Transfer characteristics of dynamic biochemical signals in non-reversing pulsatile flows in a shallow Y-shaped microfluidic channel: signal filtering and nonlinear amplitude-frequency modulation

The transports of the dynamic biochemical signals in the non-reversing pulsatile flows in the mixing microchannel of a Y-shaped microfluidic device are ana- lyzed. The results show that the mixing micro-channel acts as a low-pass filter, and the biochemical signals are nonlinearly modulated by the pulsatile flows, which depend on the biochemical signal frequency, the flow signal frequency, and the biochemical signal transporting distance. It is concluded that, the transfer characteristics of the dynamic biochemical signals, which are transported in the time-varying flows, should be carefully considered for better loading biochemical signals on the cells cultured on the bottom of the microfluidic channel.

一种改善NLFM信号多普勒性能问题的研究方法

由于NLFM信号脉压时无需进行加权滤波就能获得较低的旁瓣电平,近年来广泛受到关注。同时,NLFM信号的多普勒性能较差,且随着发射信号时宽的增大,多普勒敏感性加剧。本文利用谱修正滤波器对NLFM信号的多普勒性能进行改善,降低了多普勒频移下NLFM信号的旁瓣电平,并通过对正负调频函数下的脉压结果峰值时间求均值,解决了脉压波形峰值的时延问题。

基于多项式拟合的宽带NLFM数字分数时延波形产生方法

由于孔径渡越问题,宽带信号的波束形成需要进行时延处理,传统的数字分数时延波形产生方法是在时域上使用分数时延滤波器。目前,大多数宽带发射波束产生的研究均针对线性调频信号,而对于信号特性更复杂且脉压性能优秀的非线性调频(NLFM)信号研究甚少。文中提出了一种宽带NLFM数字分数时延波形的产生方法,并对该信号实现了发射数字波束形成。首先,将时延分为整数时延和分数时延,利用指数多项式拟合处理得到宽带NLFM信号的时域表达式;然后,通过提取参数的方法在直接数字合成器中直接产生分数时延波形;最后,经过整数时延形成宽带NLFM发射波束。仿真实验证明:各阵列单元产生了宽带时延NLFM波束,发射波束的合成方向良好,没有明显失真,时延方法导致的时延误差远低于传统的滤波器方法,且功率合成效率损失可忽略不计,该方法计算简便,对硬件要求不高。

低损耗薄膜铌酸锂光集成器件的研究进展

近年来得益于薄膜铌酸锂晶圆离子切片技术和低损耗微纳刻蚀工艺的飞速发展,薄膜铌酸锂光集成结构提供了光场紧束缚、快速电光调谐、高效频率转换和声光转换的空前能力,各种高性能的薄膜铌酸锂光集成器件不断涌现,且朝着大规模光集成芯片的方向迅猛发展,为高速信息处理、精密测量、量子信息、人工智能等重要应用提供了全新的发展动力。本文主要围绕铌酸锂晶体发展历史、薄膜铌酸锂离子切片技术发展历程、极低损耗微纳刻蚀技术演化进程,以及高性能的薄膜铌酸锂光集成器件进展进行总结,并展望了未来的发展趋势。

OFD-NLFM雷达信号的优化设计及射频隐身性能分析

具有高主副瓣比的雷达信号可以降低无源探测系统的截获概率,从而具有一定的射频隐身特性。利用窗函数反求法设计了非线性调频信号,并利用组合窗法优化非线性调频信号,分析信号的自相关主副瓣比和主瓣宽度。由于多输入多输出雷达具备较好的射频隐身能力,基于单一窗和组合窗设计了正交频分非线性调频信号,给出了不同类型、不同组合系数时信号的自相关主副瓣比、主瓣宽度及互相关峰值电平。研究表明,正交频分非线性调频信号具备较强的射频隐身能力,有较广泛的应用前景。

基于组合窗的OFDM-NLFM信号设计

高主副瓣比、窄主瓣宽度以及良好的正交特性是多输入多输出雷达波形设计的研究重点。利用组合窗法对非线性调频信号主副瓣比以及主瓣宽度进行了优化,分析了组合参数对信号的影响;在此基础上,提出了基于组合窗优化的正交频分非线性调频信号的设计方法,并对点目标正交频分回波信号进行了匹配滤波。仿真结果表明,优化后的雷达信号具有良好的正交性能。

基于ERWT的NLFM信号检测及参数估计

提出了扩展Randon-Wigner变换(ERWT)算法原理,并结合非线性调频(NLFM)雷达信号时频特征,将回波信号的时延及多普勒频移对应到ERWT参量空间,基于参量空间的分布特征实现NLFM检测及参数估计.该方法对常规时频方法存在的交叉项不敏感,时延估计精度较高.计算机仿真试验验证了该方法的有效性.

