一种新的室内射线追踪方法

针对现有射线寻迹方法在室内场景应用时效率低下的问题,本文研究一种射线追踪的新方法,用于计算建筑物内部的电磁场分布。首先,引入一个可见面矩阵来描述所有平面的遮挡关系。在连接源点和场点的所有可能射线中,将最不可能的那些射线直接通过该矩阵排除掉,而剩余的射线通过严格的共轭梯度法进行识别,从而确定射线的准确路径。接着,采用一致性几何绕射理论计算每一条射线的电磁场。这种通用的射线追踪算法能够对任意反射、折射和绕射射线进行分析,因此比镜像法更灵活。最后,通过计算一栋房子内电磁场分布表明:本文方法在室内应用场景中比WinProp(电磁波传播仿真软件)更快更准确。

基于深度学习的配电网开关柜电晕放电检测设计

在配电网运行过程中,电晕放电量过大导致间隙击穿,开关柜输出电量信号出现过度电离,降低了运行稳定性。为此,提出基于深度学习的配电网开关柜电晕放电检测方法。利用与电晕信号相关的深度学习识别模型,定义单调非递增函数,并以此为基础,计算信号取样值,实现深度学习下的配电网开关柜电晕信号取样。确定电晕信号串表达式,根据开关柜脉冲求解结果,完成实时放电检测。实验结果表明,所提方法可将电晕放电量最大值控制在100 pC以下,能够避免开关柜输出电量信号出现过度电离的情况。

基于改进蚁群算法的无人机灾区航迹规划

针对传统蚁群算法用于无人机航迹规划时在大空间多维数转弯次数多、收敛速度慢甚至不收敛等问题,提出了一种改进蚁群算法。根据地图构建三维空间模型,采用对空间切片的方式来避免在寻优过程中跨越多个单元格;通过每一代最优路径来更新信息素以及引入距离启发量的策略,增强了算法的收敛性和效率,得出改进蚁群算法相对于传统蚁群算法和快速搜索随机树算法在搜索效率上分别提高了65.9%和18.1%,在平均转弯角度上分别减少了48%和61.2%,在航迹长度上比传统蚁群算法缩短了38.5%的结果。研究所提出的改进蚁群算法能为无人机救灾快速路径规划提供有效的解决方案。

基于电磁干扰对消EMI有源滤波模块设计

针对火控设备因开关电源电磁干扰所引起的辐射超标问题,基于差模与共模结合的混合抑制原理,运用电磁干扰对消技术,制作一款小型化的有源滤波模块。该模块尺寸为25.4 mm×25.4 mm×6.0 mm,满足低剖面及便于电路板集成的需求。经实测,其能够抑制10 kHz~10 MHz频段内电源干扰,满足GJB 151B相关电磁兼容要求。通过实测比较发现,与无源滤波相比,其具有体积小、成本低、滤波性能稳定等优点。

基于分布式参考校正的多机器人编队控制

针对避障、外部干扰和迟滞等实际的多机器人编队控制问题,提出了一种基于分布式参考校正的控制方法。通过采用人工势场法和干扰观测器,解决了非匹配不确定性的避障问题。定义不可达参考场景描述了多机器人在试图避开障碍物时的被动修正行为,并为每个机器人设计了分布式参考校正算法,减弱被动校正行为带来的不利影响,保证每个机器人位置跟踪误差的有界性。考虑已知的执行器迟滞效应,在电流控制律中添加了Bouc-Wen迟滞补偿器。利用Lyapunov稳定性理论验证了避障的有效性。最后,在MATLAB环境下基于多机器人系统进行了数值仿真和比较,以证明所提出的算法和控制器的有效性,实验结果表明该方法可以在具有外部干扰和迟滞等实际问题下形成稳定的多机器人编队控制,对路径上的障碍物进行无碰撞避障,提出的分布式参考校正算法减弱了被动校正行为,提高了系统的稳定性。

基于邻域粗集神经网络的大数据特征分类系统

为提升主机元件对大数据的分类准确性,尽可能地避免数据误传,提出基于邻域粗集神经网络的大数据特征分类系统。在邻域粗集神经网络中,完成对邻域系数的粒化处理,通过逼近运算的方式,使神经网络模型快速趋于稳定。选取大数据特征调制信息,借助调制识别器元件控制大数据特征的导出方向,结合关联信道组织完成数据特征的多标合并处理。实验表明,利用该系统可将大数据的单位召回率提升至65%,能够促进主机元件对大数据的准确分类。

