Simultaneous measurement of distance and speed using frequency-modulated continuous-wave self-mixing interferometry and all-phase fast Fourier transform

In this work,we propose a method using frequency-modulated continuous-wave(FMCW)self-mixing interferometry(SMI)and all-phase fast Fourier transform(APFFT)for simultaneous measurement of speed and distance.APFFT offers superior accuracy in frequency determination by mitigating issues like the fence effect and spectrum leakage,contributing to the high-accuracy measurement for speed and distance.Both simulations and experiments have demonstrated relative errors at the levels of 10^(−4) and 10^(−3) for distance and speed measurements,respectively.Furthermore,factors impacting measurement performance have been discussed.The proposed method provides a high-performance and cost-effective solution for distance and speed measurements,applicable across scientific research and various industrial domains.

应用于全固态激光雷达的光学相控阵技术发展趋势与挑战

应用于全固态激光雷达的光学相控阵是一种电控扫描的光束指向控制技术,具有宽视场、低功耗、轻量化的优异性能,在军事和民用领域发挥着越来越重要的作用。文章首先介绍了光学相控阵基本工作原理;回顾了近年来基于不同材料光学相控阵的国内外研究进展,主要包括:光波导相控阵(如LiTaO3晶体、GaAs/AIGaAs、PLZT电光陶瓷、Si等)和液晶光学相控阵;并对基于不同材料光学相控阵的优劣势进行对比分析;指出了研制高性能光学相控阵需要突破的关键技术;并给出了光学相控阵技术的发展趋势与挑战。

锂离子电池阻抗在线测量装置设计

锂离子电池的交流阻抗能够反映电池内部信息,是电池状态在线监测的有力工具。阻抗在线测量装置的设计是实现基于阻抗的电池状态在线估计及故障预警技术的关键。本文基于嵌入式微控制器设计了锂离子电池交流阻抗在线测量装置,采用全相位快速傅里叶变换算法将时域数据转换到频域,并对转换结果进行插值运算,实现了0.01 Hz~10 kHz频率范围内交流阻抗的在线测量,有效解决了当前阻抗在线测量装置基于传统快速傅里叶变换算法所产生的频谱泄露、栅栏效应以及相位计算不准确的问题。通过对不同容量、不同正极材料的电池进行静态和动态阻抗测量,验证了装置的可靠性与快速性,并且放电末期动态阻抗急剧变化特征对电池的状态具有一定的指示能力。本文设计可方便集成于电池管理系统中,在锂离子电池状态在线估计及故障预警等方面具有一定的应用价值。

激光回馈双通道位移测量创新实验平台设计

针对激光回馈技术中多目标同步检测以提高测量效率的问题,提出了一种基于线性调频的测量通道拓展方法。在线性电流注入下,激光器输出的光频率近似线性变化;2个被测物体到激光器距离不同时,回馈信号的频谱中出现分别对应2个物体的独立谱峰,通过全相位频谱分析方法在2个谱峰处进行相位解算可以重构2个物体的运动曲线。基于Python语言构建的仿真模型和相应的双通道位移测量实验系统均证实了该方法的有效性,2个通道的位移测量相对误差小于5%。

热管耦合相变材料全气候锂离子电池热管理系统性能分析

电池热管理系统(BTMS)是保障储能电池在不同工况下安全高效运行的重要方法。基于相变材料高潜热与热管高导热特性,设计了一种热管耦合相变材料的新型锂离子BTMS,该系统可实现全气候条件下电池保温与散热一体化。采用数值模拟对BTMS的保温与散热性能进行研究。在低温环境下,通过模拟电池放电过程和放电结束后电池温降过程,分析了保温层厚度和初始温度对保温性能的影响;在常温和高温环境下,基于相变材料、热管、双层冷却通道耦合手段提出了相应的散热方案,有效保障了锂离子电池在放电倍率0.5C~2.0C下的安全稳定运行。设计的BTMS可实现不同环境温度下的保温或散热需求,为实现全气候锂离子电池热管理技术提供理论参考。

