面向6G的高速太赫兹无线通信系统与关键技术验证

太赫兹通信以其可提供更高速、更大容量和更安全的数据传输的独特优势,在未来6G中成为重要的关键技术之一。基于固态电子的太赫兹通信系统存在带宽受限、频谱响应不平坦等问题,需要先进的信号形式结合灵活高效的处理方法来提升系统性能。搭建了基于固态电子的G波段太赫兹无线通信系统,通过采用比特-功率加载的离散多音(Bit and Power Loading-Discrete Multitone, BPL-DM)调制技术,实现了对系统频谱资源的有效利用;通过对通信速率的灵活调整、自适应削波和基于三阶多项式的后均衡技术,解决了峰值功率约束带来的挑战,提升了整体传输性能,实现了在195 GHz中心频率下,单通道130 Gbit/s的通信线路速率。基于以上技术,为进一步提升系统容量,搭建了4×4的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)太赫兹通信系统,总线路速率超过399 Gbit/s。

一种具有1~128倍可变增益放大器的低功耗Sigma⁃Delta ADC

为满足传感器应用的低功耗需求,设计并实现了一种低功耗Sigma⁃Delta模数转换器(ADC)芯片。该ADC采用一阶全差分开关电容Sigma⁃Delta调制器,且集成了可编程增益放大器(PGA)和Bandgap;使用1.5 bit量化结构,相较于1 bit量化结构减小了3 dB的量化误差;使用优化的反馈电路,减小了电容失配引入的误差;PGA采用轨到轨的运放电路拓扑,增大了整个芯片的电压适应范围。基于180 nm CMOS工艺对该ADC进行了设计和流片。测试结果表明:该Sigma⁃Delta ADC在采样频率512 kHz、过采样率(OSR)为256时,峰值信噪谐波失真比(SNDR)和有效位数(ENOB)分别为75.29 dB和12.21 bit,芯片功耗仅为0.92 mW。芯片能在2.3~5.5 V宽电源电压范围内正常工作,可实现最大128 V/V的增益。适用于小型传感器的信号测量应用,可以满足小型传感器低功耗、高精度的需求。

某型机载远程接口单元上电启动高故障率问题分析

远程接口单元(RIU)是航空电子系统的重要组成部分,在机载机电管理系统(UMS)中发挥着非常重要的作用。某型远程接口单元自使用以来,发生过多次上电启动时故障,严重影响飞机的出勤率和再次出动率。文中依据某型远程接口单元的故障现象和工作原理,以离散量输出接口上电BIT检测故障为顶层事件开展故障树分析,通过对故障树底层事件的逐条分析、测试,最终确定引起故障的原因;并根据故障机理制定相应的解决措施,开展相关验证工作。

通信感知一体化波形性能分析

为了缓解未来移动通信系统中海量通信设备接入网络导致通信频段与雷达频段的相互交叠,同时进一步提高系统频谱效率与降低硬件成本,通信感知一体化成为未来综合电子信息系统的发展趋势。旨在对下一代通信感知一体化潜在波形进行深入分析,着重探讨其通信和感知性能,通过仿真分析不同波形的模糊函数、峰值旁瓣比、误码率和峰均比等性能指标,为未来的感知应用场景提供理论基础和探索方向。

改进的OFDM雷达通信一体化信号峰均比抑制方法

正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)信号是雷达通信一体化系统常用的发射波形之一,但是其峰均比较高,影响发射机的工作效率。传统的限幅法虽然可以降低系统OFDM信号的峰均比(peak-to-average power ratio,PAPR),但会造成误码率(bit error rate,BER)增大和带外频谱泄露的问题。对传统的限幅法进行改进,将高于门限的信号进行抑制,通过迭代滤波消除带外信号弥散造成的频谱效率下降的问题。将改进峰均比抑制方法与传统峰均比抑制方法进行比较,验证了所提方法的低峰均比性能、误码率性能和模糊函数性能。仿真实验表明,所提方法通过合理设置限幅门限和选择迭代滤波次数,可以有效降低OFDM信号的PAPR,并且对雷达探测性能和通信性能影响较小。

