非完美信道状态信息下分布式智能反射面辅助安全通信研究

针对非完美信道状态信息(CSI)下分布式智能反射面(RIS)安全通信问题,该文构建基于基站波束成形、人工噪声(AN)和RISs相移的联合优化问题,并提出相对应优化方法和1维线性搜索的有效算法来求解所构建的非凸优化方程。仿真结果表明:相对于随机相位、无AN辅助的安全传输策略,所提方法在非完美CSI场景可取得更高的安全传输速率;在总反射单元数目固定情况下,分布单元数目越多,所提算法优越性越明显;进一步,所提算法具有更强的鲁棒性,即本策略能更好地适应信道不确定性。

新型可重构分布式天线与反射面:性能分析与原型验证

可重构分布式天线与反射面(Reconfigurable Distributed Antenna and Reflecting Surface, RDARS)作为一种新型的无线通信架构,可以为无线通信系统带来显著的性能增益。基于智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)可改变电磁特性,重构了无线传播环境,为系统引入“反射增益”的设计思想,将此设计理念融入分布式天线系统(Distributed Antenna System, DAS),提出了为DAS的射频远端单元(Remote Radio Unit, RRU)赋予反射功能的新型RDARS架构。利用控制电路,RDARS中的每个单元可灵活切换“反射态”与“连接态”。低功耗的“反射态”单元反射信号为无线网络引入“反射增益”,“连接态”单元发射或接收信号获得“分布式增益”。基站与RDARS的联合设计可适配不同的通信需求,实现性能与功耗之间的平衡并显著提升系统性能。通过理论分析、仿真与原型验证,结果验证了RDARS能显著提升系统性能,在未来6G无线通信系统中具有巨大应用前景。

可重构分布式天线和反射面辅助的集成传感和通信系统演绎

集成传感和通信系统(ISAC)是一种通过赋予无线通信传感能力来升级物理系统的解决方案,我们开发了一个可重构分布式天线和反射面(RDARS)辅助的集成传感和通信(ISAC)系统原型。该原型采用可编程元件,根据需求动态调整工作模式,优化信号传输和传感性能。用户定位功能可靠,且不会对通信速率造成影响。系统可应用于室内导航、智能交通等领域,并展示了在6G系统中的潜在应用,为未来需要同时进行通信和传感的应用提供了重要的技术支持和创新思路。

基于分布式智能反射面的物理层安全通信研究

智能反射面(IRS)能够实时调整无线传输环境提高通信效率,在后5G和6G研究中得到广泛关注。该文研究分布式IRSs安全速率最大化问题:考虑功率和恒模约束以及IRS链路之间的相关性,以最大化安全传输速率为目标,构建基站波束成形和IRSs相移参数联合优化问题。采用分式规划和流形优化算法求解构建的非凸优化方程。仿真结果表明,相较于传统算法,该文算法具有较高处理效率有效提高系统安全性,也进一步表明分布式部署IRS比集中部署安全性能更优。

引水钢岔管水压试验分布式应力测量

引水钢岔管的结构尺寸大、焊接工况复杂,且需要长期耐受6 MPa的水压,迫切需要一种分布式、高精度、高空间分辨率的应力测量技术,以便在水压试验中进行全方位的应力测量和结构健康评估。传统的点式应变片只能进行局部应力测量,且测量精度受制于防水措施、贴片工艺、温度变化等因素。为此,提出了一种基于光频域反射仪的引水钢岔管水压试验应力测量方法,采用沿焊缝布设的标准单模光纤作为传感器,测量空间分辨率达到5.8 cm,应力与水压力成线性关系并且沿焊缝存在0.2~0.6 m的周期性变化。月牙肋板焊缝的腰部应力最大,达到196.2 MPa;主锥环缝的应力在300 MPa附近;相贯线焊缝的应力呈180°对称分布,在腰线附近存在352.0 MPa的最大应力,顶部和底部基本不存在应力。

面向航天领域应用的分布式光纤传感技术研究(特邀)

