平面端射圆极化天线进展综述

全面总结了平面端射圆极化天线的发展历程和重要突破。以正交磁偶极子和平面互补振子两大核心工作原理为主线,深入剖析平面端射圆极化天线的一般性设计方法,阐明其形态演变规律,详细介绍了平面端射圆极化天线的宽带设计技术、波束调控技术以及高增益设计技术等研究现状,最后探讨平面端射圆极化天线的可能发展方向,用于指导该领域的科学研究和工程设计。

高光谱偏振技术的研究进展及展望

高光谱偏振技术是一种融合了高光谱和偏振成像的新兴技术,其在多个科学领域成为研究热点。本文旨在全面综述高光谱偏振技术的研究进展,并展望其未来发展方向。首先介绍了高光谱偏振技术的基本原理,解释了高光谱和偏振成像相结合的优势。然后,根据不同的设计原理介绍了偏振光谱仪器的分类。接下来详细讨论了该技术在遥感、医学、环境监测、地球科学和材料科学等领域的广泛应用。通过对不同领域的案例研究进行梳理,展示了高光谱偏振技术在提供更为丰富、精确信息方面的独特优势。最后对高光谱偏振技术目前面临的挑战进行了分析,包括仪器设备的精密性、数据处理的复杂性以及与其他传感设备的有效融合的问题。针对这些挑战,探讨了未来技术发展方向。未来的研究应着重于提升该技术的高光谱和时间分辨率,提高数据处理和分析准确性,扩展不同应用场景的适用性,以更好地满足不同领域的需求。综合而言,高光谱偏振技术作为一种全面、高效的信息获取手段,在多个领域取得了显著的研究进展。通过优化高光谱偏振技术满足更宽广的应用领域,高光谱偏振技术有望成为未来科学研究和实际应用中的重要工具。

C波段双偏振天气雷达偏振参量标准差分析与改进

标准偏差分析方法是有效评估雷达数据质量的关键。本文采用标准差分析法对C波段双极化雷达偏振参数进行了深入分析,以找出主要影响因素并优化参数配置。通过观测实验考察了典型天气过程中极化参数标准差的改善效果。结果表明:现有观测模式对C波段偏振参数的精度较低,并且不同仰角之间存在显著精度差异。其中,在1.5°仰角处,极化参数数据的精度高于0.5°仰角处。驻留时间、脉冲重复频率和脉冲数直接影响C波段双线极化雷达极化参数的标准差。通过优化脉冲重复频率和脉冲数,在不改变观测模式的情况下,提高了在相同停留时间内偏振标准差的精度。对两个典型天气过程中极化参数标准差的分析表明,在进行参数优化之前,冰雹过程中极化标准差普遍高于强降水事件;然而,在改进后,强降水事件中极化标准差精度通常优于冰雹事件。经过改进后的观测模式在一定程度上提升了C波段双极化雷达偏振参数数据的精确性。

基于偏振特征区域分解的耀光抑制方法

海面探测领域中,太阳耀光导致光电探测设备大面积像元饱和,严重妨碍了海面目标的信息采集工作。为了对太阳耀光进行抑制,提出基于偏振特征区域分解的耀光抑制方法。该方法通过分析探测器对偏振数据的采集情况,将耀光区域进行特征分解。对偏振非饱和耀光区域,通过完全偏振分解方法解算去偏振分量图像,滤除部分反射光,恢复耀光遮蔽区域场景信息。同时设置灰度容限,剥离偏振饱和耀光区域。针对偏振饱和耀光区域采集数据失真的问题,采用FMM图像修复算法,将非耀光区域水面信息扩散到耀光区域,重建灰度数据。本文在室内搭建耀光模拟及偏振成像平台,对采集图像进行算法测试。实验结果表明:抑制后的图像,饱和像素数平均降低了99.98%,基本消除了饱和像素。同时灰度均值降低了59.35%,并显著提高了信噪比。验证了本文方法对耀光杂波抑制的有效性与可行性。

