融合栅格与表面特征编码的轻量级点云分类网络

点云携带着丰富的三维特征,其分类问题一直是深度学习领域的热点。现有点云分类网络的精度已经较为理想,但参数量与计算量过于庞大,不利于实际场景下的部署。针对该问题,提出一种轻量级点云分类网络GridPoint。首先设计点云栅格化模块Gridding,根据点的坐标位置进行栅格区域划分;然后扩展坐标的高次项函数,对原始点云进行表面特征编码,增强对轮廓特征的表达;最后使用两次全局池化完成局部特征的提取与全局特征的聚合。使用经典点云数据集ModelNet40、ShapeNetCore与真实数据集ScanObjectNN进行分类与消融实验。实验结果表明,GridPoint的分类精度接近PointNet++等主流网络,差距在0.3%~2.3%之间;网络参数量与计算量分别为0.11 M与0.05 G,相较主流网络分别减少了81.7%和88.9%以上,在轻量化方面优势显著,具有良好的实用价值。

基于时域编码超表面脉内-脉间编码优化的雷达干扰方法

时域编码超表面是一项可以对电磁波进行时变调制的新技术,针对该技术的调控特性,该文提出了一种基于时域编码超表面脉内-脉间编码优化的雷达干扰方法。首先分别在快时间域和慢时间域建立优化模型,通过优化脉内-脉间相位编码,实现目标能量的搬移,形成距离-多普勒二维图上的欺骗干扰。然后通过遗传算法对该离散优化模型进行求解。另外,该文从超表面编码策略的角度分析了多种调控因素对干扰效果的影响,为实现欺骗干扰的最佳策略提供指导。

基于钛酸锶的动态调控编码超表面研究

提出一种基于温控材料钛酸锶(Strontiumtitanate,STO)的太赫兹频段编码超表面。当STO的温度达到300 K时,该温控超表面在频率0.94 THz点实现1-Bit编码功能;当STO温度升高到500 K时,该超表面在频率1.08 THz点也能实现1-Bit的编码功能。研究编码超表面阵列对太赫兹波的调控以及实现缩减雷达散射截面(RadarCrosssection,RCS)的功能。对比STO的编码超表面和金属编码超表面3D远场散射图,说明基于STO的太赫兹波调控可以显著提升编码超表面对太赫兹波调控的灵敏度。研究结果表明,基于STO的编码超表面为灵活调控太赫兹波提供了新的途径,在6G宽带通信、安检等方面具有巨大的应用潜力。

一种基于时间编码超表面的ISAR干扰方法

时间编码超表面具备对电磁波的调制能力,从而有效改变反射电磁波的特性,达到改变目标特性的目的。基于超表面的调控特性,设计了一种周期时间编码的逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)干扰方法。分析了时间编码超表面的相位调制机理,建立了时间编码序列模型,通过设计优化时间编码序列的相关参数,形成对雷达在距离向上的欺骗干扰。通过理论推导,分析了时间编码调制参数对假目标位置、幅度等的影响。仿真实验结果表明,该方法可以根据信号参数生成数量可控、位置可变的虚假目标,距离向干扰范围扩展至2倍以上,从而实现不同的干扰效果,在电子对抗等方面具有较高的应用价值。

基于遗传算法的太赫兹多功能可重构狄拉克半金属编码超表面

多功能可重构超表面能够满足对器件小型化、集成化、适用于多场景应用的需求,是近几年的研究热点之一.本文采用狄拉克半金属作为可控材料,提出了一种太赫兹多功能可重构编码超表面.首先设计了一种顶部由狄拉克半金属材料构成的“回”字形结构的三层太赫兹编码超表面单元,利用外加偏置电压动态调节狄拉克半金属介电常数,使超表面单元在1.95 THz处实现2 bit编码.然后基于设计的编码超表面单元结构,利用遗传算法对编码超表面的阵列排布进行逆向设计,从而实现波束赋形、涡旋波束产生及雷达散射截面缩减等功能.研究结果表明,针对波束赋形,在1.95 THz处可以实现俯仰角在40°范围内、方位角在360°范围内任意角度的单波束与多波束反射,并且多波束中的各个波束的俯仰角和方位角都可以单独调控,提高了对太赫兹波束调控的灵活性;针对涡旋波束,可以产生拓扑电荷数为l=±1,l=±2的单涡旋波束,并且可以实现俯仰角在30°范围内、方位角在360°范围内任意角度的单涡旋波束与多涡旋波束调控;此外,在1.72—2.51 THz范围内可以实现大于10 dB的雷达散射截面缩减.因此,提出的狄拉克半金属编码超表面可以实现多种功能,且性能优良,在通信网络、天线和雷达系统等领域具有一定的应用前景.