面向激光测振应用的改进相位生成载波解调算法

为了解决相位生成载波解调方案应用于激光测振技术时,系统中存在的非线性失真问题,提出一种改进相位生成载波解调算法。该算法采用低频、大幅值的相位调制和迭代重加权椭圆特殊拟合对两路含有非线性误差的正交信号进行校正以抑制非线性失真。其中,低频相位调制由三角波信号驱动压电换能器生成,确保小信号情况下椭圆拟合结果的准确性。迭代重加权椭圆特殊拟合可以减小离群数据的影响并避免拟合结果退化为双曲线,具有精度高、鲁棒性好和计算效率高的优点。实验结果表明改进相位生成载波解调算法可以有效抑制激光测振实验系统的非线性失真,在不同相位调制深度(0.8~3.4 rad)下解调信号的信纳比和总谐波失真稳定,对应的标准差分别为0.55 dB和0.03%。系统的响应线性度优于99.99%,动态范围可达103.9 dB@500 Hz,总谐波失真为1%且工作频宽为20~8000 Hz。与传统相位生成载波解调方案相比,该算法不仅显著抑制了非线性失真,还克服了椭圆拟合算法在小信号下无法工作的缺点。

一种NLFM脉压波形的优化设计方法

首先介绍了非线性调频（ＮＬＦＭ）脉压波形设计的一般原理，在此基础上提出了一种优化设计方法。用该方法设计的ＮＬＦＭ波形距离副瓣更低，且能得到调频函数和调相函数关于时间ｔ的显函数形式。最后分析了模拟目标回波经脉压滤波器的处理结果。

基于NLFM Barker编码的板材焊缝缺陷超声检测方法研究

针对编码超声检测中,回波信号经脉冲压缩后存在主瓣持续时间长和旁瓣水平高的问题,提出了一种基于非线性调频(NLFM)Barker复合编码的超声波激励方法,用于板材焊缝缺陷检测。给出了该复合码的产生方法,并推导出了其函数表达式。通过仿真对比分析了其与Barker码、非线性调频信号、以及线性调频Barker码这3种编码激励方法产生的超声波的时频特性、传感器响应特性以及回波脉冲压缩特性。试验结果表明,该复合编码超声回波信号经脉冲压缩后,其主旁瓣功率比较非线性调频信号和线性调频Barker码分别提高了约11和5 dB,峰值旁瓣水平较Barker码、非线性调频信号、以及线性调频Barker码分别降低了约7.8、7和3.6 dB,并能有效检测出焊缝中预设的5种常见缺陷。

一种基于多重同步压缩的高动态信号捕获技术

为了解决高速飞行器通信时的高动态信号捕获问题,根据多普勒变化特点,将信号建模为非线性调频信号,采用时频分析的方式提取瞬时频率,设计了一种基于多重同步压缩(Multisynchro Squeezing Transform,MSST)的时频分析方法,有效提高了时频能量聚集能力和鲁棒性。为了避免时频图起始点选择错误引起的频率估计误差过大的问题,提出了一种分段能量泛函最小化法,将时频面分成多个部分,向前向后分别提取脊线,提高了低信噪比下频率估计的准确性。仿真结果表明,对6 Ma、40g、100 g/s的高动态信号,相比传统时频分析方法频率估计精度提高50%以上,所提方法捕获概率可达到95%以上,对低信噪比高动态信号有较强的适应能力。

无人机通信中的资源分配及部署位置联合优化

为提升基于正交频分多址接入模式无人机辅助无线通信系统的网络性能,首先,以提升用户的公平性为系统方案设计指标,将包括子信道分配、调制模式选择、功率分配等通信资源和无人机位置联合建模为一个混合整数非线性优化问题;进一步,利用迭代优化的方式解决变量耦合性及非凸性等问题,将最大-最小问题转换为两个子问题:子信道分配和调制方式选择联合优化、无人机位置和子信道功率联合优化;然后,通过适当变换将子信道分配和调制方式选择联合优化建模为0-1线性优化问题进行求解,而无人机位置和子信道功率联合优化建模为凸优化问题求解;最后,进行实验仿真验证.研究结果表明,所提联合优化算法相比基本方案可有效提升网络用户的公平性.

微机械频率梳动力学行为及应用研究综述

光学频率梳在精确测量和时频标准领域有着重要作用.随着技术进步,传统的光学频率梳向着小型化、集成化方向发展出微型光学频率梳、微型光机械耦合频率梳等新型技术.借鉴光子和声子之间的共性,纯粹基于机械振动的微机械频率梳为传感器技术、量子信息通信和极端环境下的应用提供了新的可能性.本文首先介绍了微机械频率梳的形成机理和数值仿真模型.在此基础上,本文主要阐述了微机械频率梳基于参数激励、内共振、碰撞效应、负耗散、负非线性摩擦等多种激发原理,总结了国内外现有的研究现状.此外,本文还从实际应用的角度让读者进一步了解微机械频率梳在相关领域的广泛应用,有助于了解微机械频率梳的自身特点和优势.最后,本文对未来发展方向进行了总结和展望.