一种等通量波束的多极化可重构天线

随着航天技术的革新,对近地轨道的通信需求逐年增高。近地轨道卫星就在此背景下产生,主要应用于遥感探测天气预报和数据通信领域。由于近地轨道卫星天线辐射波束所覆盖的地球表面是球面,因此波束通常设计为等通量形式。由于卫星通信通常存在极化失配、多径效应等问题,选择多极化而不是圆极化作为近地卫星天线的工作状态能更好地适应复杂的工作环境,保证通信质量,将等通量波束天线和多极化可重构技术结合起来有很大的应用前景。基于一对正交圆极化波能合成线极化波的设计原理,文中提出了一种具有等通量波束的多极化可重构天线,该天线由可重构馈电网络和带扼流环的隔片极化器圆波导组成。馈电网络中嵌入单刀四掷开关(SP4T)与单刀双掷开关(SP2T),通过改变开关的工作状态,馈电网络将给圆波导提供不同的馈电条件,在圆波导内隔片的作用下天线实现两种圆极化与两种线极化的可重构。通过在圆波导口引入扼流环以及波导口作“T”型开槽处理,实现波束赋形,并且保证天线在不同极化状态下辐射等通量波束。实测结果显示,天线在不同的极化状态下-15 dB重叠阻抗带宽14.7%,覆盖4.80~5.56 GHz,方向图顶部在θ为-24°~+24°范围内具有平坦效果,圆极化状态下空间轴比覆盖-51°~+50°,覆盖范围大于方向图顶部平坦范围。天线实测结果与仿真结果有较好的一致性,具有多极化和方向图顶部平坦的优势,可满足移动通信和卫星通信中多极化应用场景的需要。

GNSS线极化天线干涉信号反演土壤湿度算法测试

利用全球导航卫星系统干涉信号(GNSS-IR)测量土壤湿度已成为热门的研究课题。搭载低成本线性极化天线的智能手机可以方便快捷采集干涉信号信噪比(SNR)。分别仿真垂直和水平线性极化天线采集的GNSS干涉信号,给出2种极化方式下干涉信号SNR波形和反射率随卫星高度角变化的结果。对于垂直极化分量,电磁波会在入射角65°~85°左右时发生全透射,导致干涉信号振荡效果消失,而水平极化不存在该现象。同时,分别仿真右旋圆极化(RHCP)直射和左旋圆极化(LHCP)反射天线采集的GNSS信号,并计算直反射信号的幅值比。在仿真基础上分别利用不同极化天线进行实验,结果表明:采用线性极化天线采集的GNSS干涉信号振荡效果几乎不受卫星高度角的限制,可以为土壤湿度反演提供更多的有效数据,并且反演得到的土壤湿度与同位数据具有良好的一致性,两者的相关性达到0.95。使用搭载圆极化天线的双通道接收机采集北斗系统卫星数据进行对比,相关性达到0.91。对于不同的设备,智能手机采集的GNSS数据占用空间相对比于双通道接收机降低1%,且反演结果相关性接近,由于干涉信号提取直反射信号需要一定的振荡周期,故反演结果的时间分辨率要低于双通道接收机。

连续镜面反射中反射率变化的实验与分析

为了探索光线连续镜面反射中光偏振的累积效应对反射率的影响以及反射率的变化规律,首先理论分析了连续镜面反射过程中光偏振的累积效应;然后,开展了一个光学实验,以测试非偏振光在5次相同入射角的连续镜面反射过程中两个正交分量上光强;最后,计算出两个分量上反射率和总反射率,并分析了这些反射率的变化规律。理论上,在连续镜面反射全过程中光线两个分量上反射率应始终保持不变,而总反射率却会随着反射次数的增多而逐渐增大;由于实验测试结果与理论值之间还存在小于3.5%的误差,建议进一步改善实验条件,以验证总反射率随反射次数增多而增大的趋势。