双线偏振全数字相控阵天气雷达设计与试验

基于极端灾害性天气对高时空分辨率的探测需求,提出了一种采用平板阵列天线和全数字收发组件,并具有双线偏振功能的S波段相控阵天气雷达系统的实现方法,并对涉及的关键技术进行了研究分析,提出了基于脉内频相扫多波束的扫描策略设计,以及基于机内标定系统的在线标定设计思路。最后采用研制的工程样机开展了强对流天气观测试验,并与CINRAD/SAD雷达的观测数据进行了对比,对比结果表明采用该方法设计的工程样机对强对流天气的观测具有一定优势。

全相位FFT算法高精度谐波测量方法

针对电力系统精确测量谐波信号频谱特性这一技术问题,该文提出一种基于全相位FFT算法的高精度谐波测量方法。通过低漂移信号转换电路和程控滤波器对被测信号进行调理,再经高精度A/D转换器变换成数字量传至MCU进行全相位FFT变换,选择离散频谱中幅值最大的两根谱线进行校正得到信号精确测量结果。利用LTspice电路与Matlab算法协同仿真,结果表明:在输入信号为理想谐波、复杂谐波与间谐波、叠加白噪声信号的基波情况下,所提出的方法均可实现对信号频率和幅值的准确测量。在与传统FFT双谱线校正和加窗FFT双谱线校正相比,该文提出的测量方法精度更高、抗噪性更好,频谱泄漏抑制能力更强,适用于对电力信号的高精度测量。

基于介质超表面的圆偏振复用全息

针对单一相位调控方式无法实现圆偏振复用问题,使用矩形硅砖结构,通过复合传输相位和几何相位,设计了一种工作在1.55μm下可以实现圆偏振复用全息的超表面。仿真结果表明,分别在左旋圆偏振光和右旋圆偏振光照射下,在远场可以观测到两幅清晰的全息图像,透过效率分别为60.8%和61.5%,偏振转化效率分别为79.1%和78.7%。设计的圆偏振复用超表面具有微弱串扰、两通道独立设计以及设计简单等优点,并且超表面元件体积小、重量轻、易于集成,在信息复用、信息存储或编码、防伪等方面具有较大的应用潜力。

一种基于约束规则的航天器全相位交会对接程序规划方法

针对载人航天领域交会对接过程,设计了一种基于约束规则的程序规划方法,将飞行程序按照相关性划分为飞控事件,将事件约束与时间或圈次解耦,形成适用全相位交会对接的规划配置体系,通过一套配置实现各正常、应急分支程序的规划生成,相比传统基于时序的程序设计方法,提高配置的适应性,提高程序设计效率,为后续交会对接程序规划设计提供参考。

基于双窗全相位FFT的变流器阻抗高精度辨识新方法

为了提高变流器阻抗辨识精度,提出将布莱克曼双窗全相位快速傅里叶变换算法应用于并网变流器输出阻抗高精度辨识之中。首先,建立了dq坐标系下的三相并网变流器的dq阻抗模型;其次,基于原理分析论证了所提方法具有优良的频谱泄漏抑制性能以及较强的抗噪能力,特别适合于在施加小扰动信号背景下非线性特性较强的并网变流器输出阻抗的高精度辨识,并给出变流器阻抗辨识流程;最后,通过仿真试验,验证了方法的优越性。基于布莱克曼双窗全相位快速傅里叶变换的阻抗辨识方法,相比传统方法能以更高的精度辨识出变流器输出阻抗。

高区分度欠采样宽带谱分析器设计

为克服现有基于多陪集、调制宽带转化器等欠采样结构的谱分析器存在谱成分区分度差、欠采样通道数多、有效探测带宽窄的严重缺陷,提出基于全相位滤波器对半分解的互素欠采样谱分析器设计.首先,剖析了经典互素谱分析存在伪峰效应的原因.然后,具体提出基于最小尺寸的全相位滤波器对半分解的解析方法设计互素谱原型滤波器,并从中衍生出两路互素谱分析结构并行的谱分析器,从而提高了谱区分度;分析了两路并行互素谱输出的频点位置关系,通过对两路输出做交叉合并,生成双倍频谱分辨率的全景谱,既可消除伪峰,又无需增加欠采样通道数(即为最小值2);在全景谱重构计算中,通过将上、下通道支路的互相关扫描代替现有欠采样谱分析的压缩感知求解计算,绕过了对信源带宽稀疏度的要求,从而不仅拓宽有效探测带宽,还获得了密集谱区分能力.最后分别以多子带的数字已调信号、线性调频信号为信号模型,对所提出的高区分度宽带谱分析器的谱估计效果进行验证.仿真结果表明,该谱分析器可以消除现有互素谱分析方法存在的伪峰效应,且可在总体欠采样率不足0.5倍调制宽带转化器欠采样率的条件下,可区分的谱成分数目提升至其2.5倍以上.在跨频段、超分辨率的欠采样频谱感知中具有广阔的应用前景.

