基于CF-PSPnet的主波束效应的校正研究

射电天文成像过程中,需要对观测得到的脏图进行反卷积操作得到“干净”的图像,而这图像中包含着主波束效应,未得到主波束效应校正的图像在偏离中心区域的地方会出现强度衰减的现象,而且距离中心越远,衰减现象越明显。传统的主波束校正方法虽然能够完成校正,但对于图像边缘区域尤其是微弱结构的细节恢复的不是很理想。因此,本文提出了CF-PSPnet的深度学习的模型,引入了注意力机制,多特征融合等操作,实现了对观测图像中不同级别特征的融合与提取,从而达到对主波束校正的需求。经本文实验后得出,CF-PSPnet解决了传统图像域校正方法中存在的缺点,有着不错的校正效果。下一代的射电天文望远镜有着更高灵敏度,动态范围与空间角分辨率,本文方法为其主波束效应校正提供了一种更具潜力的解决方案。

一种对任意线阵天线的主波束赋形方法

基于自适应天线阵理论 ,给出了一种用于任意线阵天线的主波束赋形算法。该方法通过迭代获得一组最优权值 ,用来减小加权赋形方向图和期望方向图在主波束上的差别 ,同时将旁瓣电平降低到期望值。一些算例充分说明了这种算法的有效性。该算法可以有效的控制主波束方向、宽度。

“神舟四号”飞船微波辐射计天线的主波束效率

参照反射面天线主波束效率估计的简易计算公式,对“神舟四号”(SZ-4)飞船辐射计天线的主波束效率进行了具体估算,给出了计算流程和计算结果.计算表明,该辐射计天线在6.6 GHz,19.35 GHz,23.8 GHz和37 GHz 4个频段上的波束效率分别为89％,91.24％,92.91％和94.87％,并经过了在轨飞行验证.

辐射计反射面天线面形精度对其主波束效率影响研究

以FY-3卫星微波成像仪天线为模型,对反射面天线面形精度对天线主波束效率的影响进行了分析。提出基于数值拟合法的公式,用GRASP软件半物理仿真结果,修正Ruze公式关于面形精度影响因子的表达式,实现了工程中天线主波束效率快速估算。该方法减小了Ruze公式中由于假设口径场等幅同相分布引起的计算误差,采用该方法后计算精度可控制在1%以内。最后针对多馈源共用反射面的辐射计天线提出了分区域分析面形精度的方法。

基于分割法的抛物面固面天线热变形抑制

为满足未来高分辨率微波遥感航天器对于大口径高形面精度的空间可展开天线的需求,提出了一种能有效降低偏馈固面天线在轨因热变形造成形面误差的新方法,即分割法。采用5 m口径的偏馈固面抛物面天线,分析了天线热变形对其电性能尤其是主波束效率的影响。对连续固面天线六点支撑下不同支撑位置对其热变形的影响进行了研究。在温差为200℃的均匀温度场下,分析了不同形状单胞的形面误差,随后确认采用正六边形作为分割单胞并对其形面误差与尺寸的关系进行了研究。研究了分割单胞的尺寸及排布方式对天线的形面误差及电性能的影响,并验证了分割单胞之间的缝隙对天线电性能的影响,最终确定分割方案。结果显示,分割后天线形面误差从500μm降低至5μm,主波束效率下降值从6.72%下降至1.77%。

基于Zernike拟合的三反射面天线赋形设计

多反射面天线系统受空间、位置和尺寸等因素的影响,其主反射面口面存在相位差,从而导致天线辐射性能下降,文章提出了一种利用Zernike多项式赋形多个反射面的方法,通过对副反射面赋形,在主反射面口面得到期望的幅度相位分布。该方法利用Zernike拟合来处理反射面间的光程差,并将主反射面作为固定面,根据几何光学法和光程条件,在Matlab中建立副反射镜初始模型,通过遗传算法优化Zernike系数调整光程差,对副反射镜面形进行优化设计,避免了复杂的微分计算。使用Grasp仿真软件对设计的三反射面天线系统进行了分析,计算表明,与未赋形的三反射面天线相比,赋形反射面天线系统主波束效率提升了10.67%,达到95%以上,验证了该赋形方法的可行性及对天线系统性能提升的有效性。

