Algorithm of sky-ground-wave signal separation in CDMA system

To solve the problem of the sky-wave interference in radio positioning system operating in CDMA mode, an algorithm of sky-ground-wave separation is provided. Based on the MLE （maximum likelihood estimate）, and by estimating the amplitude and the phase of the sky-wave signal, the provided algorithm for separating skyground-wave is implemented. The mathematics model used for signal processing is established, and the possible solutions are provided. The structure and signal processing flow implementing the presented algorithm in the receiver are presented. A multi-channels signal searching idea is adopted, some of which process the sky-wave signal, and some of which process the ground-wave signal. Numerical analysis and simulation show that the proposed algorithm has higher accuracy, more rapid processing speed, and simpler implementation for the estimation of the sky-wave signal parameter, and can separate the sky-wave signal and ground-wave signal from the arrival combination signal effectively.

道路地下空洞探地雷达波场和时频特性

根据城市道路地下介质的分布特征和电性参数设计模型,采用时域有限差分法和广义S变换,对道路地下存在的充气空洞、充水空洞、回填不密实、埋藏金属物状态进行探地雷达正演模拟和时频特征提取。结果表明,地下空洞顶界面的反射波同相轴均呈弧形反射形态,但充气空洞的反射波能量强于充水空洞;地下空洞发育区域的中心频率集中在某个低频区间,其余频率成分分布较均匀;埋藏金属物区域出现两簇高幅值能量团,频率分布较分散;回填不密实区域频率未能显示出较明显的规律。最后,通过工程实测验证了数值模拟的可靠性。

高聚物注浆修复的面板堤坝探地雷达波场特征分析

针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复程度及脱空区域大小、面板厚度及配筋等因素对高聚物注浆修复面板脱空堤坝探地雷达波场特征的影响。结果表明:随着激励源中心频率增大,探地雷达剖面图分辨率逐渐增加;随着脱空区域长度增加,探地雷达剖面图中产生的水平状界面反射波增长;随着脱空区域深度增加,探地雷达剖面图水平状反射线之间时间间隔逐渐增大;随着堤坝面板厚度增加,在面板脱空修复区域绕射波和衍射波幅值减小;探地雷达发射的电磁波遇到钢筋时将产生能量较强的绕射波,强绕射波将脱空区域上下分界面的反射波分割开,难以判断反射波的水平长度。根据高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达波场特征,能有效判断堤坝面板脱空区域的高聚物注浆修复效果,有助于解释实际堤坝面板高聚物注浆修复效果的探地雷达图像。

基于自适应KF的船载地波雷达目标跟踪方法

针对使用传统的卡尔曼滤波器进行多目标跟踪易发生状态估计不准确、航迹断裂的问题,提出了一种转换量测卡尔曼滤波增益自适应调整方法。结合船只目标的运动特性和历史船只航迹数据,采用线性最小二乘拟合提取出航迹参数的变化趋势。使用似然函数分别计算目标预测状态和量测状态与航迹的隶属度。利用预测状态和量测状态的隶属度值对滤波方式进行选择。利用仿真及实测船载地波雷达数据开展了目标跟踪实验,结果表明,使用该文方法能够得到平滑、持续的航迹输出,目标的跟踪距离远、跟踪精度高,优于现有的自适应滤波方法。

高水压高应力岩石应力波传播试验装置及初步试验

深部高水压岩体工程爆破开挖时,围岩体承受高水压、高地应力和爆破动载荷共同作用。由于缺乏具有高水压和高地应力功能的岩石动力学试验方法和试验系统,其理论研究远落后于工程实践。在分析简化深部高水压工程岩体受力的基础上,提出高水压高应力岩石应力波传播试验方法并研制出试验系统,该试验系统由高水压加载装置和改进的SHPB试验系统组成,高水压加载装置为岩石提供高静水压力,改进的SHPB试验系统提供轴向静应力和应力波动力源。高水压加载装置由密封腔、端盖、压盖、密封圈及水压泵组成,并实现了轴向和径向高压水密封等关键技术。通过高水压高应力岩石应力波传播试验,验证了高水压高应力岩石应力波传播试验系统的可行性,得到高水压岩石应力波传播衰减特性的初步研究结果。结果表明,高水压加载装置密封性能良好,能较好地模拟深部岩体工程中的高水压、高地应力和动载荷,高水压装置对弹性杆中的一维应力波传播没有影响,可以开展岩石应力波传播试验研究。对于损伤程度较小的岩石,水压的增大有助于提高岩石的波阻抗。当红砂岩承受的轴向静应力较小时,随着水压力的增加,岩石应力波传播速度和透射系数逐渐增加。