基于全相位FFT的铁路信号频率检测算法研究

本文主要研究基于全相位快速傅里叶变换(All Phase Fast Fourier Transform,APFFT)的铁路信号频率检测算法。介绍铁路信号的基本概念,并对传统快速傅里叶变换与APFFT的理论基础进行深入分析。通过矩阵分析方法比较传统FFT和APFFT的性能差异。在实验分析部分,通过具体的数据模拟实验验证APFFT在频率检测方面相较于传统FFT的优势。针对铁路CPFSK(Continuous Phase Frequency Shift Keying)信号,提出基于APFFT的低频率和边缘频率检测技术。通过仿真实验验证所提方法的有效性。总结全相位FFT在铁路信号频率检测中的应用前景与研究价值。

一种基于GaAs pHEMT工艺的18~40 GHz六位高精度数控移相器

基于0.15μm GaAs pHEMT工艺研制了一款工作频率为18~40 GHz的高精度六位数控移相器芯片。其中5.625°、11.25°和22.5°移相位采用了改进型的串并联电容移相结构,该结构可通过增加串联电感改善移相精度;45°和90°移相位采用了磁耦合全通网络型移相结构;180°移相位使用了基于串并联谐振结构的改进型移相器电路,拓展了移相器带宽,提高了移相精度。移相器芯片的实际加工面积为2.8 mm×1.4 mm。芯片的测试结果表明,在18~40 GHz频率范围内,移相精度均方根误差小于2.3°,移相寄生调幅均方根误差小于0.7 dB,全态损耗小于13.5 dB,全态输入、输出驻波分别小于1.7、1.9。

应用于汽车FMCW雷达的超前进位锁相环研究

近年来汽车FMCW雷达广泛应用于新能源及智能网联领域,来测量外部目标的相对间距和速度。针对当前FMCW雷达系统灵敏度差、缺少灵活性、测量范围窄的问题,设计了一种应用于FMCW雷达领域的超前进位全数字锁相环。根据雷达对物体距离和速度的测量原理,采取集成电路芯片技术实现了对该环路结构的设计,利用Matlab软件搭建环路系统Z域模型并进行了稳定性分析对比,通过硬件描述语言(VHDL)编写环路程序,并联合调用Modelsim软件完成了仿真试验,最后结合仿真结果在硬件上验证设计的准确性。实验结果表明,基于超前进位的全数字锁相环有效提高了锁相频率,降低了系统延时,大幅度拓展了调频范围。

优秀男子体操全能运动员阶段性体能训练计划设计研究——以肖若腾为例

该文旨在阐述男子体操全能项目体能训练设计的原则、目标和方法,为优秀男子体操全能运动员体能训练计划设计提供参考。采用文献资料法、实践设计法等方法,综合分析肖若腾在2023年全国体操锦标赛后至第19届杭州亚运会期间阶段性体能训练设计方案的逻辑,通过任务分析、训练目标确立、练习内容选择,最终完成训练方案设计。研究发现,男子体操全能项目是一项动作难度高、时间跨度长、对能量供给和能量平衡要求高的运动,不仅要求运动员具备卓越的技术水平和稳定的心理状态,还要求运动员具备高水平的体能储备。备战期间,体能训练可分为赛外、赛前、比赛3个训练阶段,需制定具有代表性的阶段性体能训练方案,以帮助运动员提高身体素质、专项运动表现和竞技实力。

