结构因素对遥感天线跟踪精度影响分析及对策

在遥感地面站天线设备中,跟踪精度是伺服控制系统的关键技术指标。重点分析影响跟踪精度的机械结构谐振频率、摩擦两个结构因素,给出了影响因素与天线跟踪误差之间的理论关系:天线机械结构谐振频率主要影响伺服动态滞后误差和高仰角跟踪性能;摩擦力矩主要影响跟踪随机误差和伺服低速跟踪平稳性能。给出了改善低速平稳性能的解决措施;提出了一种数字复合控制融合新型结构滤波器(数字凹口滤波器+一阶惯性环节)的动态跟踪控制方法,解决了窄波束天线机械结构谐振频率较低影响伺服跟踪性能的问题。测试结果表明,天线最低平稳运行速度达0.005 (°)/s,速度误差优于10%;天线加速度在0.393 (°)/s^(2)时,方位动态跟踪均方根误差优于0.006 2°。遥感地面站天线设计方法实用有效,为今后同类天线伺服控制系统设计提供了理论依据。

浅析美国高功率微波效应研究动态

简要介绍了美国国际高级研究计划局(DARPA)发布的“波形捷变射频定向能(WARDEN)”项目、空军研究实验室公布的《定向能和基地防御》和《定向能未来2060-美国国防部定向能技术未来40年远景》报告,重点分析了“WARDEN”项目、《定向能和基地防御》和《定向能未来2060-美国国防部定向能技术未来40年远景》报告中的高功率微波效应研究动态,分析归纳了当前美国高功率微波效应研究进展和研究重点是“深化无人机和巡航导弹高功率微波后门扰乱效应机理,提升高功率微波武器系统对无人机和巡航导弹的攻击距离”,这些结论可为我国高功率微波效应研究提供重要参考。

基于边缘计算的可重构波束控制技术研究

随着社会和技术的发展,相控阵软件无线电技术得到了快速推广和普及,其应用领域从传统的军事预警探测逐步拓展到气象探测、航空安全、无人驾驶、空间探测、天地通信中继等等。同时,新方法新体制应用对天线波束形成算法复杂度、数据传输量和波束切换的低延时等提出了更高的要求,商业应用要求高效低成本部署,并能够基于软件定义具备良好的可扩展性,传统集中式波束控制方法已无法有效应对需求。波束控制节点部署利用边缘计算理念可实现相控阵天线射频前端的就近波束形成运算与数据处理,有效减小数据传输带宽和降低延时,波束控制平台采用软件可重构体制可适应新兴领域和用户需求的不断发展变化。介绍了相控阵射频前端波束控制原理,提出了一种基于边缘计算的可重构波束控制技术,采用嵌入式分布化运算处理技术,通过建模仿真与计算,证明该技术可有效改善相控阵天线多通道数据传输压力,提升波束敏捷性,实现功能、孔径可重构,具有广泛的工程应用前景。

基于改进SCSO算法的光伏MPPT研究

在解决光伏阵列在局部遮挡时发电效率降低的问题时,传统最大功率点追踪(MPPT)方法容易追踪失败。为此,提出一种改进沙猫群优化算法的最大功率点追踪方法。该算法在标准沙猫群算法的基础上,引入了精英反向学习和自适应t分布,同时优化沙猫群算法(SCSO)的局部搜索并融合Jaya算法。通过对4种典型单峰、多峰函数的测试,证明该算法具有极高的收敛速度,容易跳出局部最优值。将算法应用于MPPT控制中,仿真结果表明:在静态遮荫情况下,所提方法的搜索最大功率点的时间更少;在动态遮荫条件下,重新搜寻到最大功率点的响应时间平均为0.2 s。实验表明所提算法可以适应动态变化的天气,解决了传统算法收敛速度和防止陷入局部最优等问题。