基于多模型神经网络的湿度廓线反演研究

为提升微波辐射计对大气廓线探测的精度,利用ARM大气观测站提供的地基微波辐射计、毫米波测云雷达以及探空数据,构建了两种添加不同云信息的反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)模型(添加入云和出云高度的C-BPNN模型与添加雷达反射率因子的Z-BPNN模型)与一种未添加云信息的BPNN模型(记为BPNN0),并对反演结果进行了对比,结果表明:C-BPNN模型和Z-BPNN模型在任何天气下(有云或无云),得到的反演误差都小于BPNN0模型;C-BPNN相较于另外两种模型反演结果具有更高的稳定性。对3种模型各自反演结果最好的个例分析发现,C-BPNN与Z-BPNN模型主要的误差存在于高空无云但是相对湿度却出现跃变的情况,说明神经网络模型对初始权值与阈值较为敏感,因此通过遗传算法(genetic algorithms,GA)对BPNN模型进行优化。经GA优化后的反演结果表明:BPNN0模型与C-BPNN模型具有明显优化效果,而Z-BPNN模型优化效果则不明显。

地铁曲线波磨地段振动特性影响因素分析

为研究地铁曲线波磨地段振动特性影响因素,建立车辆-轨道及轨道-隧道-大地模型,分析不同波磨波深、隧道埋深、轨道减振措施下隧道壁及地面的振动响应。结果表明:减小钢轨波磨波深或增加隧道埋深,隧道壁和地面的垂向最大加速度和加速度分频最大振级均有减小趋势;采取不同轨道减振措施时,浮置板的减振效果最佳;隧道埋深和轨道减振措施的改变,不会改变隧道壁和地面加速度峰值的频段区间及加速度分频最大振级的中心频率;振动在隧道壁传递到地面的过程中高频衰减较快。

基于广义S变换的高频地波雷达电离层杂波抑制方法

为了抑制电离层对高频地波雷达回波的干扰,文中提出了一种基于广义S变换(GST)的时频滤波方法,通过GST将受电离层污染的时域数据转换为时频域进行分析和处理,根据相邻时间窗信号和电离层杂波的相关性不同,依次将时间窗内数据构建Hankel矩阵,再进行子空间滤波,最终达到减轻电离层干扰的目的。通过与传统方法比较及实测数据处理分析,回波频谱中的电离层杂波抑制取得了较好的结果,进而验证了本方法在电离层杂波抑制中的可行性和有效性。

空间引力波星载望远镜测试与评估技术研究进展

在空间引力波探测任务中,星载望远镜承担太空超长干涉光路双向光束准直的重要作用。空间引力波探测对星载望远镜提出了pm级光程稳定性和低于10^(-10)级后向杂散光水平的极高要求。超高水平指标要求超过了当前测试技术的精度极限,因此,针对星载望远镜发展测试与评估技术并开展系统超高精度测试是空间引力波探测计划成功的重要前提。本文在概述国内外在研的空间引力波探测星载望远镜研制情况的基础上,重点围绕星载望远镜的核心技术指标——光程稳定性和后向杂散光,介绍了在研望远镜的测试技术发展现状和已经取得的部分测试成果,以及各研究单位进一步的测试计划,为我国的空间引力波探测的星载望远镜测试与评估技术发展提供参考。

等离子体哨声波性质的实验研究

哨声波是地球内磁层中常见的一种等离子体波动,其不仅可以加速电子到相对论能量,还可散射电子沉降到大气层形成弥散极光.哨声波是一支右旋偏振波,在空间等离子体中其等相位面通常被认为是一个平面.近年来,地面等离子体实验正在成为研究哨声波激发和传播的一种重要手段.本文在中国科学技术大学线性磁化等离子体装置(KLMP)上开展了磁环天线激发波动的实验,并利用3D磁探针测量了波动磁场的演化信息.测量结果发现,磁环天线激发了一种等相位面为螺旋状的右旋偏振波动,根据天线设置的不同,螺旋波模数分别为m=0和m=1.通过计算波动的波长和频率,确定这种螺旋波满足哨声波的色散关系,为进一步在等离子体实验装置中研究哨声波打下了基础.

