧道电磁建模及仿真计算新方法。该方法通过将隧道壁衰减系数引入传统的分步傅里叶计算公式,模拟隧道壁对电磁波的散射与吸收;通过修正空间域内的相位,来表征弯曲隧道内电磁波传播过程中产生的波阵面扭转效应。仿真结果表明,新方法能高效、准确地计算出隧道内的电场分布,相较于传统的交替方向隐式有限差分方法,计算效率提高了37倍。新方法特别适用于宽、长隧道的电磁波覆盖预测和分析,为隧道环境中移动通信系统的设计与优化,提供强有力的仿真计算工具。

适用于WiMAX的小型化微带天线设计

设计了一种加载U型缝的小型化分形结构微带天线。该天线应用Giuseppe Peano分形理论和U型缝加载技术,延长电流的有效路径,从而降低天线的谐振频率,实现天线小型化,同时采用空气作为介质层,减小天线的Q值,增加天线带宽。通过使用HFSS对天线进行仿真优化,得到了天线尺寸参数。仿真结果表明,天线的相对带宽为6%(3.47~3.71GHz),最大增益可达2.91dBi,整体辐射性能良好。天线贴片尺寸仅为14mm×14mm,相比于普通微带天线,面积缩减了59%。该天线结构简单,尺寸小,能较好地适用于WiMAX通信。

基于传输线方程的多根非平行传输线串扰分析

非平行结构的传输线在电力电子系统中普遍存在,当其上通有电压和电流信号时,会在周围传输线上产生串扰响应。采用时域传输线方程建立多根非平行传输线之间的串扰模型,结合FDTD方法,分析在脉冲集总源激励下受扰导线始端和终端负载上的串扰电压响应特性,将其结果与仿真结果对比,验证了该方法的正确性。研究结果表明,非平行结构中受扰线始端和终端负载上的串扰电压响应随着传输线离地面高度的增大而增大,随着传输线之间夹角的增大而变小,且减小的趋势逐渐减弱,从而为线缆间的串扰防护提供了参考依据。