基于时空编码数字超表面的雷达散射截面积缩减及波达角估计方法

传统的波达角(DOA)估计方法的实现通常基于相控阵天线系统,而其高昂的硬件成本限制该技术在不同领域的应用和推广,此外相控阵天线普遍不具备隐身性能,其在工作频段内雷达散射截面积(RCS)普遍较高。为解决上述问题,该文在时空编码(STC)理论的基础上提出了一种基于超表面同时实现RCS缩减和DOA估计的方法,并利用一款毫米波超表面对算法进行了验证。实验结果表明,该方法实现的波达角估计误差在1°以内,同时RCS缩减大于10 dB,为DOA估计和RCS缩减功能的集成提供了全新的思路,具有高性能、低成本等特点。

受古铜币灵感设计的太赫兹多波束调控反射编码超表面

随着研究的不断深入,太赫兹器件在多个基础研究及工程应用领域的重要地位日益凸显,但是这些器件一般只能工作在单一频点且对圆极化较敏感。为了克服这一限制,从中国古代铜币中汲取灵感,设计了一种多频点的太赫兹编码超表面,该结构由单元“0”和单元“1”构成。通过相位编码构造的1-bit太赫兹超表面可以在x线极化波和圆极化波的入射下分别在3个频点实现不同的反射波束分裂功能,进一步通过改变1-bit编码超表面的半径,可以构建2-bit太赫兹编码超表面,实现波束偏转功能。利用幅度差异可以构造幅度编码超表面在x线极化波和圆极化波的入射下实现空间成像功能。所设计的超表面解决了仅利用相位或幅度编码进行太赫兹波前操纵的问题,克服了传统器件只能在单一频点工作和对圆极化波敏感的缺陷,为太赫兹通信领域的应用提供巨大潜力。

动态调控的低RCS随机编码超表面阵列

【目的】针对雷达隐身问题,设计了一款具有动态散射特性的1-bit编码超表面阵列,该阵列可实现雷达散射截面(radar cross section,RCS)的宽带缩减。【方法】利用随机编码的方法,可快速得到多种超表面的编码序列,避免使用同一算法时因编码序列不同而产生的仿真误差。阵列由两种单元组成,每种单元的上层贴片均采用风车形状。通过控制PIN二极管的通断状态,实现单元“0”和“1”之间的相互转换。将两种单元进行非周期随机编码,使阵列的反射方向图呈漫散射状,有效降低了天线的RCS。【结果】仿真结果表明,在x极化波垂直入射的情况下,所设计的三种随机编码超表面在8.2~13.2 GHz(相对带宽为46.7%)频段内RCS缩减量大于8.0 dB,最大缩减量可以达到18.8 dB。【结论】本文提出的编码超表面阵列可有效实现RCS的缩减,在雷达隐身技术方面具有广泛的应用前景。

基于编码超表面的太赫兹宽频段雷达散射截面缩减的研究

本文设计了一种柔性,非定向低散射的1bit编码超表面,实现了太赫兹宽频带雷达散射截面的缩减.这种设计基于对"0"和"1"两种基本单元进行编码,其反射相位差在很宽的频段范围内接近180?,为一种非周期的排列方式,该电磁超表面使入射的电磁波发生漫反射,从而实现雷达散射截面的缩减.全波仿真结果表明,在垂直入射条件下,编码超表面的镜像反射率低于-10 d B的带宽频段范围为1.0—1.4 THz,该带宽内超表面相对同尺寸金属板可将雷达散射截面所减量达到10 d B以上,最大缩减量达到19 d B.把柔性编码表面弯曲在直径为4 mm的金属圆柱面上,雷达散射截面的所减量高于10 d B以上的带宽频段范围为0.9—1.2 THz,仍然可实现宽频带缩减特性.总之,编码超表面为调控太赫兹波提供一种新的途径,将在雷达隐身、成像、宽带通信等方面具有重要的意义.

