Frequency-time Domain Shielding Effectiveness of Materials and Their Strong Electromagnetic Field Test

To describe the shielding ability of materials accurately and comprehensively,the frequency-domain and time-domain shielding effectiveness(SE) of material is investigated.The relevance between them was analyzed based on the minimum phase method,and the time-domain SE can be derived from frequency-domain SE.The SE of an energy selective surface(ESS) made of a novel material is investigated,and the relationship between SE and radiation field intensity are analyzed.The results show that not only material,but also the intensity of radiation electric field shows influence on SE in its frequency; for some materials,the dependence of SE on radiation electric field intensity needs to be considered.Therefore,it is necessary to research on the SE of shielding material in high-intensity electromagnetic environment.

新型连续B/J类功率放大器设计

为满足无线通信技术对高性能功率放大器的需求,提出一种新型宽带高效率B/J类功率放大器的设计方法。区别于传统连续B/J模式,设计中引入变量因子重塑其时域电压波形表达式,推导出扩展的阻抗设计空间。扩展的阻抗设计空间增加了阻抗匹配的灵活度,拓展了带宽,同时仿真表明可获得与传统连续B/J类功率放大器相同的功率和效率。基于此新型阻抗匹配技术,设计了一款工作频段为1.5~2.5 GHz的GaN HEMT宽带功率放大器。测试结果表明,在该频率范围内,输出功率大于40.6 dBm,漏极效率为72.4%~79.1%,增益为10.6~11.9 dB表明,所提出方法具有有效性.

柱坐标系下浅海传播声场时域有限差分预报方法

直角坐标系下的时域有限差分方法在水声传播仿真时由于计算量太大而较少应用。文章利用时域有限差分方法推导了柱坐标系下的声波方程的近似表达式,结合复频移完全匹配层建立浅海声传播模型,在减少计算量的同时准确预报了传播信号声压的时域波形、传播声场的时空演变过程以及频域传播损失曲线。在柱坐标系下使用时域有限差分方法仿真Pekeris传播环境声场并与简正波和波数积分模型进行对比,分析了时域有限差分水声传播模型的适用范围。结果表明,时域有限差分方法仿真浅海中近程传播声场精度较高。模型的稳定性与时间和空间网格大小有关,声源频率越高,空间和时间网格划分越小,计算量越大。数值离散带来的频散误差累积会导致远场传播声场计算不准确,因此时域有限差分水声传播模型更适用于低频中近程声场计算。

雪道点云时域波形特征分割及SLAM算法

为提升压雪车在滑雪场行驶与作业的夜间环境感知能力,提出了压雪车车载激光雷达点云时域波形阶跃值检测的雪道分割算法,并构建了适用于高山滑雪场的实时定位与建图算法(SLAM)。首先,对点云反射率分布进行统计并标记飘雪噪声点,利用邻近点线性插值方法对标记的飘雪噪声进行处理,保证点云的时域波形连续性,同时在特定扫描视角内划分栅格并以相邻网格高程值变化实时估计坡度。其次,根据山地滑雪场典型障碍设计了相应的时域波形阶跃值检测判据,筛选雪道-障碍分界点,划分扫描区间并对区间内的波形阶跃值进行包络,实现雪道点云特征分割。然后,根据雪道分割结果对特征进行分类匹配,并利用特征约束方法提高建图速度。最后,在张家口万龙滑雪场的高级和中级雪道进行算法效果验证测试。测试结果表明:所提出的雪道分割算法对单帧点云数据的处理平均耗时为2.36 ms,平均分割准确率可达98.54%,在基于雪道分割算法的改进SLAM方法中可以准确实现雪道-障碍分割,在建图精度方面表现更为优越且大幅缩减了计算耗时。

基于时域射线追踪算法的电场波形特性研究

利用时域射线追踪算法,构建出简化开关柜模型并模拟局部放电,仿真分析局放电磁波到达不同检测点的时域特性.由于多径传播,最短路径与其它路径存在到达时间差,通过叠加时间差相近路径的波形幅值,分析检测点时域波形混叠的原因,对比不同检测点的时域接收波形,分析波形畸变的原因.研究结果为开关柜内局部放电的电磁波传播规律提供新方法,为后续优化超高频检测天线的安装摆放提供参考依据.

