多频率组合波形阵风场模拟与测量研究

基于数值模拟方法选取设定FL-51风洞阵风发生器的装置参数,如发生器叶片的数量、展长、弦长及间距等。发生器采用液压摆动缸独立驱动形式,可模拟正弦波、三角波及随机波等多种波形的多频率组合运动,同时能够减少安装传动件,并提升发生器性能。通过阵风场校测结果表明:叶片能够实现摆动频率为0 Hz~15 Hz,在校测范围内发生器产生的正弦流场较均匀;在来流风速40 m/s、叶片摆动频率为10 Hz、摆角为15°时,最大阵风幅值为8.5 m/s。地面测试与流场校测结果表明:该文所提出的阵风场模拟技术可以实现低速风洞多频率多波形组合运动,为风洞试验提供复杂的阵风流场。

高效高精度隧洞岩体超前速度建模及成像

准确提取隧洞掌子面前方岩体的纵波速度信息并对异常地质体构造进行准确成像是提高地震波法超前地质预报精度的关键。时间域全波形反演(full waveform inversion, FWI)技术可以实现对掌子面前方岩体纵波速度的高精度建模;将FWI结合互相关目标函数,可以解决隧洞中不同炮孔能量不均对反演结果的影响,并提高反演算法的抗噪性;结合隧洞地震数据混合震源编码策略,可以显著提高FWI计算效率;利用FWI提供的准确速度模型,进行基于双向照明补偿互相关成像条件的逆时偏移(reverse time migration, RTM),可以实现对异常地质构造的精准成像。通过多种隧洞常见地质体模型的数值试验验证了高效高精度隧洞岩体超前速度建模及成像方法的有效性,并为实际隧洞工程应用提供了理论支撑。

基于多点频调制的反利用波形设计和优化处理

常规的雷达线性调频及编码波形易被无源非合作雷达利用,目前的雷达波形设计中均未考虑到波形被利用的问题。针对该问题,提出一种基于多点频调制的反利用波形。波形设计上,利用minimax方法设计出匹配滤波后具有多假目标的特殊频率编码波形,再对该波形进行多点频调制破坏匹配滤波的副瓣性能。在进行波形处理时,根据波形的先验知识,首先通过预先设计的陷波器进行去多点频调制,然后通过多约束条件下的凸优化方法进行失配滤波器设计,再采用设计的失配滤波器系数进行失配滤波,消除假目标的影响,降低副瓣水平,获得良好的探测指标。通过仿真分析了该波形在匹配滤波时副瓣水平高,存在多个假目标可混淆真目标的距离信息的特性,难以被无源非合作雷达利用,而优化处理可获得良好探测性能。

可编程多脉冲绿光激光器

为了满足平面激光诱导荧光技术和反射物速度干涉仪系统的应用要求,研制出一套可编程多脉冲绿光激光器。采用光强可编程技术,在任意波形发生器中输入一长脉冲电压波形,并将其加载到电光调制器上;通过对此电压脉冲波形的编辑,在实现时域上控制光强的同时输出多脉冲,且多脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度及脉冲波形均任意可调。结果表明,放大过程的波形畸变得到矫正,获得脉宽为110 ns的绿光单脉冲方波;脉宽为50 ns、时间间隔5μs的绿光双脉冲方波;脉宽为40 ns、50 ns和60 ns、时间间隔为2μs、1μs的绿光三脉冲方波。该研究为平面激光诱导荧光技术和反射物速度干涉仪系统提供了参考。

基于FMQL的双通道局部重构技术研究

针对双通道通信设备多波形同时独立运行的复杂需求,研究并提出了一种基于FMQL的双通道局部重构架构,该架构设计了多组件通信机制、重构波形加载流程、逻辑资源分配方法、波形接口和标识、重构解耦机制、时钟管理以及组件管理方法等。项目应用结果表明,双通道局部重构波形加载和卸载功能正常,相较于传统方法,所提方法的波形支持能力、波形加载速度、逻辑资源利用率均大幅提升。目前,该技术已在航空通信多型设备中得到应用,具有较强的实用性。

