重频超宽带电磁脉冲对GPS导航接收机的效应研究

全球定位系统(GPS)在被广泛应用的同时,也容易受到外界的干扰,因此研究GPS导航接收机的可靠性具有重要意义。超宽带(UWB)电磁脉冲具有陡峭的上升沿和宽频谱,能够对GPS进行干扰,是一种新型导航干扰手段。通过分析重频超宽带电磁脉冲的能量谱线分布情况探究了其对GPS导航接收机的干扰机理,对重频UWB电磁脉冲对GPS接收机干扰效果与脉冲参数之间的关系进行了研究。结果表明:重频UWB电磁脉冲可以对导航接收机射频前端电路造成非线性干扰,降低接收机的捕获性能,提高脉冲场强或者重频可以增强干扰效果,甚至导致接收机失去捕获能力。

超宽带脉冲作用下抗干扰器件的特性分析

基于高重频超宽带脉冲,研究了高重频超宽带脉冲对自适应调零天线和PIN限幅器的抗干扰性能的影响。基于Matlab和ADS仿真软件搭建模型,并通过实验平台对ADS的仿真结果进行验证。实验结果表明:对于导航接收机中的自适应调零天线,超宽带干扰脉冲会使其射频链路产生饱和效应,从而使功率倒置算法失效,进而无法在干扰方向形成零陷;对于PIN限幅器,超宽带干扰脉冲可以使其产生明显的尖峰泄露效应。相较于ns量级的窄谱高功率微波脉冲,超宽带脉冲对限幅器的干扰能力更强。

基于冲击脉冲辐射天线的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统

为给超宽带电磁脉冲效应机理与防护技术的研究提供实验平台,研制了一种基于冲击脉冲辐射天线(impulse radiation antenna,IRA)的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统,辐射系统由差分脉冲高压源、锋化开关、IRA和介质透镜等部分构成。设计中,差分脉冲高压源由基于氢闸流管的脉冲源驱动副边中心抽头的脉冲变压器实现;设计的紧凑型锋化开关高度仅为1 cm,开关间隙为1 mm,可嵌入IRA天线馈电点,开关最高工作气压可达3 MPa;基于菲涅尔定理设计了介质透镜,以校正锋化开关和绝缘变压器油对IRA天线辐射中心的影响,改善了天线的辐射特性;辐射系统可通过改变锋化开关的气压和充电电压调节系统辐射功率。测试实验表明辐射系统的主要技术参数如下:在时域,在天线主轴距离口径面5.5 m处辐射电场脉冲上升沿约为330 ps,幅值约为±8 kV/m,远场有效电势最高可达44 kV,辐射功率可调;在频域,中心频率为400 MHz,基于能量范数比定义的信号频带为80 MHz~1GHz,信号带比约为12.5,百分比带宽为170.4%。辐射系统能够为开展超宽带电磁脉冲效应阈值规律及防护技术的研究提供一个辐射功率可调的试验平台。

基于CNN-Swin Transformer的分布式超宽带雷达人体动作识别

针对传统雷达人体动作识别方法中特征提取能力不足和上下文建模困难的问题,提出了一种结合卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)和Swin Transformer的网络模型,用于有效识别分布式脉冲超宽带雷达数据中的人体动作。通过多分支的CNN对多个雷达的多个谱图、雷达数据的幅度和相位等特征进行提取和融合,利用Swin Transformer模块的多层自注意力机制对生成的特征映射进行上下文建模,提取具有高级语义信息的特征。采用代尔夫特理工大学(Technische Universiteit Delft)公开的数据集进行5折交叉验证,结果表明所提方法能够有效识别9类连续人体动作,识别准确率达到98.2%。

超宽带导频序列与帧头检测算法设计

超宽带高速脉冲信号接收首先要完成信号捕获,根据超宽带通信标准,针对超宽带信号传播模型设计了超宽带信号的导频序列和帧头检测算法,并经过仿真分析,结果显示,在AWGN信道和室内多径信道条件下,信噪比大于-10 dB时,算法捕获成功率能达到99%以上。算法性能稳定,复杂度适中,可作为超宽带接收机逻辑开发的依据。