常规直流逆变站交流送出线路距离保护适应性分析与对策

常规直流逆变站交流送出线路故障通常会引发换相失败,存在故障电压和电流波形畸变等问题,可能导致工频相量距离保护性能劣化。首先,分析了工程中广泛应用的正序电压极化距离保护在常规直流逆变站交流送出线路中的适应性,分析结果表明,当逆变站运行于单回交流出线工况时,传统正序电压极化距离保护不再适用;然后,基于交流线路的RL模型,提出了基于波形相关系数的时域距离元件,可以不受逆变站非线性输出特性的影响,并针对时域距离元件存在的出口近区故障方向判别问题,利用电流畸变程度判断故障方向;最后,通过仿真验证了时域距离保护方案的有效性。

电源网络低频段S参数拓展方法

电源网络S参数与芯片电源模型(Chip Power Module,CPM)级联可实现电源时域噪声仿真,完成电源完整性设计签核。当下部分仿真工具在AC阻抗优化过程中导出的S参数存在低频段无法覆盖的问题,影响时域纹波仿真精度,如果重新对S参数进行提取,又会增加仿真时间降低仿真效率。针对AC阻抗优化过程中导出的S参数无法覆盖低频段的问题,提出了一种电源网络S参数低频段拓展方法,结合电压调节模块(Voltage Regulator Module,VRM)的R-L模型,推导出低频段的S参数可以借用抽取的S参数中最低频点处的S参数实现低频段S参数的拓展。仿真和实验结果表明,通过对低频段S参数进行拓展,电源时域纹波噪声仿真的精度提升31%。同时,低频段的S参数直接借用已抽取的S参数中低频点的数值无须重复提取,在8 GB内存的配置下,仿真时间节约14%左右,提高了仿真效率。

不同煤矸混合物的微波传播特性试验研究

煤矸识别问题是煤炭行业内长期未能有效解决的技术难题之一。通过分析现有煤矸识别方法的特点及局限性,探讨基于微波探测技术进行煤矸识别的可行性。首先,开展了对不同煤种和矸石的电磁参数测量分析,为后续的样本测试结果分析提供依据。然后,为探讨煤矸尺寸参数对微波传播的影响,开展了不同厚度、不同截面积的煤矸介质样本对不同频段电磁波的传播规律研究。由于煤矸混合物是由煤、矸石和空气组成的多尺度介质,其体积不等、形状各异,且空间分布及混合形式复杂多变,在微波照射区域内的散射效应非常复杂,导致电磁波在不同煤矸混合物中的传播特性具有明显的差异性。最后,为探究煤矸不同介质混合状态流的微波传播特性变化规律,开展了不同微波频段、不同煤矸粒度、不同含矸率工况下的煤矸混合物微波探测试验。结果表明:煤矸介质的电磁参数、厚度和截面积对微波在介质中的传播规律有明显影响;不同的粒度和含矸率对微波在煤矸混合物的传播规律有一定的影响。当频率大于4 GHz的微波照射在煤矸混合物时,粒度的增大会使回波损耗S11、插入损耗S_(21)强度值和时域透射波O_(21)信号幅值逐渐增大。当混合介质中煤和矸石的电磁参数差异较大时,在频率大于3.5 GHz后,粒度的增大使S_(21)强度由−35.3 dB降低至−38.2 dB,O_(21)信号幅值由1.6 mV减小至1.26 mV,且具有一定的时延特性。通过试验分析可以掌握敏感频点下透射波信号强度值、时域透射波信号幅值或透射波信号时延等特征的差异性,为放顶煤开采的煤矸精准识别提供一种新的思路和方法。

仿工程条件锚杆轴向载荷应力波法测试实验系统研制与教学实践探索

轴向载荷是反映锚杆支护初期支护质量和后期支护效果的重要指标。目前锚杆轴向载荷测试实验教学中多采用传统的机械式测试设备,有待开展新型无损测试实验系统和教学手段。为解决该问题,研发了仿工程条件锚杆轴向载荷应力波法测试实验系统,通过设置轴向加载模块参数,并进行应力波信号的采集与处理,可将实验所得时域波形图划分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型,分别对应低、中、高三种轴向载荷,实现锚杆轴向载荷的判定。该套实验系统可将矿业工程学科前沿知识运用到实践教学中,开展模拟工程现场锚杆的轴向载荷无损检测实验,拓展了锚杆支护无损检测实践教学方法。