一种对高速运动目标的单光子测距方法

作为一种前沿的激光探测技术,单光子激光测距技术已成功应用于月球测距、卫星测距和地面测高等领域。然而,单光子测距在机载空对空、地对空平台上对高速运动目标进行跟踪测距时,回波光子落在不同的时间窗,导致直接计数无法有效提取信号的问题仍需解决。针对空对空条件下单光子激光测距的应用需求,基于时间相关光子计数技术设计一种适用于全天时、宽时域、多噪声条件下对高速运动目标的单光子测距方法。该方法采用阵列单光子探测器和相邻时间窗相关统计多帧处理算法提取激光回波光子信号,并在Matlab平台上对算法进行仿真实验,使用多元阵列单光子探测器实现最大测程百公里以上、背景噪声计数率约为5 MHz、单脉冲回波光子计数平均值为1条件下的回波光子信号提取。该方法能够克服传统单光子探测只能对准静态目标测距,只能在小接收视场和小波门范围等弱背景噪声及目标轨迹可预测条件下应用的限制,将单光子探测由只能固定平台夜晚对准静态目标测距推广至通用平台全天时对高速运动目标测距。

大型精密测量相控阵雷达天线座力学仿真应用研究

超大规模雷达天线座结构系统复杂,造价高、研制周期紧张,如何保证天线座结构设计一次成功,满足雷达结构技术要求是天线座研制的难题。文中结合工程研制,从天线座结构系统力学设计,计算模型建模原则、建模方法、轴承等关键部位连接处理、仿真模型简化与等效,有无斜梁结构方案仿真结果比较与选取,以及轨道平面度、辅助支撑力确定到最终结构优化进行了阐述,对大型雷达天线座结构设计具有一定的指导意义。

混合远近场太赫兹通信中波束色散分析及预编码设计

为解决宽带太赫兹通信中传统混合预编码架构中的波束色散问题,将时延器引入到该架构中,并研究基于时延器的混合预编码架构性能。讨论了混合远近场太赫兹通信中的波束色散问题,分析了引入时延器后的混合预编码架构及其性能,提出了一种基于远近场的混合预编码算法,对所提算法和传统的混合预编码算法进行了仿真。仿真结果表明,所提算法在性能上优于传统算法,可以有效缓解混合远近场中的波束色散。

EMVS互质面阵张量波束成形

相比于标量传感器均匀阵列,电磁矢量传感器(electromagnetic vector sensor,EMVS)稀疏阵列能够在降低系统软硬件成本的同时感知更大范围、更高维度的空间信号信息,并通过精尖波束扫描实现信源测向性能的综合提升。然而,传统基于矩阵信号建模的波束成形算法难以利用EMVS接收信号的多维结构化信息,且存在由阵元稀疏排布所引入的虚峰干扰问题。为了应对上述挑战,提出了面向EMVS互质面阵的张量波束成形算法,有效利用了空域互质采样的波束分布特性和张量信号处理的优势实现指向性张量波束扫描测向。具体而言,将EMVS互质面阵中稀疏均匀子面阵的接收信号表示为一对涵盖多维度空间电磁信息的高维张量,并从张量信号空域滤波的准则出发,设计面向稀疏均匀子面阵的张量化最小方差无畸变响应优化问题。为了克服由上述优化问题中张量内积项所造成的传统求解方法失效难题,提出通过张量权重的canonical polyadic分解,将原始张量化最小方差无畸变响应优化问题转换为对应波达方向信息维度与极化状态信息维度的子问题,并基于各子问题的局部最优解设计交替迭代求解方法,以获得张量权重的全局最优解。进而,基于张量空间的质数分解唯一性分析,理论证明一对满足互质阵元排布的稀疏均匀子面阵所对应的虚峰具有互不重叠特性,并提出张量波束功率的互质合成处理方法,以此构造具备精尖主瓣且虚峰抵消的张量波束功率图,从而实现多信源空间方位的精准估计。仿真结果验证了所提EMVS互质面阵张量波束成形算法的有效性。

基于自抗扰理论的舰载武器随动控制研究

舰载平台在复杂海面风浪环境下保持姿态的稳定,是舰载武器工作的重要基础。针对舰载平台的姿态稳定控制,设计了自抗扰控制器提高了舰载平台对目标角度随动跟踪的精度,并保证了系统快速响应,抑制风浪扰动及负载扰动等不确定因素的影响。为进一步提高控制器的控制效果,提出粒子群算法进行了控制器的智能化参数寻优,经过仿真分析及样机试验验证了自抗扰控制器在提高系统随动跟踪快速性、精准性及鲁棒性的作用。