基于MAX038的信号发生电路设计

阐述基于MAX038进行的函数信号发生系统的硬件电路设计,包括总体原理设计、系统硬件电路设计、各分电路设计,实现对于不同波形种类选择的控制,较好地完成多波形输出的方案。

基于故障时刻自同步的波形比较式多端配电网快速保护方案

为打破电气量的同步采集技术壁垒,并合理应对不平衡差流问题,分析了基于故障检测时刻保护数据自同步的实现方法,利用多端电流合成和Tanimoto系数构建了波形相似度比较式保护新判据。基于5G网络数据实时传输功能,形成了一套适用于多端配电网的综合快速保护方案。经PSCAD/EMTDC软件仿真,验证了所提方案能够快速可靠地确定故障区段,能很好地适应配电网复杂故障场景。

基于经验模态分解的行星齿轮箱故障特征提取新方法

行星齿轮箱有着应用广泛、结构紧凑、适应恶劣工况的特点,其振动信号中包含强背景噪声以及大量啮合振动耦合,因此行星齿轮箱振动信号故障特征提取困难。针对上述情况,基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)、多尺度模糊熵以及波形指标提出了一种新的行星齿轮箱故障特征提取方法。首先,通过EMD将原始信号分解为单分量信号(IMF);其次,筛选IMF进行重构;最后,利用多尺度模糊熵和波形指标进行参数融合。试验结果表明:该方法可有效区分行星齿轮箱不同故障类型。

基于卷积神经网络的机载激光海洋测深波形分类

海洋测深的波形分类的结果会影响整体海洋勘测的精度,为降低波形分类误差,提高海陆分界精度,基于卷积神经网络研究机载激光海洋测深波形分类方法。提取海洋测深回波,明确机载激光雷达的测深原理,计算反射回波强度,以计算水深深度;基于卷积神经网络提取候选回波,得到目标函数的响应卷积曲线,获得反卷积的函数估计值,对其进行过滤操作;设计波形分类算法,计算卷积运算输出的波形尺寸,判断信号检测通过的标准复杂度,以获得海洋测深波形的分类方法。在四种波形分类方法的对比中,卷积神经网络算法的分类精度均大于95%,分类精度更高,更优。

全波形回线源地—井瞬变电磁全时响应特征分析

地—井瞬变电磁法在金属和煤等矿产勘查中发挥重要作用,其激发波形可以是任意形态,波形形态的选择对探测效果和数据质量具有重要影响,探讨不同发射波形对响应的影响可为电磁勘探系统的波形设计提供理论指导。基于回线源地—井瞬变电磁一维正演理论,通过模拟计算任意发射电流波形下的一维层状模型的水平和垂直分量的磁感应强度和感应电动势,来定性分析不同电流波形对瞬变响应的影响情况。研究表明,4种波形的响应曲线形态在有发射电流期间(on-time)具有较大的差异,而在无发射电流期间(off-time)一致且变化规律简单,方波激励的响应最强,三角波激励的响应最弱。三角波和半正弦波的B、dB/dt的各分量响应幅度在off-time期间随电阻率变化明显,而在on-time期间基本不随电阻率变化;方波和梯形波的B、dB/dt各分量在全时域(on-time、off-time)对地层的电阻率变化均有很好的分辨能力。

基于波形相似度特征的多端柔直电网故障自适应重合闸方案

针对多端柔性直流电网工程中架空线路重合闸原理缺乏选择性、容易重合于永久性故障而造成二次冲击的问题,当前已有一系列基于单端量的重合闸原理,但是此类重合闸原理存在全线耐受过渡电阻能力不足甚至在区内两端存在死区的问题。此外,有些保护方案在注入判别信号时还存在需要增设附加装置或辅助控制方式的缺点。为此,尝试通过双端量通信的方式解决上述问题。首先,分析了瞬时性故障与永久性故障下的对侧线模行波的故障特点;随后,结合不同故障性质的特点得出了对侧线模电流推演值与测量值间波形相似度的差异性,并提出一种基于Hausdorff距离算法的相似度差异性量化方法;得益于双端量判别方式对注入信号形态的要求较单端方式大为降低,提出了一种无需增设附加装置或辅助控制的直流断路器(DCCB)注入信号生成方式;最后,形成了一种基于波形相似度特征匹配的自适应重合闸方案。仿真结果表明所提重合闸判据有效保护范围可覆盖线路全长、有较高耐受过渡电阻能力、并具有良好的适用性。

