Unifying eigen-mode MIMO transmission

Multiple-input multiple-output （MIMO） technique plays a key role in improving the spectrum and power efficiency in future mobile communication systems. Exploiting a unified MIMO transmission scheme that can adapt with various channel conditions is well motivated both in theory and practical applications. An eigen-mode based closed-loop MIMO transmission over frequency selective fading MIMO channels, which considers receive correlation, transmit correlation and line of sight （LOS） components, is investigated by maximizing the upper bound of channel capacity under the assumption that the channel is partially known at the transmitter and perfectly known at the receiver. Based on the eigen-mode transmission, several key techniques including linear precoding, stream selection, virtual spatial hopping and online capacity estimation are proposed, and a unified MIMO transmission scheme is established. Both computer simulation and field test results show that the proposed scheme can significantly improve the spectral efficiency and link reliability under various channel conditions.

构网型直驱风电机组间控制相互作用研究

构网型风电控制技术具有很好的弱电网适应性,可以有效避免风电并网次超同步振荡问题。但是虚拟同步控制引入固有的低频特征模式,接入强电网时会发生低频振荡,同时多台构网型风电机组并联运行时存在控制器相互作用。针对此问题,采用特征模式分析方法,研究了基于虚拟同步控制方法的构网型直驱风电机组并联运行时的控制相互作用及主导低频特征模式稳定性。揭示了虚拟惯量控制参数及系统运行方式对构网型风电机组并联运行低频振荡特性的影响。通过详细时域仿真验证了分析结果的正确性。

C波段连续波磁控管设计

本文介绍了一种C波段连续波磁控管的设计仿真,首先进行了谐振腔参数设计,通过CST仿真软件进行本征模分析,建立了高频结构模型模拟动态PIC仿真,再通过对比磁控管预起振时阳极电流的不同状态,反向分析阴极的不同发射条件对磁控管起振的影响。最后完成对磁控管制管测试工作,得到工作电压6.3 kV,工作频率5.8 GHz,输出功率1 kW,阳极电流0.3 A及效率52.9%的C波段连续波磁控管。

计及多模态分量的新能源电力系统节点频率分析方法

“双碳”背景下,大规模新能源接入电力系统,频率响应空间分布差异扩大,此时各节点频率响应中的非全局分量可能主导频率稳定问题,而对于此类问题的研究目前尚不充分。为此,基于频率响应模态分解思路,提出新能源电力系统节点频率响应量化分析方法。首先,用惯量-阻尼-调频系统统一结构近似各类型设备频率-有功传递函数。然后,基于二次特征值分析方法将各节点频率响应进行分解,获得共模频率与若干差模频率的表达式。进一步地,解析了各频率分量的最大偏移量、变化率等关键特征量,并类比总惯量与全局频率变化率间的对应关系,针对各节点各模态频率分量定义了节点模态惯量指标。所提频率分解方法与指标直观地展示了电力系统中各差模频率的节点分布差异。最后,仿真验证了所提频率分解方法和指标的有效性。

波动方程在界面的衔接问题

本文研究在不连续介质中波动方程的本征模及其背后的物理机制,探讨波在界面的反射和透射规律,揭示了在特定参量条件下机械波发生全透射的效应,这一效应可能会在吸波材料中有应用价值.

自适应光学系统的实时模式复原算法

分析了自适应光学系统中实时模式复原算法的基本原理 ,建立了一种新型的传感器本征模复原算法。与常用的直接斜率法相比 ,这种模式复原算法可以有效减小探测噪声对复原计算过程的影响 ,提高系统的闭环稳定性和校正效果。在 6 1单元自适应光学系统上实现了这种模式复原算法 。

大跨空间结构的多目标等效静风荷载分析方法

针对大跨空间结构风荷载空间分布复杂、多振型参与结构风振以及等效静风荷载中存在多等效目标等特点,以作者提出的单目标(即等效目标)等效静风荷载分析方法为基础,提出多目标等效静风荷载的分析方法,该方法的基本思想是:根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量;根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。该分析方法的优点是:能够再现风振响应特点,又能解决工程中的多等效目标问题。最后,将该方法应用于一单层球面网壳,结果表明:一个等效静风荷载分布形式就可以实现某一类响应(如所有节点的位移)都与动力极值响应等效,验证了本文方法的有效性和精度。