低功耗高性能可重构智能超表面系统

呈现了一种基于CMOS开关的单比特双极化可重构智能超表面系统。该超表面单元只需两个CMOS开关器件即可实现双极化的控制;超表面单元采用总分总的控制结构,在保证极化隔离度的情况下实现双极化同控;通过引入双层拉远交直流隔离技术,有效地解决了交直流之间的串扰问题,配合一体分离的控制方案,可以将偏压控制点放置在辐射单元的任意位置;通过在单元周围加载基片集成腔体以及在腔体中加载短路抑制柱的方式有效抑制了表面波,极大地提升了扫描角度。仿真结果表明,超表面单元的相位差在26~28 GHz的范围内都能保持180±35度的相差,开和关状态的平均插损在1 d B以内;暗室测试结果表明超表面系统在±60°的扫描范围内均工作良好,波束形态清晰,旁瓣低于15 d B;外场测试结果显示该系统能够提升盲区增益25 d B以上,使系统流量达到满流。

定向双齿结构对PDC钻头破岩效率及侧向力的影响

针对钻头在软硬夹层中钻进时,由于PDC钻头破岩效率低以及侧向力激增引发钻柱横向振动和涡动,导致钻头过早失效的问题,设计了一种具有定向双齿结构的PDC钻头,并通过双齿切削有限元模拟,研究了不同布齿参数的定向双齿结构对破岩效率和局部侧向力平衡的影响。结果表明:定向双齿结构能够有效提高破岩效率,双齿间距对机械比功的影响较小,相比单齿切削机械比功减小约5.60%~6.50%;双齿夹角能够显著影响机械比功,当双齿夹角为160°时,相比单齿切削,机械比功减小约96.36%~113.82%;相同侧转角情况下,双齿夹角布齿的侧向力比单齿切削减小约33.40%~74.20%,能够有效提高钻头在过渡地层和定向钻井时的局部侧向力平衡,从而提高钻头整体力平衡效果。该研究可为PDC钻头布齿优化设计提供参考和依据。

基于不完美CSI的水声自适应功率分配算法

水声信道面临带宽资源有限、环境复杂的问题,为提高水下通信速率,基于水声传感器网络的海洋应用提出自适应通信的需求。传统基于简单信噪比指标的自适应资源分配算法无法准确表述衰落信道的统计特征,利用强化学习和卷积神经网络预测信道的方法虽然可以提高一定信道状态信息(channel state information,CSI)的准确性,但这种方法需要长期的观测和大量的训练样本,不符合水声环境的实际情况。对比,构建了一种中继放大转发协作正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)通信的模型,解决了由于节点漂浮导致直接通信传输效率变低的问题,并提出一种在时延反馈CSI中基于OFDM的自适应功率比特分配算法,利用条件概率表征不完美的CSI,调整自适应通信参数,进行遍历容量最大化建模。仿真结果表明,该算法实现功率和比特的联合自适应分配,平均传输速率指标优于直接反馈CSI的功率分配算法,虽然略低于采用马尔可夫链预测信道的方法,但结合算法复杂度来看,所提算法更简单,更适合能量有限的水声传感器网络。

正安页岩气水平井优快钻井难点与对策

在正安区域地层特征及已钻井情况分析基础上,阐述了该地区水平井优快钻井技术难题,通过个性化高效PDC钻头、高扭长寿命动力钻具、钻井参数优化技术、减摩降扭工具、近钻头地质导向技术及治漏防塌钻井液技术的研究与优化,提出了针对性的解决方案。通过相关技术的应用,有望进步一提高该区水平井机械钻速、缩短钻井周期,实现优快钻井。

西门子T2000系统重要信号质量位分析研究

核电机组数字化仪控系统(DCS)质量位变化会影响机组运行状态,甚至可能导致停机停堆,对核电站的安全性、稳定性和经济性有着重要影响,有必要对DCS设备的质量位逻辑进行故障风险分析。依托某核电站最小化DCS平台,开展了西门子T2000系统重要信号质量位分析研究。通过强制接口模块输入信号的数值和插入卡件失效事件,改变信号质量位,研究接口模块在发生质量位事件时对后续输出的影响,并提出了质量位使用准则。