基于光纤传感网络的测量技术具备多测点、快速测量、抗电磁干扰及本征安全等优势,在航空航天、电力和土木等领域有广泛的应用前景。回顾了航天领域光纤传感技术的应用进展,围绕飞行器应用的光纤传感关键技术,着重分析了光纤传感器设计与制备和分布式光纤调制解调技术,以集成高密度弱反射光纤光栅传感器的热防护材料为监测对象,搭建光频域反射系统,获取了单面加热情况下热防护材料毫米级空间分辨率温度分布信息,并给出了高空间分辨率分布式光纤传感系统在航天领域应用的发展建议。

单光路拉曼分布式光纤测温系统

针对常规拉曼分布式光纤测温系统中,拉曼Stokes和anti-Stokes散射光的走离效应导致位置校正困难,测温严重失真的问题,提出了基于单光路的拉曼分布式测温系统方案,建立散射光功率校正模型和温度标定算法,实现对被测光纤沿线温度的精确测量。根据拉曼散射光温度敏感原理,推导基于单路Stokes光及单路anti-Stokes光的温度解调公式。考虑到单光路温度解调严重受限于脉冲激光器和光电探测器稳定性的问题,设计温度标定单元并建立了信号光功率校正算法。搭建实验平台,对比分析传统双路、单路Stokes光及单路anti-Stokes光方案的测温性能。最后,讨论并总结基于单光路拉曼分布式光纤测温系统的优选方案。实验结果表明:在约12 km的光纤线路上,基于拉曼anti-Stokes光的方案的测温偏差为-0.3~2.2℃,均方根误差为1.0℃,空间分辨率为6 m,与传统方案相比性能更优。基于信号功率校正的单光路拉曼anti-Stokes光的分布式光纤测温系统灵敏度高,能完全规避传统双光路系统的走离校正问题,具备很高的实用价值。

基于分布式螺旋光缆的地震勘探水中接收试验

由于传统直光纤DAS存在侧向灵敏度较低的局限性,因此将分布式声波传感应用于地面地震勘探中接收射线方向几乎与光纤轴向垂直的地震反射信号的案例较少。螺旋缠绕光缆(HWC)可以增强分布式光纤对侧向的灵敏度,使DAS在地面地震勘探中推广应用成为可能。基于对光纤相对应变与缠绕角度和入射角关系的分析优选,并考虑目前分布式螺旋光缆生产工艺的难易程度和造价情况下,将一条部分段缠绕角度为30°,另一部分段缠绕角度为60°,总长2 km的分布式螺旋光缆布设在江苏某地震采集工区内的河中进行了HWC地面地震采集探索试验。经过对分布式螺旋光缆采集数据与附近地面布设的节点采集地震数据及不同缠绕角度光缆采集的单炮和剖面的对比分析,发现30°缠绕角度的分布式螺旋光缆能采集到地面地震反射波信号,而且有效波波组特征清晰连续。试验采取了水中接收的方式,试验结果为采用分布式螺旋光缆开展地震勘探提供了参考和依据。

基于时域曲线相关性鉴别的分布式光纤扰动定位算法研究

针对瑞利散射信号的随机性以及光纤衰减导致分布式光纤传感系统扰动定位困难、事件误报率高的问题,根据瑞利散射曲线的时域相关性,提出了基于滑动窗的相关系数的扰动事件校验与定位算法。该算法根据在发生扰动事件时相邻周期的光时域反射曲线、扰动点及后续位置相关性骤降的特征,在相邻两周期的光时域反射曲线末端设置数据窗并计算相关系数,设定相关系数的阈值校验有无扰动事件发生。若判别存在扰动事件,则向前滑动数据窗并计算相关系数,然后与定位阈值对比从而定位事件。文中搭建了分布式光纤振动传感系统,在25 km长的光纤范围内实现了±3 m的定位误差、±5 m的空间分辨率,系统响应时间仅为0.15 s。

分布式光纤测温技术的研究进展

拉曼光时域反射技术(R-OTDR)作为如今热点的分布式光纤传感技术之一,具有米级的空间分辨率,可用于精确测量数十公里的温度场,具有广泛的应用前景。该文将对R-OTDR技术的原理和系统结构进行分析,浅析R-OTDR技术的研究进展,介绍R-OTDR技术的工程运用,最后对R-OTDR技术进行总结和展望。