微加工薄膜变形镜本征模分析

介绍了变形镜本征模的构造过程及其特点,分析了从荷兰OKO公司购买的37单元微加工薄膜变形镜的本征模,并用前65阶Zernike多项式分析微加工薄膜变形镜的37阶本征模的特性。搭建了以微加工薄膜变形镜作为波前校正器、变形镜本征模为波前复原控制算法以及高分辨率Shack-Hartmann波前传感器为波前探测器的自适应光学实验系统。实验结果表明:变形镜本征模可以实现模式筛选,也可作为自适应光学系统的波前复原算法。

1900—2000年地球主磁场的本征模分析

利用1900—2000年国际参考地磁场模型（IGRF），对地球主磁场的空间结构和长期变化进行了自然正交分量分析，得到了组成地磁场的主要成分（本征模）及其随时间的长期变化（SV）．第一本征模描述主磁场稳定结构的总体特征，其强度随时间单调减小；第二本征模主要描述印度洋和南大西洋地区正异常特征，其强度也随时间单调变化；第三本征模对应于加勒比地区正异常，其强度呈100a周期的变化，目前正处于下降阶段；第四本征模的主要特点是北美正异常和南亚负异常，其强度呈80a周期的变化；第五本征模对应尺度较小的局部磁异常，其强度的变化周期约60a；第六及其以后的本征模则对应空间尺度更小和时间变化更快的磁异常．分析表明，太平洋地区的磁场经历着缓慢的单调减小变化，其结构比较稳定，几乎完全包括在第一本征模中．但是，印度洋磁场结构较复杂，它是由空间结构不同和变化周期各异的多个本征模组成的．大西洋的北部、中部和南部分属不同本征模，它们有完全不同的时间变化特性．

光腔模式及光束传输的特征向量算法

发展了一种新颖的适用于光腔模式及光束传输模拟计算的特征向量法.该方法的核心是基于菲涅耳—基尔霍夫衍射积分理论构造了一种新的光腔传输矩阵,通过求解激光谐振腔的本征积分方程,即可一次求解得到表征腔镜上多个光场模式振幅及相位分布的特征向量组;而谐振腔内或腔外任意地方的光场分布,也可采用该方法进行光束传输模拟而求得.对与该方法有关的单元划分、形函数选取、误差及稳定性分析等问题进行了论述,分析表明:合适的单元划分和形函数选取有利于提高计算速度、精度和稳定性.

多模光纤放大器输出光分析

根据不同的泵浦方式,对多模光纤放大器运用多模速率方程组,采用四阶龙格-库塔法数值计算和分析了在不同泵浦方式下的泵浦效率和信号光在光纤放大器中的传输、放大行为,并研究了在光纤放大器光纤长度有微小变化(mm量级)的情况下,输出光的光束质量与光纤长度的关系。结果表明:输出信号光的光束质量因子随光纤长度微小变化而呈准周期变化,周期与信号光耦合入光纤放大器的本征模式间的传播常数差有关。

激光输出功率随耦合率及放大率的变化规律

建立了涵盖稳定腔和非稳腔的激光有源理论模型和激光开式谐振腔的边界条件。根据定态薛定谔方程与亥姆霍兹方程的等价性,采用量子力学方法求解谐振腔的亥姆霍兹波动方程,得到满足方程、边界条件、矩阵光学、稳定条件的本征解和本征方程。根据本征方程推导出横模数目随耦合率变化的规律,进而推导出激光输出功率随耦合率变化公式,以及激光输出功率随放大率的变化规律。该理论模型能够从稳定腔自然过渡到非稳腔,在小耦合率情况下退化到与传统公式基本一致的形式,又能在大耦合率情形下与实验结果符合得很好。

MIMO无线通信的空间自由度模型

采用本征模式方法研究了多天线无线通信的空间自由度问题。通过求解本征积分方程,得到给定发射区域和接收区域下多天线无线通信系统的本征函数,从而给出了多天线通信的物理限制以及相应的物理解释;通过将无线信道划分为发射天线到发射端近端散射体、发射端近端散射体到接收端近端散射体以及接收端近端散射体到接收天线三部分,提出了一种空间自由度的计算模型,分析了散射体对空间自由度的作用,并对已有模型的结果作出物理解释。