基于自然驾驶数据的驾驶换道风格分析与辨识

为了研究在换道工况下个体驾驶行为及其辨识,基于NGSIM轨迹数据提取532组换道有效数据。分析处理驾驶员换道特征参数,运用K-means算法对驾驶员进行聚类分析,可分为谨慎型、一般型、激进型三类。并对聚类的参数进行统计分析和时频分析验证各类驾驶人的差异性,并提取出有效参数作为辨识模型的输入,基于惯性权重非线性变化和粒子最大速度非线性递减的策略来改进粒子群,建立起基于改进粒子群优化SVM的驾驶人风格辨识模型,对SVM模型的两个关键参数C和g进行优化更新,驾驶人识别准确率可达到96.25%,且与BP神经网络、PSO-SVM、随机森林、KNN算法相比具有更高的识别准确率。

一种光波大气折射率剖面模型构建方法

根据经典光波折射率计算公式和ITU-R建议书中水汽密度经验公式,给出了一种新的光波大气折射率计算公式;借鉴Hopfield折射率静力项剖面模型和ITU-R建议书中水汽密度剖面模型,给出了一种基于历史气象探空数据构建光波大气折射率剖面模型的方法。以青岛地区为例,通过对1986—1995年历史气象探空数据的处理并结合参考标准大气,建立了适合当地的光波大气折射率剖面模型;统计剖面模型预测折射率剖面与实测折射率剖面的均方根误差,结果表明:构建的剖面模型具有较好的预测精度,这对光学外测设备的折光修正数据处理具有很好的参考价值。

黄渤海地区大气折射环境参数统计分析

大气折射环境显著影响微波、超短波无线电装备的性能,能够减小或者扩展标准大气环境下的无线电视距。文中以黄渤海交界处的荣成为例,基于2018年探空数据统计分析了荣成站的大气折射环境参数,包括地面折射率、1 km折射率梯度、100 m折射率梯度等参数。其中,地面折射率年度变化范围可达100 N单位,地面折射率年平均值为332.3 N单位;1 km折射率梯度年平均值为-48.5 N/km;100 m折射率梯度年平均值为-44.2 N/km,100 m折射率梯度小于-100 N/km的时间概率为3%。进一步地,文中给出了计算雷达视距需要用到的等效地球半径因子以及用于表征相对标准大气无线电视距的扩展或减小的视距因子分布。结果表明:等效地球半径因子最大可达4.5;相对标准大气环境下,大气折射环境对视距影响的最大变化范围可达80%以上。研究结果可为黄渤海地区试验装备的系统设计、性能评估提供大气折射环境参考。

一种新型可移动TEM喇叭辐射波模拟器的模拟优化

为改善基于TEM喇叭的辐射波模拟器的低频辐射特性从而展宽其辐射近场半高宽,首次提出了在指数型TEM喇叭上/下两个极板的端口加上2个金属直板、并通过倾斜金属板和并联电阻相连的新型可移动模拟器的设计方案。基于FDTD方法模拟分析了该新型模拟器的特性参数对其近场辐射性能的影响,并给出了优化后的模拟器及其阵列的辐射特性。计算结果表明:尺寸为6 m×6 m×6.24 m的优化后的新型模拟器在距离口面3 m的中心位置的辐射近场脉宽能达到18.95 ns,而达到相同低频辐射性能的常规模拟器尺寸为9 m×12 m×6.8 m。且与常规模拟器相比,优化后的模拟器的场峰值更大。与前人的研究相比,优化后的模拟器场在保持高峰值的同时,时域波形后延震荡的幅度与主峰的比值明显减小。优化后的模拟器2×2阵列模型的测试平面中心点场峰值最大,且在测试平面上满足6 dB均匀性要求的有效测试区最大;有效测试区在横向上范围最大的是2×2阵列模型,其次是2×1阵列模型;在纵向上范围最大的是2×2阵列模型及1×2阵列模型。