量子材料中基于空间自相位调制的激光诱导电子相干性

空间自相位调制是一种三阶非线性光学效应,又称光学克尔效应。空间自相位调制的物理机制为激光诱导的非局域电子相干性,是一种集体激发行为,非线性光学响应,演生现象。物质中电子在光场的驱动下以光学频率运动,获得由外场决定的相位,分离区域之间保持固定的由光场决定的相位差,从而演生出非局域电子相干性,其衍射光的平行光分量在远场形成一系列同心嵌套的圆锥形发射,在远场屏上形成干涉环,此即空间自相位调制。基于激光诱导在量子材料中产生电子相干性,可以实现全光开关,具有“以弱光控制强光”的特性,功能类似于光子学中的“三极管”。本文简要综述空间自相位调制的物理机理研究及其在全光开关领域的应用前景,重点梳理空间自相位调制在新阶段的发展以及微观物理机制。

线性调频激光自混合干涉双通道微位移测量方法研究

为了满足工程中一些特殊二维位移测量需求或提高位移测量效率,建立了结构简单紧凑的激光自混合干涉双通道位移测量系统。首先,基于三镜法-珀腔模型给出自混合干涉系统的数学方程。其次,在弱反馈条件下施加线性电流调制,依据自混合信号频率和外部物体距离的线性关系,当两个物体到激光器距离不同时,频域会呈现两个独立的谱峰,分别对其进行相位解算,从而实现自混合双通道位移测量。然后,数值模拟生成了双通道激光自混合信号,根据全相位频谱分析技术对自混合信号两个谱峰的相位进行估算,重构了两个物体位移曲线,给出了仿真验证。最后,搭建了实验系统,进行了自混合干涉双通道位移测量实验,并给出实验测量结果。实验结果表明,该系统可以完全区分两个运动物体,位移测量相对误差优于8.42%。线性调频激光自混合干涉可以实现任意运动规律的双通道位移测量,通过继续分光其测量通道数仍可进一步增加。

基于全相位滤波器组频带鉴别的生成对抗网络声码器设计

为实现高质量、高效率、低成本的语音合成,设计开发了一种基于全相位滤波器组频带鉴别的生成对抗网络声码器APFB-GAN.该声码器以现有的HiFi-GAN为参考,在生成器中,削减了HiFi-GAN多感受野融合模块约60%的参数.在鉴别器中做了两点改进:一是将HiFi-GAN中多尺度鉴别器与多周期鉴别器替换为基于全相位滤波器组的鉴别器,克服了原有模型无法依据语音能量非均匀频带分布,灵活进行特征特征提取的缺点;二是提出基于频带加权的多窗长的短时傅里叶变换谱损失函数,配合鉴别器更好地稳定训练.实验结果表明:APFB-GAN声码器合成的语音质量可与HiFi-GAN相媲美,且其高频细节特征更为突出,模型参数只为HiFi-GAN的28.78%,在GPU上的合成速度是HiFi-GAN的2.4倍.

液相氧化法改性碳纳米管复合电极对钒电池性能的影响

为提升钒电池负极侧电极的电化学活性,采用液相氧化法对碳纳米管进行改性,并将其引入石墨毡表面制备复合电极。首先对碳纳米管与石墨毡的电化学性能进行对比,再通过液相氧化改性对碳纳米管的电化学活性进一步优化,最后制备了碳纳米管石墨毡复合电极,并采用充放电测试考察其性能表现。结果表明:在浓H_(2)SO_(4)与浓HNO_(3)体积比为1∶3,温度80℃,改性时间2 h条件下得到的碳纳米管电化学活性最佳。在120 mA cm 2的电流密度下,以复合电极为负极的电池电压效率和能量效率分别为87.96%、83.47%,分别比石墨毡(82.08%、77.31%)提高了5.88和6.16个百分点,具有良好的倍率性能。

全金属超表面在电磁波相位调控中的应用及进展

全金属超表面是由亚波长金属单元所组成的结构阵列,其在调控电磁波相位方面展现出了效率高、带宽大等特点,并且相较于金属-介质混合型超表面,全金属超表面具有优良的热学和机械性能,如耐高温、强度大、延展性好等,这使得其可以应用于高温高压等极端复杂环境中。本文对近年来全金属超表面取得的研究进展进行了简要的归纳总结,主要介绍了其在构建高效、多功能平面光学器件以及多频谱电磁隐身中的应用,并对其未来的发展方向进行了展望。