微波谐振腔本征模求解的算法及应用

在微波工程中,经常运用数值方法来解决实际问题,其中谐振腔本征模的数值求解已被广泛应用于多种微波器件的结构设计和参数优化。总结了近年来微波谐振腔本征模求解算法的研究进展,运用当前最为有效的带切比雪夫多项式迭代的幂偏移法,解决了常规方法计算速度慢和精度不够等问题,并对实际应用中几种较为典型的微波谐振腔进行了计算。

交直流并联电力系统动态电压稳定性分析

以特征分析法为基础，提出了鉴别电压失稳模式与功角失稳模式的新方法，并应用于多机交直流并联电力系统的动态电压稳定性分析，详细研究了直流输电系统运行方式及控制参数对动态电压稳定性的影响，验证了电压失稳模式鉴别方法的合理性。

金属-电介质多层膜结构亚波长成像特性分析(英文)

分析了由Ag和Si3N4多层纳米薄膜组成的特异材料的模式特性,使用本征模展开法(EME)结合完全匹配层(PML)边界条件模拟了该结构的亚波长成像行为,在法布里-珀罗(Fabry-Perot)条件(结构的长度是半波长的整数倍)条件下,研究发现邻近系统的点源会在另一侧成实像,这种成像基于自准直而并不是负折射.研究结果证实了金属-电介质多层膜结构可以在光波段实现近场成像.

国家体育场多目标等效静风荷载

针对大跨结构的风振响应特点,研究多目标等效静风荷载的分析方法,并采用该方法对国家体育场等效静风荷载进行了研究。该等效静风荷载分析方法的基本过程是:根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量,根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。国家体育场的分析结果表明:在所有风向下的风振响应中,背景响应远大于共振响应,其中0°风向和270°风向对结构最为不利;在针对多等效目标的等效静风荷载作用下,所有关键位置的节点位移响应和支座反力都与实际动力响应极值吻合较好。

EMC混响室电磁场模态研究

混响室谐振腔激励的三维电磁场的推导一般采用并矢格林函数的方法,物理意义不太明显。用本征函数迭加的方法推导混响室有源激励的电磁场分布公式,有利于正确建立混响室电磁结构模型,树立正确的物理概念。并根据公式及其推导过程,分析了混响室EMC电磁工作机理,以此将EMC混响室电磁工作状态按模式状况进行了系统地分类,为混响室研究设计提供理论指导。

基于步态的人身份识别技术综述

由于不同的人在身体结构和运动行为方面存在广泛的不同性,步态为人的身份识别提供了独特的线索。对于近年来日益受到普遍重视的基于步态生物特征的人身份识别专题进行了较为详尽的综述,分析了目前所取得的主要成果及其特点,并指出了存在的难题和未来的发展趋势。

基于时滞惯性流形的浅拱动力屈曲研究

从动力学观点,浅拱受冲击是一种无穷维或者连续的动力系统,针对抛物线浅拱,应用有关薄壁结构的基本理论和非线性几何关系推导并建立其控制微分方程。然后,利用时滞惯性流形的新思想,提出一种求解这类强非线性偏微分方程的新方法,即基于时滞惯性流形的非线性Galerkin方法。通过这种方法,把原始方程的解投影到由控制方程中线性算子的特征函数所张成的完备空间内,并构造出无限维子空间内的动力行为与有限维子空间内的动力行为之间的耦合作用,该耦合作用认为高低阶分量间的相互作用并不是一种简单的瞬时行为,而是与模态发展的历史有关。通过数值分析得到:系统存在两个稳定平衡位置,与传统的Galerkin方法相比,所提出的基于时滞惯性流形的非线性Galerkin方法可以大幅度地降低方程的维数,提高计算速度,有效地降低对计算机内存的需求和减少计算时间。某种程度上,时滞惯性流形为系统的非线性动力行为如屈曲、分岔、突跳等动态模拟和数值分析提供了一个新的更为合理的研究手段。