基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲对地面接收机干扰技术

随着抗干扰技术的不断发展和进步,以阻塞式和欺骗式干扰为代表的传统干扰技术面临挑战。为此,提出了一种基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲干扰技术,相比于传统干扰机,超宽带电磁脉冲干扰是一种新型电磁攻击体制。首先,理论推导了重频超宽带电磁脉冲的功率谱;其次,对分布式干扰技术可行性进行分析,并计算了基于低轨卫星平台的分布式干扰所需的发射功率;最后,开展了针对导航接收机低噪放的超宽带电磁脉冲效应实验,并利用STK(Satellite Tool Kit)设计了中低纬度下用于搭载超宽带电磁脉冲干扰机的低轨卫星星座布局。实验结果表明,UWB电磁脉冲可以使低噪声放大器出现暂时增益压缩现象,脉宽为0.7 ns的单脉冲可以使导航信号经过低噪声放大器后被压制近400 ns,重频形式下可以实现信号的完全压制。因此,基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲干扰体系可以有效增强干扰效果,有望实现目标区域的全覆盖。

无载波超宽带引信组合脉冲功率谱快速拟合方法

为满足无载波超宽带(UWB)引信高斯组合脉冲波形设计需求,该文提出一种基于正交化寻基(OBS)的快速功率谱拟合方法。根据脉冲形成因子的取值范围构造多个候选的高斯脉冲函数,在通过最大化互信息实现功率谱设计的基础上,以循环迭代的方法进行功率谱拟合,每次迭代都对候选高斯脉冲函数进行施密特正交化,并通过内积计算快速地找出尚未被选取的候选高斯脉冲函数中与残留幅度频谱最匹配的一个,最终,根据选定高斯脉冲函数与它们正交化函数之间的矩阵关系确定加权系数,从而得到组合波形,使得拟合出的功率谱与设计功率谱之间达到较好相似性。通过仿真,验证了该文所提方法的有效性,及其相对于粒子群迭代算法的高效性。

超宽带高功率脉冲对裸导线的耦合特性分析

针对裸露导线面临的电磁干扰问题,基于时域有限差分法(finite-difference time-domain,FDTD),利用CST模拟仿真了超宽带高功率脉冲(ultra-wide band high power pulse,UWBHPP)对裸露导线的耦合响应特性。首先,基于FDTD算法,对沿水平方向铺设的裸露导线进行建模;其次,计算了不同超宽带高功率脉冲垂直辐照离地10 cm的裸露导线时,不同长度裸露导线耦合信号的结果;最后,分别分析了裸露线缆耦合电压峰值及耦合电压上升沿与线缆长度的关系。仿真结果表明:裸露导线的耦合电压峰值先随线缆长度的增加而增加,最终趋于稳定;耦合电压的上升沿随线缆长度的增加也会趋于稳定;相近脉冲宽度、不同上升沿的UWBHPP信号对耦合信号影响较小,相近上升沿、不同脉冲宽度的UWBHPP信号对耦合信号影响较大。仿真结果可为线缆的电磁防护设计提供了参考。

一种有载频超宽带脉冲源设计

针对无载频脉冲低频分量大、辐射效率低、频带可调性差等问题,设计了一种以阶跃恢复二极管、D触发器及超宽带调制器为主的宽频带、高重复频率、低振铃水平的有载频超宽带脉冲源。该脉冲源电路由驱动电路、高速开关电路、整形电路、超宽带调制器及振荡器电路组成。实测结果表明,脉冲源输出脉冲信号重复频率可达125 MHz,脉冲宽度600 ps(底宽),脉冲振铃水平低于10%,峰-峰值为5.4 V,-10 dB带宽可达4.2 GHz。脉冲信号中心频率与载频相同,可在6.6~8.5 GHz之间灵活设置。利用所设计的脉冲源进行时域测量,其结果与矢量网络分析仪频域测量结果相比幅频特性均方根误差小于0.21 dB。该脉冲源可应用于超宽带时域测量、短距离高速无线通信、高精度室内定位等应用。