基于KA-SRCN-pSTAP的低空风切变风速估计方法

针对由于独立同分布(IID)样本严重不足,导致极化空时自适应(pSTAP)处理性能下降,进而导致低空风切变风速估计不准确的问题,本文提出了一种基于知识辅助的稀疏表示杂波零陷极化空时自适应(KA-SRCN-pSTAP)的低空风切变风速估计方法。该方法首先利用杂波脊的先验知识辅助构造极化空时稀疏字典,然后利用极化空时稀疏字典,通过SRCN算法挑选原子并对到杂波线性子空间补空间上的投影矩阵进行估计,从而得到pSTAP权矢量,最后构造pSTAP滤波器对地杂波进行抑制,准确估计低空风切变风速。该方法仅使用少量IID样本,将SRCN算法与极化-空时域相结合,完成对风切变风速的有效估计。仿真实验结果证明该方法可以有效实现少样本情况下的风速准确估计。

对外开放度与经济极化的双层面协同效应分析

以2016—2020年长三角城市群的26个城市为例,对长三角城市群整体的对外开放度、经济极化程度以及各个城市对区域经济极化效应的贡献度进行测算,运用单位根检验、空间自相关等计量经济模型分析对外开放度对城市和区域经济极化影响的协同效应,探究对外开放度的变化对城市和区域的经济极化的影响。结论认为:长三角城市群区域对外开放度和经济极化程度存在长期稳定的均衡关系,但是区域的对外开放度对经济极化效应的影响缺乏稳定的一致水平;长三角城市群的对外开放度与其经济极化效应之间存在协整关系和正向相关关系,即随着城市对外开放度的提高,其经济极化效应也在提高。格兰杰因果检验表明:长三角城市群区域层次的对外开放度不是经济极化效应的格兰杰原因,而经济极化效应是对外开放度的格兰杰原因;城市层次的对外开放度是经济极化贡献度的格兰杰原因,而经济极化贡献度不是对外开放度的格兰杰原因。

三维激电法在黔西北某铅锌矿勘查中的应用

黔西北铅锌成矿区是贵州省重要的铅锌产地之一,区内发现的某超大型铅锌矿深部及外围被认为仍具较大找矿潜力。随着埋深加大,地质条件更复杂,通过地球物理方法探查直接或间接的矿致异常愈加被认可。为研究三维激电方法在黔西北铅锌成矿区的勘查效果,首先在典型矿床开展了方法有效性及装置参数试验,结果显示梯度四极加三极装置联合反演显示的高极化率(17~20 mV/V)、低电阻率(158~251Ω·m)与已知铅锌矿体空间位置对应较好,然后应用到外围空白区,圈定了高极化、低电阻激电异常,经钻孔验证为含黄铁矿及铅锌矿(化)地质体。表明通过低电阻率高极化率圈定含黄铁矿物地质体异常,结合地质分析,间接指示铅锌矿体空间位置是本区三维激电方法应用的思路,对地区同类型铅锌矿地球物理勘探具有参考意义。

交替极化阵列对消盲区分析与验证

当干扰信号的空域和极化域特征与目标信号相似时,采用空极化域联合抗干扰技术在消除干扰的同时也会抑制目标信号,导致干扰对消后信干噪比(signal to interference plus noise ratio,SINR)低于雷达系统需求,从而形成干扰对消盲区。针对这一现象,通过在空域、极化域与空极化域分别建立交替极化阵列对消盲区模型,推导了对消盲区位置和大小的数学表达式,从而给出了交替极化阵列对消盲区的数学表征方法。进而分析了交替极化阵列对消盲区的分布规律与影响因素,研究发现阵元间距能够显著影响交替极化阵列对消盲区的分布,在相同条件下交替极化阵列对消盲区大于共点极化阵列对消盲区,结果表明交替极化阵列虽然通过减少天线数目降低了设备成本,但增大了阵列的对消盲区。然后,对消盲区模型进行了数值仿真,仿真结果验证了理论分析。最后,利用信道模拟器搭建了实验平台,信道模拟实验测得的对消盲区与理论值基本一致,再次证明了分析结论的有效性。