编码超表面远场散射波束调控设计

针对编码超表面远场散射波束的调控,在对相互正交方向的序列进行设计的基础上,利用加法规则,可快速得到超表面的编码序列.加法规则的利用,可减少编码个数,降低设计难度,方便实现对超表面远场散射波束的设计.论文采用金属小棒结构作为超表面单元,进行了实例分析.结果表明,提出的编码序列设计方法,可以有效融合两个正交方向编码序列的散射特性,灵活调控超表面上半空间的散射场.研究方案在通信和雷达等领域具有广泛的应用前景.

基于二氧化钒的太赫兹双频多功能编码超表面

提出了一种基于二氧化钒且工作频段可切换的太赫兹编码超表面.该编码超表面由金属-二氧化钒复合层、聚酰亚胺介质层、金属反射层构成,主要通过对顶层双裂环谐振器和十字结构的参数进行设计,获得其所需的性能;而二氧化钒材料的引入,巧妙地使其可工作于双频点,进而实现不同功能的切换.仿真结果表明:当二氧化钒处于绝缘态时,在f1=0.34 THz的圆极化波垂直入射下,设计的编码超表面可以视为3-bit Pancharatnam-Berry相位编码超表面,通过对单元中双裂环谐振器设计卷积编码序列,使该编码超表面具有以特定角度出射拓扑荷数l=±1涡旋波束的功能;当二氧化钒处于金属态时,在f2=0.74 THz的正交线极化波垂直入射下,设计的编码超表面可以视为2-bit各向异性编码超表面,通过对单元中十字结构分别设计随机编码序列和棋盘格编码序列,使该编码超表面具有雷达散射截面缩减和波束分束的功能.其可为太赫兹电磁超材料多功能器件的设计提供一定的参考.

2比特激励编码超构表面的辐射与散射调控

超构表面(metasurface,MS)是当前电磁领域研究的热点和前沿,它能够有效调控电磁波.2比特数字编码MS由于不同形态单元个数的增加,增强了散射和辐射控制的灵活性,为更好的隐身效果、更宽的带宽以及多功能的实现提供了可能.文中将分形磁电偶极子天线结构和极化控制MS单元有机融合,先构建出激励MS单元,再通过结构变换和数字编码,提出了2比特可激励编码MS,并设计了拓扑结构.仿真和实验验证了辐射与散射调控的多功能特征.设计的2比特激励编码MS在天线雷达散射截面(radar cross section,RCS)减缩和未来无线通信系统领域具有潜在的应用价值.

表面矢量编码的查找表算法

针对体绘制计算中严重影响绘制速度的光照效果处理运算,提出了利用表面矢量编码为索引,构造光照效果计算查找表的规划方法.算法编码简单,数据运算中内存的开销小,运算速度快,实际应用效果良好.

基于VO_(2)的太赫兹各向异性编码超表面

设计了一种3层结构的太赫兹编码超表面,其顶部是嵌入VO_(2)的金属十字架结构,中间是聚酰亚胺,底部为纯金属.利用该编码超表面的各向异性特点,可以实现对正交极化波(x极化波和y极化波)的独立调控;通过在编码超表面中引入VO_(2)材料,改变其相变状态,可进一步增加调控的灵活性.对设计的超表面进行建模仿真和分析,结果表明:对于垂直入射的1 THz正交极化波,VO_(2)处于绝缘态时,设计的超表面可视为2 bit的各向异性编码超表面,产生模式为1和2的涡旋波;VO_(2)处于金属态时,设计的超表面可视为1 bit的各向异性编码超表面,产生对称的2束反射波和4束反射波.所提出的各向异性和相变材料结合的方法,实现了同一超表面上产生多种不同形式太赫兹波束的功能,一定程度上解决了超表面调控太赫兹波形式单一的问题,为实现能够灵活应用于多种场景的多功能编码超表面提供了参考.

基于二氧化钒的太赫兹编码超表面

由于受电子器件尺寸和加工技术的限制,在太赫兹波段很少有主动调控的编码超表面.为了提高太赫兹编码超表面的灵活性,本文选择相变材料二氧化钒进行主动调控.分析了二氧化钒相变前(绝缘态)和相变后(金属态)两种态对单元结构幅值和相位的影响,设计出一种能够主动调控的基于二氧化钒的1 bit太赫兹编码超表面,该结构由二氧化钒、聚酰亚胺和铝构成,不仅可以实现编码超表面调节电磁波波束的基本功能,而且对于同一编码序列还能通过温控二氧化钒在1.1 THz实现两种远场波束的切换,同样对于同一编码序列也能通过温控在1.1 THz实现两种近场聚焦焦点的切换.这种基于二氧化钒对相位的影响而设计的编码超表面为灵活调控太赫兹波提供一种新的途径,将在太赫兹传输、成像和通信等方面有着重大的应用前景.