基于BP神经网络的长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法

为解决基于数字编码移相-积分测距系统中,因发送序列与本地序列之间的真实相位差非1 bit码长的整数倍而影响测量结果准确性这一问题,文中提出一种基于BP神经网络长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法。该算法根据BP神经网络判断1 bit内细分程度并与传统算法相结合实现动态测距。实验结果表明,基于BP神经网络长距离分布式光纤传感高空间分辨率定位算法的长距离定位精度平均相对误差从0.23降低到0.035,弥补了空间分辨率与准确率受数字码本身局限性的问题,为大规模基础设施的长距离、高精度实时监测提供了可能。

分布式光纤传感技术及其应用研究

分布式光纤传感技术作为一种新兴的传感技术,利用光纤作为传感介质,通过对光纤中传输光的光学特性的解调可在长距离的光纤沿线对探测特征量进行连续的分布式解调。文章主要研究了基于受激拉曼散射原理的分布式光纤温度传感仪和基于光学相位相干解调的分布式光纤振动传感仪的基本原理及不同实现技术的优缺点,对其在各领域的应用作了探讨。

分布式光纤测温系统在液化天然气储罐珍珠岩沉降监控中的应用

在液化天然气(LNG)接收站运营中,LNG储存在低温全包容混凝土储罐内,在储罐的内罐与外罐之间填充珍珠岩粉,从而达到保冷效果。但是在接收站长时间运行时,由于重力原因,珍珠岩粉的高度会下沉,如果下沉高度过多,珍珠岩粉的高度低于保冷设计高度时,外部热量过多地进入储罐,会产生大量的蒸发天然气(BOG)。BOG的实际产生率将高于设计产生率,将增加储罐压力,以及储罐的操作风险和运营成本。因此,安装一套分布式光纤测温系统(DTS)用于监控珍珠岩沉降,实时检测珍珠岩的高度,当珍珠岩的高度低于设计高度时,监控系统会报警,提醒操作人员填充珍珠岩。本文对DTS在LNG储罐珍珠岩沉降监控的应用进行了详细的阐述。

基于知识图谱的分布式光纤振动传感技术现状与发展分析

分布式光纤振动传感技术是基于光时域反射(OTDR)技术的一种传感技术,而基于相位敏感型的光时域反射技术(Φ-OTDR)系统具有灵敏度高、抗腐蚀、抗电磁干扰等特性,而且Φ-OTDR系统定位精度高、成本较低、数据处理相对简单、监控距离长。因此,基于Φ-OTDR的分布式光纤振动传感技术愈发受欢迎,在边界安防、管道监测、结构健康监测、地震波勘探等领域与整合,将其转化为简单、清晰的“实体、关系、实体”的三元组,最后聚合大量知识,从而实现知识的快速响应与推理。

嵌埋材料对分布式布拉格反射镜腔共振模式的影响

低维材料嵌入微腔已经广泛应用于纳米激光器和探测器等。为了实现增益材料和光学微腔之间的有效耦合,需要深入研究嵌埋材料对腔共振模式的影响。本文主要讨论了嵌埋材料的厚度、位置、腔层厚度以及分布式布拉格反射镜的对数对腔供着模式的影响。结果表明,腔共振模式随嵌埋材料位置的不同呈现周期性变化并且在λ/2光程周期内存在最大峰位移。最大峰位移随腔层厚度增加而减小,但与嵌埋材料的厚度成正比。分布式布拉格反射镜的对数不影响腔共振模式。这些结果为光学器件的设计和实验现象的分析提供了指导,并且可以应用于不同波长分布式布拉格反射腔结构。