强光背景下主动偏振成像方法

针对传统光电探测方法在强光背景下目标探测对比度低的问题,本文提出一种基于激光照明的主动偏振成像方法。首先构建激光入射双向反射分布模型、激光入射偏振双向反射分布模型以及激光照明的目标表面偏振度模型,并分析3种典型目标材料偏振特性与束散角之间的耦合关系。然后在暗室可控条件下开展逆光观测实验,验证目标偏振特性受激光束散角的影响。实验结果表明:强光背景下主动偏振成像目标对比度与传统被动强度成像相比提升了86.11%,不同束散角下不同目标材料的可见光偏振特性间存在差异,金属材质相对于非金属材质的线偏振度提升更高,实验结果与理论分析具有较好的一致性。最后,在室外开展太阳逆光观测实验,验证了研究方法在室外高强光、远距离下依旧具有适用性。本研究为提升强光背景下的目标精准感知能力奠定了理论基础。

光电调控的磁性WSe_(2)超晶格中的自旋和谷极化输运

基于磁性WSe_(2)超晶格系统,探讨了非共振圆偏振光与栅极电压及其对隧穿、谷极化及自旋极化的影响;发现了单层WSe_(2)的弹道输运操纵,以及基于磁性WSe_(2)的NM-FM-NM结的周期性阵列量子输运的调控.结果表明:通过增加势垒的数量,圆偏振光临界值可消除透射能隙;圆偏振光和栅极电压可视为一个透射阀,也可用于控制自旋和谷极化的敏感旋钮.发现了在WSe_(2)超晶格中的克莱因隧穿是自旋-谷相关的;自旋-谷极化可以利用栅极电压和圆偏振光来调整和转换.

基于硅基光电子芯片的低损耗动态偏振控制器

动态偏振控制器能够实现输入光场任意偏振态到输出光场任意偏振态的控制,可以动态补偿长距离单模光纤导致的双折射效应,是量子通信和相干通信系统中的重要器件.本文设计并实验验证了基于硅基光电子芯片的低损耗动态偏振控制器,芯片采用标准的绝缘体上硅工艺制作,器件整体尺寸为5.20 mm×0.12 mm×0.80 mm,整体损耗为5.7 dB,最大功耗为0.2W.基于可变步长.模拟退火算法、低噪声探测器和高静态消光比的器件,动态偏振消光比可锁定至30 dB以上.芯片采用热相移器对TE0光场的相位延迟量进行控制,整体为0°/45°/0°/45°结构,可实现无端偏振控制.基于Lumerical软件对核心部件偏振旋转分束结构进行了优化,该结构将以端面耦合方式进入波导中的TM0模式光场转化至另一波导中的TE0模式光场,而原单波导中TE0模式光场不发生转化,实验测得动态偏振控制器的静态偏振消光比可达40 dB以上.该器件具有小体积、低功耗和低成本的特点,可以广泛应用于量子通信和相干通信等领域,特别是需要考虑体积、功耗和成本的应用场合.

P和L波段的典型地物雷达散射系数的研究

能够反映地物散射特性的雷达散射系数应用前景广泛,具有重要的学术价值。国内外对于L波段同极化和交叉极化雷达散射系数的差值的相关研究较少,且暂无公开的P波段典型地物的雷达散射系数数据,为了弥补这一现状,文章结合国内外实测数据分析了P波段和L波段雷达散射系数和入射角的变化关系,并对L波段和P波段典型地物的雷达散射系数进行了比较。结果表明:L波段HH极化和HV极化雷达散射系数的差值随着入射角的增大而减小,在40°入射角时,典型地物的差值在10~13 dB;P波段典型地物雷达散射系数随着入射角的增加而减小,且比L波段小1~2 dB;P波段HH极化和HV极化雷达散射系数差值随着入射角的增大而减小。文章的研究为P、L波段雷达的遥感应用积累了数据,为极化SAR反演目标信息提供帮助和借鉴。