X波段柔性编码超表面设计与RCS缩减研究

设计了一种柔性非定向低散射2 bit编码超表面。将4种具有不同反射相位的基本单元随机排列构成整个相位梯度超表面,其对入射电磁波形成无规则散射,实现RCS缩减特性。实验结果表明：在频点8.40 GHz处,编码超表面的垂直入射反射率为-13.5 dB,偏离法线-30°～30°范围RCS平均缩减为10.0 dB。进一步的研究结果表明,编码超表面弯曲在直径为7 cm的圆柱面上,RCS平均缩减可达7.8 dB。该超表面可实现曲面的RCS有效缩减。该柔性编码超表面在天线、电磁隐身等领域具有潜在的应用价值。

编码超构表面实现双波束独立可重构

近年来,有源超构表面因其对电磁波的灵活、动态调控而备受关注.本文设计并分析了一种有源可编程超构表面单元,并探讨了其在双波束、多波束独立可重构方面的应用.理论分析了如何实现对称双波束、非对称双波束电磁波辐射以及多波束独立可重构,并对所设计的编码超构表面进行仿真分析和实验验证.全波仿真结果表明,超构表面具有较好的辐射性能,主瓣辐射方向与理论计算结果一致.作为实验验证,我们加工了样品并在标准微波暗室中进行了测试.实验测试与仿真分析结果吻合良好,均表明该超构表面在微波频率能够对双波束进行独立的动态调控,且波束方向性较好.因而,这种可编程超构表面有望进一步实现多通道信息传输,并在无线通信系统中具有良好的应用前景.

基于编码超表面的双向太赫兹多波束调控器件

基于相变材料二氧化钒(VO_(2))和编码超表面技术设计了一种双向太赫兹多波束调控器件。在0.7THz下,通过给予器件热激励控制VO_(2)的相变状态,可使器件在反射和透射两种工作模式间切换。器件温度高于68℃(VO_(2)相变温度)时,VO_(2)相变为金属态,器件工作在反射模式下,对太赫兹波进行高效反射并将入射波分为多束能量近似、方向不同的波束。在常温下,VO_(2)为绝缘态,器件工作在透射模式,对太赫兹波进行高效透射。对反射和透射两个方向波束的动态调控使器件本身不再成为透射或反射波传输的阻碍。这种对太赫兹多波束的动态双向调控在太赫兹无线通信场景中非常有用。

基于双极化编码超表面生成的双模式轨道角动量

本文提出了一个超薄的4-bit双极化编码超表面,通过正交线极化波的独立操控来实现双模式涡旋波束的生成.提出的超表面从顶至下依次由“H”形的金属贴片、介质基板层和金属接地层组成.为了证明所提出的概念,设计并制造了一个编码超表面.制造的编码超表面,在正交线极化波的入射下被设计为携带不同拓扑荷的涡旋波束,工作中心频率为24.0 GHz.实验测试结果表明,理论设计与仿真结果吻合,从而证实了所提出的4-bit双极化编码超表面具有生成双模式涡旋波束的能力.这种超薄双模式涡旋生成器有着广泛的应用前景,特别是在图像和微波领域的无线通信系统中.

四叶草形超宽带漫散射编码超表面

该文提出了一种结构新颖的四叶草形编码超表面,并利用该超表面实现了超宽带漫散射。所提出的编码超表面具有旋转对称性,它对x极化和y极化波产生相似的反射特性。为了实现1比特编码超表面,该文设计了在15.5~40.5 GHz的频率范围内且相位差为180°±37°的两个超表面单元。采用优化算法得到阵列中单元的最佳排列,从而实现了宽带RCS的缩减。四叶草形编码超表面可以在15.5~26.5 GHz和30.5~40.5 GHz这两个频带内实现10 dB的RCS缩减。该文加工了该编码超表面并与仿真结果进行了比较,从而有效验证了所设计的四叶草形编码超表面可以在宽频带内实现RCS的缩减。