一种基于改进共轭梯度法的弹性波全波形反演速度分层建模方法

陆上地震资料由于低频信息缺失、波场复杂等问题,加剧了反演的非线性。基于改进共轭梯度法的时间域多尺度分层反演方法有效重建了纵、横波速度场。研究结果表明:(1)利用时窗筛选早至波信息,使用小炮检距早至波数据自低频至高频多尺度重建浅层速度场,可以减少中深层反射波及噪声的强非线性影响;固定浅层速度,采用全波场的全偏移距数据可重建中深层速度场。(2)整个反演过程均利用基于移动加权平均的改进共轭梯度法进行速度场的迭代更新。改进的共轭梯度法可增强反演的稳定性,提高深层速度建模质量,同时反演收敛更快;分层反演策略可兼顾浅层低速和深层高速,采用大小不同的有限差分网格,保证波场模拟精度的同时减少了计算量,提高了反演计算效率;改进共轭梯度法的多尺度分层反演策略可有效降低陆上实际资料带来的非线性影响,使共成像点道集拉平程度更好,纵、横波速度场均得到有效恢复。

基于频域反射法的电缆缺陷时域诊断特征波形

频域反射法(frequency domain reflection,FDR)是一种典型的电缆缺陷无损检测方法。针对传统FDR方法存在的问题,该文提出了频域反射法中电缆缺陷的时域诊断波形转化方法。首先利用广义S变换分析反射信号的能量分布。然后划定各反射信号的能量子区域开展独立分析,以降低各反射信号相互干扰和电缆中衰减效应的影响。最后将选定的能量子矩阵区域转化成电缆缺陷的时域诊断波形,并利用该波形对电缆缺陷进行定位和辨识。文中对500 m的仿真电缆模型、40m的同轴电缆和105m的10k V交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆进行了实验,验证了所提方法可以转化出电缆中缺陷的时域诊断波形,并可以借助该波形准确定位和辨识电缆中阻抗增大和阻抗减小的缺陷。

基于时域波形的交流故障电弧检测

为了区分正常电流和串联故障电弧电流,提出了一种基于时域波形分析方法,根据时域电流中的过零点平肩部、尖峰部和随机性来识别故障电弧电流。通过搭建故障电弧试验平台的方式对不同负载(热水壶、电风扇、吹风机)进行故障电弧试验,采集正常和故障状态的电流数据,将电流数据按周期划分。由于故障电弧电流具有随机性、高频分量和零休时间,观察两种状态的电流波形的异同,经过多次试验提出将电弧电流的小波分解后的周期高频分量能量、周期零休区时间和周期尖峰次数作为故障特征的检测方法。

冲击回波法在水工混凝土质量检测中的应用研究

为研究冲击回波法检测水工混凝土结构质量的适用性与可靠性,设计制作了混凝土模型试件,并结合水工混凝土结构常见缺陷特征,在模型试件内设置不同尺寸和深度的模拟缺陷,研究冲击回波法对不同尺寸和埋深缺陷的检测效果,并在海宁市洛塘河圩区整治工程水工混凝土结构质量检测中开展应用研究,深入分析完好部位、缺陷部位时域波形、振幅频谱特征,提出缺陷识别方法。研究结果表明:冲击回波法在其适用范围内测试效果良好,可用于水工混凝土厚度与内部缺陷检测,同时尚存在有效测试厚度不大、缺陷分辨率不能满足水利工程质量检测的高精度需求等技术难点,有待进一步开展实验研究。

光学函数波形产生技术的频域合成和时域合成

微波信号的光域产生是目前一个热门的研究课题,在通信系统、信号处理、雷达等领域有着广泛应用。分别介绍了在微波光子学领域中基于连续射频调制和基于频率-时间映射技术生成特定光脉冲信号的频域合成法和时域合成法,并对两种方法的几种具体方案进行详细介绍和对比,从脉冲重复频率的调谐能力、脉冲占空比、脉冲类型、系统结构稳定性等方面分析其优缺点。

CR200J型动力集中动车组动力车轴承故障判断方法研究

从动力车轴承分布、监控传感器分布、轴承数据分析设备、轴承温度数据、SV幅值数据分析等方面着手研究,提出同位温差大于20℃时需要重点跟踪、同位温差大于20℃并有上升趋势时安排入库检查,对轴承状态进行精确判定。通过个性化分析对时域波形图特征、频域图和诊断抽象谱图的对应关系进行判断,根据所报轴位的冲击诊断值、波形特征及对应关系,判断轴承的故障部位,确保动力集中动车组运行安全。