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。

一种多载波相位编码波形的运动补偿方法

多载波相位编码雷达信号波形,在频域上包含多个子载波,在时域上采用分段编码,能够有效降低接收机的循环自相关特性,提高雷达发射信号被敌方侦收机截获和解析的难度,具有良好的抗欺骗干扰与低截获性能。但多载波相位编码波形具有多普勒敏感性,在高速运动平台上应用时,运动会导致信号脉冲压缩后主副瓣比降低,造成脉冲压缩与相参积累损失。对此,文中提出了一种多普勒前置补偿技术,在多载波相位编码波形产生阶段,利用运动平台速度对该波形的每个子载波进行精细的多普勒预置补偿,有效降低了该波形的多普勒敏感性,同时该方法具有便于工程实现的特点。仿真结果表明,该方法在高速平台应用条件下能够有效地抑制脉冲压缩旁瓣,降低脉冲压缩和相参积累损失。

可重构多维度探测微波光子雷达

随着“太空经济”时代的到来,大国间的太空竞争也愈发激烈,对星载雷达探测系统的测量精度和多维度目标参数测量提出了更高要求。现有的星载雷达系统主要采用传统微波技术实现,面临电子器件速率低、工作带宽小、可重构性差等问题,这些问题越来越成为限制星载雷达系统进一步发展的瓶颈。将微波光子技术引入雷达系统可利用光子技术高频率、大带宽、可重构的特点有效克服电子技术的局限性,突破雷达技术瓶颈。阐述了可重构多维度目标探测微波光子雷达的特点和基本结构,介绍了多维度目标参数测量和雷达波形可重构的原理与方法,并对星载微波光子雷达的发展趋势和特殊应用环境需要考虑的问题进行了论述。随着微波光子雷达技术研究的不断深入和光电集成技术的迅速发展,微波光子雷达有望在未来星载雷达系统中得到大规模应用。

面向多目标多用户的雷达通信一体化恒模波形设计

双功能雷达通信一体化系统可以使硬件和频谱资源得到有效利用,是解决当前无线频谱资源紧张问题的一种有效途径。该文针对同时多目标探测与多用户通信场景,以雷达接收回波的信干噪比(SINR)为指标保障雷达的探测性能,采用通信多用户干扰(MUI)作为通信指标保证通信传输性能。与此同时,为保证发射端功率放大器工作在饱和区域,增加了波形恒模的约束条件。该文通过对波形以及滤波器的联合优化,提出了一种在满足通信MUI功率一定的情况下,最大化雷达多目标探测回波最小信干噪比(SINR)的波形设计优化模型。针对此优化问题,采用了交替迭代优化的方法来求解此问题。仿真结果表明,所设计的波形在多目标探测以及多用户通信场景下,通过调整通信MUI功率门限,可以在保证通信MUI功率性能前提下,实现对多目标回波最小SINR的优化。

基于点阵图模型的多功能雷达波形单元提取方法

针对先验知识缺失情况下非协作多功能雷达(Multi-Function Radar,MFR)波形单元提取问题,提出一种基于点阵图模型的波形单元提取方法。首先,在分析MFR脉冲列特点的基础上,构建了MFR脉冲列点阵图模型,直观地显示出波形单元起始脉冲位置;其次,采用孔洞填充、闭运算等图像预处理方法消除噪声对点阵图的影响;最后,利用Harris角点检测算子识别波形单元起始点。仿真实验表明,该方法相比于DA-DBSCAN波形单元提取算法,检测概率和F值有明显提升,虚警概率显著下降,在脉冲丢失和参数测量误差较大时仍具有较强的鲁棒性。