用于雷达波形设计的NLFM脉冲波形优化设计方法

在介绍非线性调频(NLFM)脉压波形设计一般原理的基础上,提出了一种优化设计方法,用该方法设计的NLFM波形具有很低的距离副瓣。开发了一个脉压波形优化设计程序,它具有友好的用户界面,能根据雷达参数很快设计出波形,能给出相应的线性调频(LFM)波形对比,并能分析模拟目标回波经脉压滤波器的处理结果。

DPT和虚拟阵列相结合的相干NLFM信号的DOA估计

针对无线电通信领域中经常遇到多径传输和反射因素的现象,必须考虑宽带相干信号源的存在。提出一种离散多项式相位变换(DPT)与虚拟阵列变换法相结合的相干非线性调频(NLFM)信号的波达方向(DOA)估计方法,并对其中的算法做了对比、分析和改进。解决了常规MUSIC、ESPRIT算法不能估计宽带信号、相干信号的问题,不仅能更准确地进行DOA估计,而且不损失阵列的孔径,提高了阵元数的利用率。同时还提出了当两个信号源很近的情况下的角度估计算法。仿真实验证明了该算法的有效性。

基于光电锁相环的高线性FMCW激光雷达频率调谐技术

搭建了可调谐半导体激光器扫频非线性校正系统,研究了锯齿波调制下半导体激光器的扫频非线性特性,将光电锁相环技术引入调频连续波光源系统中,提出在预失真校正电流基础上采用光电锁相环的方法来克服扫频非线性,以防止大范围扫频非线性频差导致的失锁现象。基于调频连续波激光测距实验,验证光频线性化的效果,并分析了扫频非线性对精确距离测量的影响。实验结果表明,经过非线性校正后,激光器输出光频与理想线性光频差的均方根误差缩小到23.7 MHz(减小为校正前的1/219),残余非线性仅余0.0339%,1-r2的数量级达到10-7,测距实验中得到的目标厚度误差在不同测量距离下在0.05 mm~0.15 mm之间变化,表明非线性校正取得了良好的效果。

激光频率调制干涉光纤测长方法研究

光纤长度测量技术在光的传感领域起着至关重要的作用,如何精确地测量光纤长度是该领域的一个研究热点。激光频率调制干涉测量技术拥有高空间分辨率的测量优点,可用于光纤长度测量领域,但是调频非线性会导致频谱展宽,影响测距精度。提出一种基于Lomb-Scargle法的光纤测长技术,在对非线性校正的同时可以得到较为准确的测量值,其测量范围不受辅助路光程差限制。作为验证,对1.2 m左右长的光纤进行测长实验,可得到此方法的测量绝对误差基本稳定在50μm以内,拥有较高的测量精度。该方法为激光频率调制干涉测量技术的非线性校正提供了一种方法思路。

基于多重高阶同步压缩的高动态信号捕获技术

高动态用户在利用低轨卫星进行通信时,由于卫星与终端的高速相对运动,不但会产生大频偏,还会产生较大的多普勒变化率,当截取时间内频率变化率超过频率分辨率时,会造成常规捕获方法失败。为了解决高动态信号的捕获问题,根据多普勒变化特点将信号建模为非线性调频信号,并采用时频分析方法提取瞬时频率;推导了高动态信号的同步压缩过程,为了提高时频分析的聚集能力以及对于动态信号的稳健性,设计了一种针对高动态信号的多重高阶同步压缩方法。仿真结果表明,所提方法对具有K级频偏及一二阶频偏变化率的高动态信号频率估计误差在较高信噪比下可降至2.4 Hz左右,捕获概率提高至99.5%左右,相对于多重同步压缩方法均有提升。

基于NLFM的脉冲压缩雷达提高距离分辨率的仿真研究

基于逗留相位原理以及信号的自相关函数,设计了一种性能十分优越的非线性调频(NLFM)脉冲压缩雷达体制.该体制解决了作用距离和距离分辨率之间的矛盾.利用Matlab进行仿真,结果表明该方法设计的NLFM波形具有很低的距离副瓣,无需加权处理,从而避免了加权引起的失配损失.

一种NLFM-CPM雷达通信一体化信号设计

针对利用雷达信号调制通信信息提高雷达低占空比脉冲发射形式下的通信速率时,信号自相关旁瓣较高的问题,提出一种基于非线性调频(nonlinear frequency modulation,NLFM)信号的雷达通信一体化信号形式。首先,结合连续相位调制(continuous phase modulation,CPM)建立了NLFM-CPM一体化信号模型。然后,根据雷达自相关性能准则与分辨性能准则,在匹配滤波的处理方案下,分析了一体化信号的调制参数对雷达探测性能的影响。最后,分析了调制参数对通信性能的影响。仿真结果表明,该信号在不损失雷达主瓣能量、距离与速度分辨率以及兼顾通信可靠性的前提下,可实现低于-35dB的自相关旁瓣。