静止轨道微波辐射计多反射面天线容差测试

静止轨道微波辐射计天线由3个大口径反射面组成,天线在轨外热流复杂,反射面及其支撑结构因温度剧烈变化会发生大尺度变形,导致天线主波束效率下降,波束指向偏差。本文开展天线反射面单自由度容差分析,基于全自动多自由度载荷容差分析系统,获取反射面形位误差与主波束效率、波束指向之间的关系,并基于蒙特卡洛容差分析方法对各自由度容差值的正确性进行验证。最后采用近场测试系统测试天线容差状态下的主波束效率和波束指向,并将容差实测值与半物理仿真值和设计值进行比对分析,验证了容差分析的正确性。

模态波束双可重构OAM发生器的研究

针对圆环形阵列天线产生轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)涡旋波的技术,提出了宽带圆极化单臂螺旋天线(single-arm spiral antenna,SASA)构成的机械可重构圆环形阵列天线,并深入研究了OAM涡旋波的模态检测和收发情况.利用SASA的相位特性,调控各阵元绕自身轴线的旋转角度,可灵活控制OAM涡旋波的主波束辐射方向.该设计可实现OAM模态和涡旋波辐射方向双可重构调控特性,并根据SASA的旋转角方向实现左旋圆极化或右旋圆极化OAM涡旋波.实验加工并测试了该可重构圆环形OAM阵列天线,验证了该思想和方法的正确性和有效性.

基于有向元的圆柱阵列波束赋形

对共形圆柱阵列进行了波束赋形,在考虑阵元有向性的基础上,利用基于最小均方误差的自适应算法迭代得到一组最优权值,通过对阵元激励的幅度?相位进行加权调整,能够使阵列波束方向、主波束形状?副瓣电平达到给定要求。运用此方法得到共形圆柱阵列的平顶波束和余割平方波束方向图,效果较好,证明此方法对于共形阵列是有效的。

基于自适应理论的圆柱形阵列波束赋形算法

基于自适应天线阵理论,研究共形阵的赋形算法,给出一种用于圆柱形阵列天线三维方向图的波束赋形算法。该方法通过迭代获得一组最优阵元激励幅相加权值,可以同时控制阵列波束的方向、形状和副瓣电平。通过圆柱形阵列的仿真计算得到满足设计要求的三维平顶波束和余割波束方向图,证明这种算法的有效性。

多波束天线指向的校准

导出了生波束天线的数学模型,综合应用多学科技术制定了天线校准的技术方案并推导了坐标系转换参数的计算公式。实际结果证明,用电子经纬仪测量系统测量天线主面及计算的数据、用CAD模型拟合计算的坐标系转换参数和主面测量点误差,解决了多波束天线主波束指向的校准和大尺寸馈源系统的定位。

可重构智能表面辅助的通信信号处理技术

可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)通过在平面上集成大量低成本无源反射元件,实现对无线传输环境的智能配置,从而显著提高无线通信网络的性能。具体来讲,RIS上的不同反射元件可以通过控制振幅和/或相位来独立反射入射信号,从而协同实现三维波束赋形,实现信号的增强或减弱。与其他类似技术形成鲜明对比的是,RIS通过高度可控地智能信号反射主动修正无线传输信道,来增强期望信号功率,或减小信道干扰,为进一步提升无线通信网络的性能提供了全新优化自由度。此外,RIS重量轻、体积小,很容易在墙壁、天花板、建筑物表面等实现安装、移除,具有可重复利用性;RIS的硬件结构通常比小型有源基站和中继简单,因此易于进行低成本快速部署。最后,RIS是一种补充设备,将其部署在现有无线系统中不需要更改相应标准和硬件,仅需对通信协议进行必要修改。基于以上优势,RIS引起了广泛关注,工业界、学术界对其开展了大量研究工作,包括传输协议设计、系统容量分析、能量/频谱效率分析、物理层安全、调制/编码方案设计等。尽管优点众多,但实现RIS与现有无线通信系统的完美融合,依然面临诸多挑战。首先,在RIS辅助的无线通信系统中,基站和RIS的主被动联合优化波束赋形是保证系统性能的基础。RIS由于结构特殊,无法对入射信号进行处理,只能被动的反射入射信号,此外,RIS反射元件数量巨大,导致发射机主动波束成形和RIS被动反射设计的联合优化非常复杂、耗时。因此,RIS辅助的无线通信系统设计面临两大亟需解决的关键问题:(1)如何设计低复杂度优化方法以实现基站和RIS主被动波束赋形的联合设计;(2)在RIS辅助的无线通信系统中,如何设计合理的协作传输方案,以实现系统性能的最优化。本文针对以上问题,着重探讨了RIS辅助的无线通信系统低复杂度信号处理技术,从单RIS辅助无线通信场景扩展到多RIS辅助协作通信场景,探讨适合大规模RIS辅助系统的低复杂度设计方法,推动RIS在实际场景中的部署应用。