近岸海域上方动态舰船尾迹的多普勒谱特性

由于舰船尾迹持续时间长且存在范围广,因此通过研究舰船尾迹进行目标探测具有一定的意义。采用线性滤波法结合文氏海谱生成了近岸有限深海域海面,并将其与动态开尔文舰船尾迹叠加,得到了时变近岸海面和上方开尔文尾迹的线性叠加模型。采用海面面元散射场模型对动态开尔文扰动近岸海面的多普勒谱特性进行仿真,重点讨论电磁波入射角为30°和80°两种情形下不同船速、风速、船向时的多普勒谱。数值计算结果表明,舰船的运行速度和船向会对近岸海面与上方动态尾迹叠加模型的多普勒谱特性造成较为直观的影响,海面风速的影响则较小。该研究可为海杂波环境下舰船尾迹的运动特征提取提供参考。

电磁偏谐振阻抗匹配宽带传输超表面设计

针对传统传输超表面固有高Q值导致的工作频带窄的问题,提出了一种电、磁双模偏谐振阻抗匹配实现宽带传输超表面设计方法。建立了实现低损耗透波阻抗匹配的本征参数模型,并根据经典Drude-Lorentz模型分析了本征参数在电磁谐振与偏谐振区域的电磁特性。基于此,通过独立激励电、磁偏谐振模式,设计了满足宽频带阻抗匹配的本征参数电路模型。基于该模型,通过在超表面中引入金属微带线和平行贴片分别作为电、磁偏谐振器,调控结构的本征参数,从而在宽频带内实现所需本征参数条件。仿真和测试结果均证明,设计的超表面实现了双极化模式相对带宽为79.5%的3 dB传输带宽,且结构具有0°~40°的斜入射稳定性。该超表面具有超宽带、结构简单的特点,可应用于高性能天线罩设计中。

折射率湿项对靶场经纬仪测高精度的影响分析

针对部分靶场经纬仪外测数据处理时常忽略折射率湿项对大气折射效应影响的现状,基于2019年环渤海某地区626组气象探空数据,利用射线描迹法计算了考虑折射率湿项和忽略折射率湿项两种情况下大气折射导致的经纬仪测高偏差。通过统计全年内不同仰角、不同高度等情况下折射率湿项对测高精度的影响,结果表明:折射率湿项是构成靶场经纬仪测高残差的一个重要误差源,对于目标高度测量有较高精度要求的试验任务,特别是在低仰角测量的情况,不能忽略折射率湿项的影响。

硬件损伤条件下无人机辅助的NOMA-IRS网络资源分配算法

探讨了在硬件损伤条件下,如何通过搭载在无人机上的智能反射面(IRS)有效支持基于非正交多址接入(NOMA)技术的网络,以加快多用户数据的传输速率。提出了一种全面优化策略实现整个通信系统的最大传输速率,包括联合调整串行干扰消除的解码策略、IRS的反射配置、无人机的空间位置以及基站的发射功率。由于该问题是一个非凸问题,提出使用块坐标下降方法来实现优化的一种迭代算法,将原始的非凸问题细分为3个子问题,并通过结合惩罚函数法、半正定松弛技术和连续凸近似法来解决这些子问题。仿真结果表明:提出的算法在系统总速率方面相比随机部署无人机、未使用IRS辅助的NOMA策略,系统速率有显著提升。

面向GPU的5G新型无线电的高吞吐率LDPC译码器

提出了一种基于图形处理单元(graphic processing unit,GPU)的5G软件无线电准循环低密度奇偶校验(low density parity check,LDPC)码译码器,为了节省片上和片下带宽,采用码字缩短和打孔技术、两级量化和数据打包方案,以提升数据带宽的利用率。实验基于Nvidia RTX 2080Ti GPU平台实现了高码率情况下的最小和近似译码算法的并行译码,通过分析GPU上的最优线程设置,将码率为5/6的(2080,1760)LDPC算法的译码吞吐率提升至1.38 Gbit/s,译码吞吐率性能优于现有其他基于GPU的LDPC译码器。

面向6G通信感知一体化的亚太赫兹路径损耗测量与建模研究

针对传统通信信道路径损耗模型无法准确描述和表征感知信道的问题,开展面向6G通信感知一体化的亚太赫兹路径损耗测量与建模研究。基于雷达散射截面理论,引入室内材料回波特性的感知信道路径损耗,构建角度-距离联合的感知信道路径损耗模型。结合基于矢量网络分析仪的亚太赫兹感知信道实测数据,研究129.5~135 GHz频段内不同角度和距离下的感知信道衰落特性。实验结果表明,所构建的路径损耗模型能够准确刻画感知信道路径损耗随距离和角度遮挡因子的变化规律。