偏振滤光增强白昼测星信噪比效能分析

目前的天文大地测量只能在夜间可见光波段观测恒星等自然天体实现定位定向,尚未实现全天时测量,因此研究白昼测星技术具有重要的意义。为增强白昼测星信噪比,本文通过构建偏振滤光信噪比增强模型,分析了采用偏振滤光方法的测星信噪比增强效能。首先,分析了大气偏振态的表征模型,并以瑞利散射模型为基础构建了偏振滤光模型;然后,推导了白昼测星信噪比增强模型,并对信噪比增强效能及影响因素进行了分析;最后,搭建室外试验平台,验证了偏振滤光增强白昼测星实际效能。试验结果表明,在900~1700 nm的近红外波段,基于瑞利散射模型构建的滤光模型准确度较好,其中77%的点位偏振角误差小于5°,100%的点位偏振角误差优于12°,可满足实用偏振滤光模型的精度需求;通过对Arcturus、Kochab等6颗恒星观测表明,不同观测方位恒星信噪比可提升22%~109%,与信噪比增强模型基本一致;在全天域采用偏振滤光方法进行白昼测星具有重要应用价值,当全天域最大偏振度为0.65时,偏振度均值可达0.34,对应测星信噪比可提升约51.5%。

紧缩极化SAR卷积神经网络溢油检测方法

为研究利用紧缩极化SAR代替全极化SAR进行海洋溢油检测的可行性,以及不同极化参数对溢油检测准确率的影响,本文利用卷积神经网络(CNN)的SAR溢油检测算法,对全极化模式及由全极化构造的紧缩极化SAR数据分别提取极化参数,研究其对于溢油分类准确率的影响;同时对比不同SAR数据预处理步骤对溢油检测精度的影响。研究结果表明,对于预处理步骤,线性拉伸方法能够有效提升溢油检测的准确率;在极化参数选择上,极化参数极化熵H在全极化与紧缩极化模式上都取得最高的分类准确率,分别为0.972和0.978。该研究结果证明了利用紧缩极化SAR代替全极化SAR进行溢油检测的可行性,在溢油检测方面具有较好的应用潜力。

基于宽带极化纯度估计的极化测量定标修正

对扩展目标极化散射特性进行测量时,通常期望精确获得宽带高分辨条件下目标各散射中心的极化特征信息,但由于各极化分量散射的信号对测试系统的正交极化通道存在能量泄漏,会严重影响较弱的极化散射分量的测量准确性。基于极化散射测量定标原理与宽带高分辨极化测量表征模型,分析了干扰量的产生原因以及对散射中心测试结果的影响机理,提出了一种基于宽带正交极化纯度估计进而修正复杂目标极化测量结果的方法,并通过对金属球、金属二面角组合和类弹头金属模型3类典型目标的实测,验证了其有效性。

空间天文紫外偏振探测技术研究进展

新型空间天文探测技术在科学进步和国家发展方面起着至关重要的作用。其高精度的观测提供了独特的机遇,深化了人们对宇宙的理解,同时推动了天体物理学和宇宙学的前沿研究。这些探测不仅为理论模型的验证与发展提供了不可或缺的数据,还在基础物理学领域催生了新理论。在国家层面,拥有先进的空间天文探测技术不仅凸显了国家在科研领域的实力,同时为培养高水平的科研人才提供了重要平台,有助于国家在全球科研舞台上赢得竞争优势。因此,对新型空间天文探测技术的研究和发展显得十分紧迫。天文紫外偏振作为一种创新的空间天文探测手段,相较于传统探测手段,紫外偏振测量技术能够提供多维度的观测数据,进而实现全方位的宇宙感知能力,具备巨大地应用潜力。鉴于目前尚未有关于空间天文紫外偏振探测的系统性综述报告和文章,因此,文中从紫外偏振科学研究的角度出发,总结已有的紫外偏振载荷,挖掘这一领域技术发展的思路和途径,最后对该技术未来发展方向进行展望与总结,为我国在该领域的未来研究提供有益参考。

温度梯度铁电材料极化偏移与热释电性的内在关联性研究

在平均场近似的理论框架下,采用拓展的横场伊辛模型理论,探讨温度梯度铁电材料极化偏移与热释电性质的内在联系的微观物理机制。研究表明:极化偏移的极值和材料内首发相变的梯度层的性质密切相关。极化偏移的极值和热释电系数的峰值总是成对出现,改变温度梯度铁电材料内首发相变层的性质是调控极化偏移、改善材料热释电性能的关键因素。