一种圆形天线阵列的波束赋形算法

基于自适应天线阵理论,给出一种用于圆形阵列天线方向图的波束赋形算法。该方法通过迭代获得一组最优权值,用来减小加权赋形方向图和期望方向图在主波束上的差别,同时将旁瓣电平降低到期望值。通过具体圆形阵列的算例说明了这种算法的有效性。

五频共用宽带微波辐射计天线喇叭设计

文章描述了海洋卫星微波辐射计6.6GHz^37GHz宽频段环加载波纹喇叭的设计思路和方法;利用模匹配法对波纹喇叭进行优化仿真,给出了设计和测试结果,解决了跨频段波纹喇叭方向图等化、高次模控制和驻波匹配等技术难点;研制的环加载波纹喇叭全频段交叉极化电平优于-25dB,驻波比优于1.2,辐射计天线主波束效率优于90%。

基于频域多目标测向的星载赋形天线调零算法

为了保证通信卫星在人为电磁干扰及复杂电磁环境下的正常工作,给出了一种用于星载赋形天线的频域多干扰目标测向及调零方法。该方法首先采用频域多目标测向算法实现多干扰源的方向估计;然后基于估计出的干扰源到达方向,采用带主波束保形的波束置零算法,以达到对主波束保形和多个干扰进行抑制的目的,较好地兼顾了调零深度与主波束保形效果这两个方面;最后分析了有多个干扰时该方法的性能。仿真结果和性能分析验证了该方法的有效性和可行性。

手征铁氧体的本构参数对偶极天线空间扫描特性的影响

应用广义谱域指数矩阵技术，研究了一种新型双各向异性手征铁氧体材料的本构参数对偶极天线远区场特性的影响，而这种复合介质是非互易手征和普通铁氧体材料的复合体。用数值方法重点分析了手征铁氧体的内部偏置磁场、手征和非工易参数的色散特性等物理量引起的偶极天线方向图变形和主波束方向偏转效应。

任意阵列方向图最佳化方法

提出了一种基于自适应建模技术的任意阵列方向图最佳化方法。可以对任意阵列的方向图进行最优化设计。可在最小化旁瓣级的同时对方向图的主波束进行约束。文中给出了对这种方法的理论分析和仿真研究结果。通过仿真研究的结果证明这种方法具有很强的适应性和稳定性,具有良好的应用前景。

一种双极化L波段微带阵列天线设计

本文介绍了一种双极化L波段微带阵列天线的设计思路和方法,该阵列单元采用H形缝隙耦合的双极化微带天线形式,阵列采用泰勒阵综合。对单元天线和阵列进行了优化设计,并制作了实物,给出了实测结果。研制的L波段阵列3d B波束宽度≤21.64°,在波束宽度内交叉极化电平≤29.76d B,两个极化的主波束效率≥95%。

卫星通信系统邻星干扰分析方法研究

针对多星组网频率复用卫星通信系统的邻星干扰问题,对一种卫星通信系统邻星干扰分析方法进行了研究。首先计算地面站能否同时接收到邻星信号,若无,则不存在邻星干扰,若有,则需分析干扰的影响。其次计算邻星是否在接收天线主波束范围内,若不是,可认为两星的极化方式对接收系统无影响;若是,考虑双星完全重叠的极限情况,分析最严重的邻星干扰,并给出了综合考虑天线、降雨、倾角、冰晶等因素导致的去极化效应的信噪比计算模型。该方法已成功用于我国某卫星星座通信系统设计并通过了在轨测试,误码率满足系统设计要求。研究可为我国其他多星组网频率复用卫星通信系统的研究和设计提供参考。

基于多目标遗传算法的星载天线干扰抑制算法

提出了一种基于多目标遗传算法的星载天线干扰抑制算法,该算法在射频端通过调节权系数进行输出功率判决从而实现波束形成。文中引入多目标优化问题Pareto最优解的概念,采用了无支配性排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)来搜索干扰调零权值的Pareto最优解集,充分发挥这种先进多目标遗传算法的高内在并行性、强鲁棒性以及能够不断优化最优解集的优势,较好地兼顾了星载天线干扰抑制时干扰抑制深度与主波束保形这一对矛盾问题。最后提出了归一化双目标函数加权选择最优调零权的方法从Pareto最优解集中选择一组符合决策者偏好的最优调零权。计算机仿真实验证明,文中所提出的算法具有较好的干扰抑制能力和主波束保形效果。