非理想水声信道下微弱信号分布式量化检测

分布式水声无线探测网是实现远程水下目标探测的有效途径,而其中的首要任务是进行水下分布式检测。针对水声传输传播时延大、可用带宽窄,无法实现水声阵列采集原始数据实时传输的限制,以及现有分布式量化检测方法在低信噪比下性能不佳的问题,提出了非理想信道下基于局部最大势检验的多比特量化检测方法。首先,结合水声信道衰落特性与编码信道传输差错特点,建立了非理想信道下水下无线传感网络弱信号检测模型,并将其转化为渐近单边假设检验问题;其次,推导了基于多比特量化的局部最大势检测方法,并对该方法的虚警概率和检测概率进行了理论分析;然后,构造了非理想信道下基于局部最大势检验的多比特量化阈值优化问题,分析了量化带来的检测性能损失;最后,通过仿真实验验证了所提方法及相关理论分析的有效性。

干扰背景下OFDM系统自适应功率分配优化

OFDM自适应分配结合了自适应调制技术和自适应分配算法,自适应分配算法根据获取的信道状态信息为每个子载波分配比特数和功率,自适应调制根据自适应算法提供的比特数和功率参数,对子信道配置选择相应的调制方式,以实现子载波的比特和功率的分配,从而提升系统的性能。文章采用常见的几种自适应比特功率算法解决OFDM资源分配问题,分析和比较了这几种算法。数值结果表明Fischer算法比Hughes-Hartogs算法更容易影响系统信道容量,并且该算法计算复杂度相对低,易于实现。在相同的SNR下,采用Fischer算法解决比特功率分配问题,信道容量受干扰环境影响明显。

长螺旋扩底压灌桩臂式扩底钻头开发研究

臂式扩底钻头是长螺旋臂式钻扩底压灌桩施工装备中的核心设备,对成桩质量和施工效率起到关键作用。根据长螺旋扩底桩的工艺原理、适用场地和承载要求等因素,对扩底钻头结构进行整体设计,并对长螺旋扩底桩扩底钻头的扩孔爪头施工中受自重、扭转、土压等工况下的局部静强度进行分析,推导出扩孔直径液压推杆伸长量与扩孔直径的关系和扩孔直径计算公式。可为扩底桩设备的设计和施工提供借鉴。

兴化湾波浪发电技术路线研究分析

介绍了目前福建兴化湾海域的相关特点,接着阐述了波浪能的相关技术路线,分析了各个技术路线特点,最终结合波浪能现有的技术特点和兴化湾海域的相关情况,阐述了直驱式更加适用于莆田兴化湾海域。根据目前直驱式波浪能发电的相关技术方案,指出了兴化湾波浪发电示范工程需解决的技术和工程应用问题,对于促进波浪能在应用工程示范落地具有重大意义。

∅244.5 mm套管一趟管柱钻灰塞工艺技术

为了解决冀东油田大修动力∅244.5 mm大套管钻灰塞施工成本高的问题,实现技术增效,开展了小修修井机提供动力利用螺杆钻具携带钻头一趟工序进行∅244.5 mm套管钻塞技术研究。采用外径172 mm螺杆马达携带外径214 mm钻头进行灰塞钻磨,通过向油套环空添加增黏剂,解决油套环形空间大返排灰屑困难问题;通过点焊方式解决钻具扭矩大,钻头易落井的技术难点;通过对施工工艺参数进行优化,对管柱组配进行了优选,形成了一套适用于∅244.5 mm大套管钻塞工艺。经南堡某井现场应用,解决了环空返排效率低的问题,取得了较好的应用效果。该技术节约了施工成本,降低了作业周期,为∅244.5 mm大套管小修一趟管柱钻灰塞方面提供技术支撑。