超宽带雷达实验系统中大功率纳秒级脉冲源的研制

分析了超宽带雷达试验系统对脉冲源信号的具体指标要求,提出超宽带雷达用脉冲源的指标规范。根据具体系统指标,选择全固态微波电路方案,研制出了系列的数千伏、纳秒级、超宽带雷达用脉冲源。基于微波PCB电路结构、利用雪崩三级管雪崩效应进行设计。为减小反射,提高脉冲波形指标,提出了新颖的欠电荷充电法。文中详细讲述了电路设计、重要电路结构以及投入超宽带雷达试验系统应用,目标探测试验相关结果。

抑制多窄带干扰的超宽带脉冲设计方法

提出了一种能够抑制多个窄带干扰的超宽带(UWB)脉冲设计方法.采用这种方法设计的UWB脉冲不仅具有非常短的脉冲持续时间,而且能够在满足联邦通信委员会(FCC)频谱限制的基础上,进一步抑制UWB系统与多个窄带通信系统之间的相互干扰,从而有效地解决了UWB系统与现有的窄带通信系统之间的共存问题.另外,此方法不需要在整个频段范围内降低UWB脉冲的功率谱密度,为提高UWB脉冲发射功率,增大UWB系统的通信距离,提供了一种可行的方案.

Chopping-peaking开关形成高功率超宽带双极脉冲的实验研究

设计研制了一种chopping peaking组合开关型高功率双极脉冲形成装置,通过调节两个开关的导通时刻来得到不同形状的双极脉冲。理想情况下,形成的双极脉冲电压峰 峰值等于入射脉冲峰值电压的2倍,实验中入射脉冲峰值电压为205kV的单极脉冲,获得了最大峰 峰电压为360kV的双极脉冲,是入射脉冲峰值电压的1.76倍。双极脉冲的持续时间可以改变,最大值为单极脉冲的脉宽。入射脉冲上升时间越小,得到的双极脉冲峰 峰电压就越大。

超宽带脉冲信号及对窄带通信系统的干扰分析

超宽带通信的优良特性使其成为继CDMA与蓝牙技术之后倍受人们重视的通信技术,但是其极宽的频谱分布对常规通信系统的干扰也成为人们担忧的问题。首先对UWB通信常用的几种高斯型极窄脉冲进行了时域与频域的分析,尽管几种波形都有极宽的频谱,但是功率谱分布规律却不相同,对频域中业已存在的常规通信系统构成干扰的程度也不相同。通过仿真分析表明,适当地选择极窄脉冲波形及相关信号参数可有效地降低这种干扰。

超宽带电磁脉冲对典型引信的耦合效应研究

为明晰超宽带电磁脉冲对典型无线电引信的干扰和损伤影响,应用时域有限积分法对典型无线电引信腔体耦合效应进行了数值模拟研究。以典型无线电引信腔体及其低频电路板实际结构为对象进行建模,仿真研究了超宽带电磁脉冲对该引信腔体的耦合特性,分析了引信高低频电路间连线过孔参数和脉冲参数对耦合效应的影响规律,研究了加装印刷电路板对耦合效应的影响。结果表明:与圆形和正方形孔缝相比,矩形孔缝的耦合系数受极化方向的影响显著;脉冲上升时间越小,耦合系数越大;加装印刷电路板后,腔体相同位置处耦合系数下降,谐振频率改变。