基于近场旋转技术的共形阵列天线方向图高效计算方法

文中提出了一种基于近场旋转技术的新型共形阵列天线方向图快速计算方法。首先,首次根据共形载体信息对单个特定天线单元近场封闭表面上的电场、磁场和采样点位置进行坐标旋转变换,进而得到其在全局坐标系下近场封闭面上的电场和磁场。然后,基于谢昆诺夫等效原理计算单个天线单元的等效电流和磁流及其所产生的辐射场,并遍历共形阵所有单元计算其在全局坐标系下的辐射场。进一步地,将全局坐标系下所有单元方向图进行矢量叠加得到共形阵列天线的远区总场。最终,通过两个具有不同载体平台与不同阵元的共形阵列天线方向图算例,并与全波仿真以及基于远场旋转技术的计算方法相比较,验证了所提出方法相较于远场旋转技术在计算精度与效率上的优势。

碳纤维杂质对天线罩性能的影响分析

天线罩作为雷达系统的重要电磁窗口,在生产制造过程中若不慎混入碳纤维杂质,对天线罩的电性能和力学性能的影响还未明确。为此,文中首先对含碳纤维杂质的天线罩结构在电磁场下的失效形式和特点进行了深入研究;其次,分析了失效区域对天线罩透波率、介电性能等电性能指标的影响,并对含碳纤维杂质失效区的结构件的力学性能进行了试验研究;最后通过试验与仿真等技术方法对失效区的扩展性进行了分析。相关研究成果对天线罩的结构设计、生产加工、故障分析等均有积极意义。

一种高性能功率放大器-圆极化天线的一体化设计

本文设计了一种具有圆极化辐射特性的高性能功率放大器-天线一体化电路。通过直接优化圆极化天线的输入阻抗,使之与消除输出匹配网络的功放电路直接集成。这种无缝集成方式不仅有效减少了插入和失配损耗以及整体电路尺寸,而且提高了整体的性能。采用的圆极化天线由矩形贴片和改进的地平面组成,通过在地平面上增加垂直短截线和切割水平缝隙,增强了天线的3 dB轴比带宽。为了验证,设计、制造和测量了工作在3.4 GHz~3.6 GHz的一体化电路原型。实验结果显示,功放-圆极化天线一体化电路在工作频带内的功率附加效率(PAE)超过60%,且3 dB轴比带宽达到320 MHz(相对于3500 MHz的中心频率为9.1%)。相较于传统的级联设计,PAE提高了8.5%,3 dB轴比带宽也得以改善。

基于多智能体强化学习的目标跟踪辐射方法及设计

针对分布式空间功率合成中单平台微波发射装置有最大发射功率限制的问题,提出了一种基于Friend-Q多智能强化学习的微波发射装置路径规划方法,以实现对目标施加持续4 min及以上的10 mW/cm^(2)~15 mW/cm^(2)的辐射强度。在所提方法中通过变ε-贪婪策略平衡探索和利用的关系,同时提出一种具有选择性的输入功率方案,以减少系统耗能。通过对三种具有代表性的仿真场景进行训练,实验结果表明:(1)相比于分散远离场景和单一接近场景,路径结合场景的成功率分别提高了55.7%和120.9%,证实了微波辐射源的合理位置排布可以在很大程度上提高模型的成功率;(2)采用多智能体强化学习训练的模型相比于采用随机策略的模型,三种仿真场景中的成功率分别提高了48.8%、72%、41.8%,进一步验证了该算法的有效性。

改进哈里斯鹰算法用于阵列天线方向图赋形

由于目前群智能优化算法在解决直线阵列天线方向图的旁瓣电平抑制和零陷控制问题时容易陷入局部最优以及收敛速度较慢的问题,提出了一种改进哈里斯鹰优化算法。该算法首先引入单鹰探索策略来扩大算法的全局搜索范围,然后引入自适应控制理论,用以提高算法的搜索精度并加快算法的收敛。仿真结果表明,与粒子群算法、布谷鸟搜索算法、蚁群优化算法以及标准哈里斯鹰优化算法相比,所提算法在压低直线形阵列天线方向图的旁瓣电平和控制零陷方面更具优越性。