带介质分布式Bragg反射镜结构高性能共振腔发光二极管的研究

采用等离子体增强化学气相沉积高低频交替生长法生长了SiO_2/Si_3N_4透明介质分布式:Bragg反射镜(DDBR),提出了对DDBR采用干、湿法并用的腐蚀方法.采用传输矩阵法理论分析了DDBR,得出了为满足出光增益要求的反射率和DDBR结构.使用光致发光(PL)谱仪测量分析了DDBR反射谱和光致发光谱,获得了使光致发光谱辐射增强的DDBR结构,在整个光致发光谱380-780 nm波段,整体辐射增强1.058倍,在谐振波长处辐射增强1.5倍,半峰全宽值由23 nm变窄为10.5nm,获得了很好的光谱纯度.利用最优DDBR结构制成了高性能共振腔发光二极管器件,与普通结构相比,实现了低开启电压1.78 V;在20 mA注入电流下,轴向光强提高了20%,光功率和光效分别提高了27.7%和26.8%,光功率衰减缓慢;在O-100 mA注入电流下,没有明显的下降趋势,表现出了良好的温度稳定性.

分布式光纤Bragg光栅波长校准方法

提出了一种利用标准参考光谱进行波长校准的方法。实验中利用由宽带光源和光纤可调谐滤波器组成的可调谐光源分别扫描了参考光谱和传感光栅的光谱。在参考通道,ITU标准参考模块的输出是具有固定波长的梳状光谱。利用高斯拟合算法计算出由标准参考透射谱峰值输出的对应的驱动电压,通过样条插值函数获得了滤波器输出波长与驱动电压的关系。计算光栅反射谱峰值对应的驱动电压,利用上面获得的滤波器输出波长与驱动电压的关系式可以计算出传感光栅的Bragg波长。实验结果表明,在较大的波长范围内实现了对多个传感光栅的波长校准,减小了由滤波器非线性输出造成的测量误差,具有较高的重复性。

基于反射内存网的分布式实时飞控仿真系统设计

提出了一种基于反射内存网的分布式实时飞行控制仿真系统;该系统采用xPC建立实时环境,通过反射内存卡组成实时网络,突破了传统xPC环境下一对一的主机-目标机模式;引入了分布式布局的思想,实现了一台主机对应多台目标机的仿真环境;通过构建外部模拟操作杆子系统和可视化显示子系统,实现了控制律响应效果的直观评价;实验结果表明,该系统通讯稳定,数据传输率和准确率较高,可视化效果好,实时性强,具有较强的开放性和可扩展性。

基于时域反射的分布式地表变形探测技术

地表变形探测技术对于提高地质灾害监测能力具有重要的现实意义。通过对现有地表变形测量技术和时域反射测量技术的分析,提出一种基于时域反射技术的分布式地表变形探测方法并设计了一种螺旋结构的时域反射测量电缆。这种电缆由平行线缠绕而成。通过理论分析和实验证明电缆可以将其局部拉伸变形转化为电缆的局部阻抗变化。通过观测时域反射测量仪反射波形的变化定位阻抗变化点从而探测地表变形点的位置。

基于分布式布拉格反射器结构的空间三结砷化镓太阳能电池抗辐照研究

根据电子辐照条件下的常规三结砷化镓太阳能电池光谱响应以及电池电流的损伤特征,确定电池衰减的物理机理:中电池在电子辐照后形成的辐照损伤缺陷,使得基区少子扩散长度被大幅缩短,影响了光生载流子的收集.针对中电池衰减的物理机理,设计不同的基区厚度,验证辐照后扩散长度缩短至1.5μm左右.为提升中电池抗辐照性能,消除辐照后扩散长度缩减带来的影响,对中电池外延结构进行设计,将中电池基区减薄至1.5μm,并在其下方嵌入分布式布拉格反射器,对特定波段光反射进行二次吸收,弥补中电池减薄的影响.通过TFCalc光学模系设计软件模拟出的中心波长为850 nm,15对Al_(0.9)Ga_(0.1)As/Al_(0.1)Ga_(0.9)As的分布式布拉格反射器,实际测试最高反射率大于97%,高反带宽94 nm,能够满足设计要求.此基础上进行了新结构电池的外延生长与辐照测试对比.实验结果表明:新结构太阳能电池辐照后短路电流衰减比原结构降低了50%,效率的剩余因子提升2.3%.