近断层主余震考虑斜入射下的重力坝响应分析

一次大的地震中一般存在主震和余震,当震源距离地面较近时,近断层主余震序列通常以某一角度斜入射至地基,因此只考虑地震波垂直入射的情况是不适合的,有必要考虑地震波在多个角度下斜入射的情况。选取3条近断层实测主余震序列,推导地震动P波斜入射界面等效节点力公式,并验证其可行性;以Koyna大坝为研究对象,研究了单个主震和主余震序列2种工况下入射角在0°~90°之间时的大坝地震响应,以位移、损伤指数、损伤耗散能3个指标对震后坝体破坏进行了分析,建立了局部损伤指数量化分析损伤程度。研究表明:近断层单个主震和主余震2种工况入射角在15°~75°之间时,大坝地震响应均大于垂直入射情况;在多种性能指标下,主余震序列下的地震响应均大于单个主震。

换流变压器铁心夹件接地电流谐波特性分析

为了解决仅依据接地电流的全电流值无法准确有效判断换流变压器的检修状态问题,以及更深入探究换流变压器铁心、夹件接地电流的特性,采用汉宁窗插值快速傅里叶变换算法对采样信号进行谐波分析,得到接地电流基波和2~50次谐波的幅值及含有率。对比分析基波与全电流的变化趋势,以及不同时刻接地电流的全电流、基波、谐波数据,得到谐波幅值变化幅度,进一步揭示换流变压器铁心、夹件接地电流值过大和跳动的问题,为判断换流变压器铁心、夹件接地电流状态与变压器运行状况提供新的思路。

浅层地震反射波法及地质雷达法在地下防空洞探测的应用研究

由于早期人防工程相关资料的缺失,形成若干盲区。本文采用浅层地震反射波法及地质雷达法对浙江宁波地区的地下防空洞盲区进行定位探测,分析其满水和抽水后状态下进行无损检测的可行性。结果表明,结合两种方法的应用可基本实现对防空洞埋深定位探测,抽干水后状态下的反射信号更为清晰。在现场勘测应用时,应减少环境干扰,优选测试分析参数并验证结果。

P波入射下饱和冻土自由场地地震地面运动分析

地震波的放大或衰减受场地条件的影响,因而选择符合实际情况的场地模型来分析地震地面运动极为重要。为了研究西部高寒地区冻土场地的地震地面运动特征,基于弹性波在单相弹性介质与冻结饱和多孔介质中的传播理论,建立了P波入射下基岩上覆饱和冻土自由场地模型,求得了平面P波入射情况下基岩上覆饱和冻土自由场地地震地面运动的解析解答。通过数值计算,分析了平面P波在不同入射角度下,入射频率、孔隙率、介质温度、胶结参数和接触参数等物理力学参数对饱和冻土自由场地地震地面运动的影响规律。分析结果表明:平面P波的入射频率对基岩上覆饱和冻土自由场地地表位移有显著影响。基岩上覆饱和冻土自由场地的水平位移随着平面P波入射频率增大而减小,竖向位移随入射频率增大而增大;孔隙率的增大也会导致饱和冻土自由场地水平位移增大,但其增幅随着平面P波入射角度的增加先增大后减小,竖向位移也增大,但增幅随入射角度增加逐渐减小;冻土场地中介质温度的降低会导致饱和冻土自由场地的水平位移和竖向位移减小。这表明冰相对于冻土场地中地震波传播具有重要影响;此外,泊松比也会对自由场地的位移产生一定影响,水平位移随泊松比增大而减小,增幅随平面P波入射角度增加先增大后减小。随着泊松比增大,饱和冻土自由场地的竖向位移显著增大,增幅随平面P波入射角度增加逐渐减小;接触参数的增加会导致自由场地的水平位移增大,增幅先增大后逐渐减小。同时,地表竖向位移也会增大,但增幅逐渐减小。

基于双端行波频率变化特性的中低速磁浮交通供电轨故障定位方法

中低速磁浮供电轨供电过程中容易发生直流接地故障,由于其供电距离较短、接地网结构复杂,发生直流接地故障后不易准确定位故障点。为此针对以上问题,根据列车运行过程中车体与轨道无接触的特点,建立中低速磁浮牵引供电系统,分析双端故障测距与单端故障测距的优缺点,研究供电轨发生接地故障后故障行波时域分布与频域分布的关系;并通过计算式计算分析行波频谱的产生机理,得出故障行波的频率分布不受车站内阻抗、过渡电阻的影响,只与故障点位置和故障行波到达线路两端的时间相关;基于此,提出基于双端频率变化特性的中低速磁浮交通供电轨故障定位方法,根据故障行波频率特性与行波速度计算故障点位置。并且通过仿真验证,该方法不受故障点位置、过渡电阻大小影响,且适用于单处接地故障、多处接地故障类型,故障误差始终保持在1%以内,相比传统的直流牵引供电系统故障定位方法,测量精度更高,适用于中低速磁浮交通供电轨接地故障。