无相位测量的阵列天线故障诊断方法

传统的阵列天线故障诊断方法要求测量数据同时具有幅度和相位信息,而相位测量通常花费较多,甚至技术上不可行。为了解决该问题,文中提出了一种无相位测量的阵列天线故障诊断方法。首先构造相位误差矩阵,并将其引入阵列天线正向模型,得到含有未知相位信息的信号模型;然后基于该信号模型,交替迭代求解相位误差矩阵和阵元激励,最终达到对阵列天线故障诊断的目的。数值仿真实验表明,本文所提方法在准确性、有效性和鲁棒性上都优于传统阵列天线故障诊断方法,具有广阔的应用前景。

含金属衬底复合材料的有效电磁参数检索方法

复合材料的有效电磁参数获取对研究其电磁性质具有重要作用。然而,基于S系数的传输反射方法不适用于含金属衬底的复合材料目标,导致其有效电磁参数难以检索。为解决该问题,提出了一种新型的信息融合有效电磁参数检索方法。首先,通过主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)对有效电磁参数样本的S系数进行关联性分析和全局特征提取,简化模型复杂度。其次,构建了多输出回归信息融合网络(Multi-output Regression Information Fusion Network,MRIFN)模型对电磁参数进行检索。该模型结合了双向门控循环单元(Bidirectional Gated Recurrent Unit,BiGRU)处理主成分信息,并通过卷积层纵向融合特征信息,从而提高了检索性能。最后,通过非磁性吸波材料数据集和蜂窝有效电磁参数数据集验证了该检索方法有效性。结果表明,该方法对介电常数实部和虚部的平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)分别为0.21%和0.57%。同时考虑介电常数和磁导率的综合影响,该方法对介电常数实部和虚部的MAPE分别为2.34%和9.28%,对磁导率实部和虚部的MAPE分别为2.40%和6.40%,验证了其有效性和泛化能力。

陆地上方多目标复合电磁散射特性研究

针对多个三维导体目标位于陆地粗糙面上方的散射计算问题,提出了自适应积分算法结合物理光学法的AIM-PO混合算法。采用物理光学法计算粗糙面散射,采用自适应积分算法计算目标散射。粗糙面的散射将作为目标阻抗矩阵的一部分,目标与粗糙面作为一个整体进行求解。求解过程中,最主要的计算瓶颈来自于目标与粗糙面之间的耦合矩阵填充。为了克服此计算瓶颈,提出了采用快速多极子结合快速远场近似算法加速矩阵向量相乘。该方法基于远场近似准则将粗糙面区域划分为近区与远区,即粗糙面上面元与目标之间的距离满足远场近似条件的被划分为远区,否则被划分为近区。近区采用快速多级子进行加速,而远区采用快速远场近似技术加速计算。通过与传统的数值算法相对比,验证结果表明该算法具有较高的计算精度,同时能有效提升计算效率。最后对不同条件下多目标与环境复合散射特性的变化规律进行了分析。

基于G-TF/SF方法的分层地表电磁环境研究

本文将基于广义总场散射场(generalized total-field/scattered-field,G-TF/SF)方法的时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)方法用于分层地表的电磁环境计算中,四周采用卷积完全匹配层(convolutional perfectly matched layer,CPML)吸收边界条件。G-TF/SF方法可有效削减由地面四周截断产生的边缘效应,提高分层地表电磁环境计算精度且G-TF/SF边界只需要加载入射场,无需计算反射场与透射场。G-TF/SF方法将部分边界埋在完全匹配层(perfectly matched layer,PML)区域中,对埋在PML层中G-TF/SF边界的入射波乘以相应的系数,保证将合适的入射波等效到主网格区域进行计算。本文用G-TF/SF方法模拟计算了水平单层地表及不同分层地表情形下的电磁环境,并将水平单层地表结果与用解析法计算的结果进行对比;将不同分层情形与采用有限积分技术得到的结果对比,验证了G-TF/SF方法计算结果的正确性。