基于OQAM-OFDM的通感一体化波形设计与处理方法

针对基于循环前缀的正交频分复用(CP-OFDM)通感一体化波形设计循环前缀抵抗多径干扰,存在能量利用率低、易形成虚假目标等影响雷达性能的问题,文中提出一种基于偏移正交幅度调制(OQAM)的OQAM-OFDM通感一体化波形设计方法。该方法无需使用循环前缀即可有效抵抗多径干扰,提高能量使用率和频谱利用效率的同时,避免由于循环前缀引入的虚假目标,防止载波间干扰和符号间干扰。为进一步提高通感一体化性能,提出了一种基于Pareto多目标优化的OQAM-OFDM子载波权重系数优化算法,以最大化通信解调输出信噪比和雷达脉冲压缩输出信噪比为目标函数,通过优化设计OQAM-OFDM子载波权重系数,协同提高通感一体化系统整体性能。仿真实验验证了该算法的正确性和有效性。

面向多主瓣干扰的波形与滤波器联合认知设计方法

多主瓣干扰在空时频等维度上与雷达目标回波高度重合,严重削弱了雷达探测性能。针对切片组合(chopping and interleaving,C&I)、间歇采样直接转发干扰、间歇采样重复转发干扰同时并存的问题,提出了一种基于发射波形与接收滤波器联合优化的抗多主瓣干扰方法。首先,基于恒模相位编码信号,构建了C&I、间歇采样直接转发干扰、间歇采样重复转发干扰信号模型。然后,在干扰参数完全已知或者存在偏差条件下,建立了信噪比(signal to noise ratio,SNR)约束下波形相关函数峰值电平、相关函数主瓣模板匹配误差以及干扰能量加权和最小化准则的发射—接收联合优化问题。其次,利用罚函数法、范数转化等方法,将非凸、非光滑并且带约束的优化问题转化成关于自变量(由信号相位、滤波器幅度与相位构成)函数的最小化问题,并利用迭代的限制内存的Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,L-BFGS)算法进行求解。最后,仿真结果表明,该方法设计的优化信号与失配滤波器,具有良好的相关峰值旁瓣电平,能够有效地抑制多主瓣干扰,并一定程度上控制了SNR损失。

集中式MIMO雷达多模式一体化波形设计

集中式多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达系统基于波形分集优势,可灵活改变发射方向图形状和指向方向空间合成信号的特性,从而实现多种雷达工作模式。提出了一种集中式MIMO雷达多模式一体化波形设计方法,采用方向图模板拟合、模糊函数模板拟合以及通信波形拟合的方式优化不同方向上的合成信号,使其具有不同特性,从而在单脉冲时间内实现搜索、跟踪和通信功能。采用最大块增量优化算法对构造的恒模四次多项式优化模型求解。实验结果表明,该方法可以得到具有低旁瓣模糊函数的搜索与跟踪波形,并且满足通信需求。

基于L1正则化反演的电压行波高精度检测方法

针对电压行波传感器二次侧故障行波信号不能真实反映电网一次行波波形特征的问题,提出了一种基于L1正则化反演的电压行波高精度检测方法。首先,分析了行波传感器的非理想传变特性,揭示了一、二次行波信号的波形差异性。在此基础上,提出利用小波包变换对观测信号进行多尺度分解,并对各频段信号分别进行反演的方法,从而减小由行波传感器引起的畸变误差。其次,在反演模型中引入L1正则化约束对模型进行稀疏性刻画,使反演结果更能体现真实故障波形特征。最后,利用快速迭代收缩阈值算法(fast iterative shrinkage-thresholding algorithm,FISTA)进行迭代求解,将各分量的反演波形线性叠加,实现故障行波信号的精确还原。仿真和实验结果表明:与直接反演相比,所提方法能够实现故障行波在时域和频域上的高精度真实测量,在微弱故障和噪声环境下也能获得较为精确的反演结果,具有一定的工程应用价值。