基于探地雷达技术的混凝土构件腐蚀检测方法

针对地铁隧道管片壁后因工作环境造成腐蚀而严重威胁隧道服役安全的问题,开展混凝土和盾构管片构件壁后腐蚀病害检测方法的研究。根据混凝土腐蚀的探地雷达(GPR)检测原理,分别对普通混凝土和盾构管片的壁后腐蚀进行仿真研究,分析电磁波在混凝土腐蚀情况下的传播特性;提出混凝土腐蚀雷达检测的具体方法,基于界面反射时间计算混凝土厚度,进而计算混凝土腐蚀层厚度,评估混凝土腐蚀状况;对混凝土平台和盾构管片构件进行探测试验。结果表明,探地雷达法可以有效实现混凝土和盾构管片壁后腐蚀状况的检测。

天线外场测试中地面反射的影响分析

低频天线外场测试时往往很难彻底消除地面反射的影响,而地面反射波对直达波的矢量叠加导致待测天线口面上场强分布不均匀,引入较大的测试误差。为消除或减小误差,本文通过建立地面反射模型分析了收发天线高度、收发天线水平距离及地面反射特性对待测天线口面上的反射波或合成场的影响,推导了合成场分布、最佳发射天线高度等计算公式。利用该模型基于实测数据拟合得到地面反射系数幅度和相位,从而得到优化后的测试天线布局。本文基于该模型对外场测试天线高度进行优化后,待测天线口面垂直方向上场强幅度最大值与最小值比值由5.4 dB降到1 dB以内,证明了该分析方法的有效性。该方法可用于低频大口径天线的外场测试方案设计及试验验证工作。

空间效应下超长型钢混凝土结构地震响应研究

超长结构空间效应下的地震响应分析是当前抗震研究的热点之一,空间效应对尺寸较小的建筑影响不大,但对平面投影尺度很大的结构地震响应的影响不可忽略。在传统三角级数法合成人工一维地震的基础上采用了三维相干函数矩阵,通过选取合适的模型及相应参数合成考虑空间效应的人工三向地震动。采用了4条自然波及2条人工波对超长型钢混凝土结构进行抗震计算。结果表明:超长结构不适宜仅采用振型分解反应谱法进行地震计算,还需采用地震时程分析法补充计算;与一致激励相比,行波效应会促使构件内力响应两极分化,既能减小整体内力响应,又能增大部分峰值内力,其效果不仅与视波速有关还与激励方向有关,低视波速和长边激励时行波效应加强;与单向激励相比,双向激励下的行波效应影响更复杂,既能改变构件内力响应和主、次动力响应的变化趋势,也能改变不利构件的分布位置;相干效应与行波效应叠加时,会进一步改变构件动力和内力响应。高视波速下相干效应为主导,底层构件内力响应增大。低视波速下行波效应为主导,地震响应呈现两极分化;不利构件的分布不仅与建筑的开洞、设缝及楼层刚度变化等因素有关,还与地震激励方向有关,不利构件沿激励方向有规律地延伸分布。

探地雷达法在水工隧洞衬砌隐蔽缺陷检测中的应用

水工隧洞衬砌施工过程中易产生隐蔽性缺陷,危害隧洞的安全稳定运行,因此同步开展检测对保证施工质量具有重要作用。探地雷达法属于当前较为先进的混凝土质量原位检测技术,根据该方法基础原理和数据采集及处理方法,以新疆某水利枢纽为例分析研究该方法在中孔溢洪洞衬砌质量检测中的具体应用,结果表明,探地雷达法可通过研究电磁波在衬砌结构体内传播特征对隐蔽性缺陷进行无损、经济、高效检测,可为指导后续处理方案设计提供科学的数据服务和决策支持。

探地雷达介质谐振天线的原理研究

为了增加探地雷达的探测深度,提高探地雷达增益,本文从物理学中周期性力作用下的阻尼振动的角度出发,推导周期信号作用下电磁波在介质谐振天线中的谐振过程,阐述了天线的基本工作原理,并对其谐振放大作用进行了仿真.研究发现,在周期信号作用下,天线谐振腔内的信号通过谐振形成驻波实现能量增强,证明了以时间换取能量是可行的.这种谐振放大作用使天线具有更高的辐射功率,对解决探地雷达的探深问题具有重要意义.