操作冲击电压下油纸针板缺陷局部放电研究

操作冲击电压下油纸绝缘局部放电特性对于油浸式变压器的过电压防护具有重要意义。为此,采用油纸绝缘针板缺陷模拟油中电晕放电对其放电特性进行研究。通过试验和仿真手段研究其在标准操作波(波前时间250±20%μs,半峰值时间2 500±60%μs)下的放电特性,并对试验现象进行解释。试验结果表明:随着外施操作冲击电压幅值的升高,操作冲击电压上升时间内的主脉冲强度显著增强,下降时间内的局部放电信号无明显变化;随着外施操作冲击电压幅值的升高,油纸针板缺陷的初次放电时刻显著提前,初次放电时刻对应的冲击电压瞬时值显著上升;局部放电幅值(平均值、最大值)、平均放电重复率和放电脉冲数均随外施操作电压幅值的增加而增加。研究结果对于变压器的过电压防护及故障诊断有很大帮助,具有实际工程应用价值。

全波形时间域航空电磁响应三维有限差分数值计算

全波形时域航空电磁测量具有解释精度高、分辨率高等优点,已成为新一代时域航空电磁探测发展的趋势.为此,本文基于无源有限差分法,将发射电流离散为若干梯形脉冲元,将脉冲元在时间上产生的电磁场转换为空间初始场,在差分迭代过程中分时引入差分方程,逐步将有源有限差分方程转换为无源有限差分方程,最终实现了发射电流为任意波形时,全波形时间域航空电磁响应的三维数值计算.计算结果表明:在梯形波发射时,对于典型地电模型的航空时间域电磁响应,计算稳定时间大于10ms;与积分方程法相比,发射线圈中心点二次场响应平均误差小于1%.任意源三维全波形数值计算的实现为全波形三维反演和仪器设计奠定了基础.

大地电导率和线路长度对10kV架空线路雷电感应电压的影响

为了对架空线雷电感应电压特性进行系统深入的研究,以10kV单/双回架空线为研究对象进行了数值计算。分析大地电导率(σ)、导线排布方式和线路长度(L_l)3个因素对雷电感应电压峰值沿线分布和时域波形的影响。计算结果表明,感应电压脉冲极性改变的位置随L_l增大明显向导线中部移动,电压最高峰值并非位于距回击通道最近杆塔。感应电压幅值和波形整体受σ影响明显,但距回击通道越近,受影响越弱。相同条件时,σ越低、导线数越多,电压波形"畸变"越严重。感应电压脉冲幅值和上升时间随L_l增大呈不同的非线性增长,但均在L_l≤6km范围内存在明显"饱和"现象,半峰值宽度在L_l整个取值区间内有较明显地增长。排除架设高度因素,导线排布方式对感应电压影响很弱。

基于时域特征分布的核爆电磁脉冲识别算法

为解决近区核爆电磁脉冲(NEMP)与闪电电磁脉冲(LEMP)的识别问题,提出一种500 km内的时域自动识别算法,并详细介绍了关键环节的具体实现过程。对于多站接收到的同源电磁脉冲(EMP)信号,通过场强阈值触发和波形相关运算结合,确定各条波形时域分析的起始点;根据1000 km处各站直达波和反射波的时差估算电离层高度,以此高度计算时域分析的截止点。定义4个特征参数来表征该段时间范围内的波形特征,并通过对大量的LEMP样本进行统计,得到各个特征参数的分布特性,结合实测NEMP波形的特征参数,制定一套NEMP自动识别算法。实测数据验证结果显示,该算法可有效排除99%以上的LEMP干扰,并有效识别近区范围内的NEMP波形。

频率多尺度全波形速度反演

以二维声波方程为模型,在时间域深入研究了全波形速度反演.全波形反演要解一个非线性的最小二乘问题,是一个极小化模拟数据与已知数据之间残量的过程.针对全波形反演易陷入局部极值的困难,本文提出了基于不同尺度的频率数据的"逐级反演"策略,即先基于低频尺度的波场信息进行反演,得出一个合理的初始模型,然后再利用其他不同尺度频率的波场进行反演,并且用前一尺度的迭代反演结果作为下一尺度反演的初始模型,这样逐级进行反演.文中详细阐述和推导了理论方法及公式,包括有限差分正演模拟、速度模型修正、梯度计算和算法描述,并以Marmousi复杂构造模型为例,进行了MPI并行全波形反演数值计算,得到了较好的反演结果,验证了方法的有效性和稳健性.