农资仓储脉冲超宽带室内定位系统设计与试验及误差分析

针对仓储环境下农资物品与自动导引运输车(automated guided vehicle,AGV)的定位精度低的问题,开发了适用于农资仓储环境下的脉冲超宽带技术(impulse radio-ultra wide band,IR-UWB)室内定位系统。采用双面双程测距(symmetric double sided-two way ranging,SDS-TWR)方法,建立了考虑时钟频偏等因素的到达时间(time of arrival,TOA)定位系统模型。研究表明定位系统计算所带来的误差主要来源于距离测算方法和节点位置计算方法 2方面,在这2方面提出了相应的解决办法,包括测距算法的选择,基站的布置等。最后,以DW1000射频芯片为硬件基础,设计了定位系统移动站和基站节点,并在农资仓库的环境中分别进行了静态测距试验、静态定位试验、以及动态定位试验。试验表明:静态测距精度优于50 mm,静态定位精度优于50 mm,动态定位试验精度优于85 mm。综合结果表明,该文搭建的系统可满足农资物品定位的实际应用要求,可为室内农资仓储环境下AGV的定位和导航提供参考。

短路-锐化开关组合形成超宽带双极脉冲实验分析

为深入单周期脉冲技术的研究介绍了采用短路-锐化组合开关产生双极脉冲的高功率超宽带双极脉冲产生技术,双极脉冲形成线产生的双极脉冲电压峰-峰理想值等于入射脉冲峰值电压的2倍。在讨论了双开关形成双极脉冲的原理后通过数值模拟分析了影响双极脉冲形成的一些主要因素;介绍了进行研究的实验装置以及双极脉冲形成线的结构;分析了短路开关、锐化开关以及形成线的长度对形成的双极脉冲的影响。得到的比较理想的实验结果为:当输入的单极脉冲的电压值为855.5kV时,双极脉冲负峰电压为841.0kV,正峰电压为585.8kV,公共沿为740ps,双极脉冲峰-峰值电压是入射脉冲峰值电压的1.67倍。

探地雷达超宽带高斯脉冲信号源的设计

脉冲源作为探地雷达的核心部件,其高功率和超宽频带可保证探测距离和探测分辨率,波形的光滑性与稳定性同时也影响着目标成像质量。选用雪崩三极管组成Marx电路输出单极性脉冲,采取措施优化波形中的不光滑部分,精确计算传输线延迟时间,信号反向叠加形成双极性脉冲,设计梳状PCB形式有利于脉冲源的小型化。测量结果表明:脉冲波形平滑对称,正负峰间脉宽为1.64ns,幅度为812V(50Ω负载),拖尾振荡低于总体幅值的10%,和仿真结果吻合较好,符合探地雷达的需求。

超宽带电磁脉冲辐射场测量技术研究

介绍了一种用于空间自由电磁脉冲测量的探测器，该探测器为阻抗渐变型ＴＥＭ喇叭结构。重点介绍了探测器灵敏度的测量方法，测试结果表明，在８０ＭＨｚ～２．２ＧＨｚ范围内，探测器灵敏度的频响起伏小于２０％，相位随频率线性变化，标定误差小于１２％。

一种超宽带脉冲信号发生器的设计

介绍一种利用并联阶跃恢复二极管(SRD)产生超宽带窄脉冲信号的微带结构电路,该电路可产生宽度为1ns、重复周期为100MHz的窄脉冲信号,其峰值电压达10.44V。文章分析讨论了电路原理与设计方法,并重点研究了偏置电路与匹配电路的设计问题。测量结果显示该电路所产生的脉冲信号具有良好的波形,并且脉冲拖尾的振荡起伏很小,是一种适合于超宽带通信系统的窄脉冲信号形成电路。

100MW重复频率超宽带脉冲辐射源的实验研究

介绍了利用充氮气自击穿开关产生双极脉冲，并通过同轴双锥天线辐射的实验研究。实验获得电压约±１００ｋＶ，脉冲宽度小于等于３．６ｎｓ，工作频率单次、１０Ｈｚ和１００Ｈｚ的双极脉冲；同轴双锥天线带宽１５０ＭＨｚ～１ＧＨｚ，峰值功率辐射效率达６５％。