智能功率变送器在火电厂中的运用

智能功率变送器解决了以往变送器响应时间过长、抗干扰差,且不满足暂态的问题。发变组变送器安装运行后,通过采用高性能32位处理器平台的智能变送装置,提升了其抗干扰能力和暂态传变特性,且不受谐波影响,既可以满足发电机综合测量的要求,也可以精准连接电网与热工通过信号,从根本上解决了模拟式变送器出现的问题。本文主要从传统功率变送器运行中存在的故障及新型功率变送器的优点等介绍新型智能功率变送器,突出了智能功率变送器在运行中精准、稳定等特点。

月面深部钻进钻头及钻进规程的优选研究

我国“嫦娥”工程第三期已经实现对月球的探测及取样。针对进一步月球深部的可行性探索,本文基于月面深部钻进钻头及钻进规程的优选问题,设计正交试验。分析钻头类型和钻进规程参数对钻进效率和功耗的影响。试验结果表明,PDC钻头以高达3.98 mm/s的钻速及中等的钻进功耗远优于其他类型的钻头。从试验因素的影响程度、取心效果和排屑能力的角度研究钻进规程引起的钻进效率和功耗的变化,结合理论模型得出转速、钻压和泵量与钻速和功率之间的关系。针对试验结果初步优选出最佳钻头类型和钻进规程组合,为后续钻进试验提供技术支撑。

可见光通信的间隔多脉冲位置调制

根据室内可见光通信(VLC)的信道传输特性,建立了一种可见光通信系统的链路模型,提出了用于VLC系统的间隔多脉冲位置调制(IMPPM)方案。介绍了IMPPM方案的符号结构,并将该方案与VLC系统的另外两种调制方式,脉冲位置调制(PPM)和多脉冲位置调制(multi-PPM,MPPM)在带宽、功率需求,比特误差率(BER)等方面进行了比较。结果显示:MPPM和IMPPM在信源(M)为3,4,5bit时的带宽需求和功率需求取得了比较好的平衡。当BER达到10-3时,IMPPM接收的光功率比PPM低4dB,比MPPM低2dB;由于IMPPM中相邻两脉冲有时间间隔,所以,其BER性能要优于MPPM。IMPPM用于可见光通信时,其功率需求低于MPPM,抗多径及码间干扰的能力优于PPM和MPPM。

ADS-B接收机S模式关键算法研究及实现

分析了广播式自动相关监视(ADS-B)模式S接收机的数字信号处理算法,着重阐述了基于参考功率进行位和置信度检测、判定算法的原理。根据接收机的性能参数,提出了一种基于时域处理的置信度算法。该算法主要是利用通过对数字信号的功率幅度值进行对比,然后用一定规则分析对比结果,最终得到数据位的比特位和置信度的高低。文中还给出了置信度算法的可编程门阵列(FPGA)实现方案,采用Verilog HDL语言完成了其功能模块的设计,并进行了电路仿真、实验。实验结果表明,该算法设计合理,能够快速准确地实现ADS-B系统报头的比特位和置信度的检测及提取。

大气湍流对轨道角动量态复用系统通信性能的影响

通过数值仿真,以多个相位屏模拟大气湍流,研究大气湍流对轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)态复用通信系统质量的影响.改变大气湍流折射率结构常量C2n和传输距离z,分析其对OAM态复用系统归一化接收功率、误码率等的作用.研究结果表明当大气湍流强度增加和传输距离增长时,复用系统归一化接收功率下降、误码率增加.当C2n增大到5×10-13 m-2/3时,系统归一化接收功率下降到0.2以下,误码率增大到0.3以上;当传输距离增大到10 000m,系统归一化接收功率下降到0.3以下,误码率增大到0.35以上.同时,对比不同方位角指数l取值的两个OAM态复用系统受大气湍流的影响,发现:l取值越接近的系统,受大气湍流影响越大.在等同光学信噪比下大气湍流导致OAM态复用系统误码率性能降低2至3个数量级.该研究对OAM态复用系统的实用化具有积极的参考作用.