热-力-电耦合下天线罩电性能仿真及分析

在实际飞行工况下,热力载荷会改变高速飞行器天线罩原有的电磁特性,从而影响制导性能。提出了一种基于六面体网格划分的热-力-电耦合模型及仿真方法,可准确表征高速飞行工况下天线罩介电温漂和结构变形对电性能的影响。基于天线罩热-力-电共享网格模型,首先通过瞬态热仿真得到天线罩响应温度场,通过静力分析得到天线罩结构变形场。然后,将天线罩介电温漂和结构变形准确传递到其电磁仿真模型中,并采用三维射线跟踪法计算其电性能。最后通过一个典型算例对高速飞行工况下天线罩电性能的变化进行仿真和分析,结果表明电性能变化非常明显,也进一步说明了所提方法的可行性和研究的必要性。

基于辅助变量的终端阻抗滑模六足机器人足端控制

针对复杂环境下六足机器人足端力/位跟踪控制问题,提出一种基于辅助变量的终端阻抗滑模六足机器人足端控制方法来实现复杂环境下六足机器人的稳定运动。首先,该方法引入广义阻抗模型实现复杂环境下六足机器人足端位置和力的动态调节;其次,引入终端滑模控制方法提高系统的鲁棒性以及足端力/位跟踪误差收敛性能;然后,设计动态补偿器以及新型的辅助变量,构建桥梁,从而建立了结合终端滑模控制以及广义阻抗控制的复合控制框架;之后,通过Lyapunov理论证明了控制器的稳定性;最后,在六足机器人三自由度机械腿模型上与滑膜阻抗控制方法(SMIC)进行了对比仿真验证,仿真结果证明了与结合线性滑模面的滑模阻抗控制方法相比,所提控制方法具有更好的足端力/位跟踪精度以及更快的跟踪误差收敛速度。

基于电角度相位补偿的死区在线补偿算法设计

伺服系统在工业自动化领域得到了广泛应用。为解决伺服系统中由死区效应引起的相电流畸变、转矩脉动及对伺服系统响应性能的影响,提出了一种基于电角度相位补偿的死区补偿方法。该方法补偿编码器相位延时导致的电角度相位差,通过模型预测速度控制,对多个电流环周期的电角度进行预测,并针对Sigma-Delta ADC采集中的线性相位延时进行补偿,以此判断真实电流极性。实验结果验证了所提死区补偿方法的有效性。

基于声振信号的电机故障诊断方法

电机在工作时产生的异常噪音往往表明电机存在潜在故障或处于不良的工作状态.本研究提出了一种基于振动信号分析的电机异音检测方法,该方法通过安装加速度传感器和麦克风等设备采集电机运行时的振动信号数据,并对采集到的振动信号进行信号处理和特征提取.接着构建一个分类模型,利用支持向量机算法对提取的特征进行训练和分类.实验结果表明,该方法在检测电机异常噪音方面展现出良好的性能和准确性.大量实际电机运行数据测试结果表明该方法能够有效地判断电机是否存在异常噪音,并提前预测潜在故障.

天线罩结构状态监测系统设计与实现

为及时对天线罩结构老化及损伤情况预警,需要实时、稳定地对天线罩结构状态进行监测。本天线罩结构损伤分析系统基于自动频域分解法(Automatic Frequency Domain Decomposition-AFDD)和卡尔曼滤波算法,使用加速度传感器和采集仪,通过对多组实时采集的加速度传感器数据进行处理,得到反应天线罩结构老化和损伤的各种相关数据,并实时将天线罩结构状态在人机界面显示、对异常状态预警。在此基础上,分析了由加速度传感器输出数据经处理得到的不同参数对于天线罩损伤情况的敏感程度,建立多参数的联合预警机制,实现系统面对不同损伤时的实时判断和预警。

一种用于农业遥感的阵列天线波束优化方法

对于农业遥感阵列天线而言,需要对其合成的波束进行优化以应对不同的应用场景。本文介绍了一种解决农业遥感天线阵列波束形状优化问题的混合优化方法。该方法分为三步,首先使用迭代快速傅里叶变换(IFT),根据目标波束生成若干初始阵列激励,然后利用全局优化方法--差分进化算法(DE)在初始激励的基础上优化这些激励,若优化后的波束不能满足目标,再采用模拟退火(SA)方法进一步优化,直到实现目标或达到最大迭代次数。计算实例结果表明,本文提出的混合优化方法可以高效地得到遥感阵列天线所需的波束形状。