基于时频域卡尔曼滤波的CO-OFDM系统相位噪声补偿算法

针对基于高阶正交幅度调制(QAM)的大线宽相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统,提出了一种基于时域和频域卡尔曼滤波(KF)联合估计的相位噪声补偿算法。所提算法在发射端插入时域训练符号和导频序列,在接收端基于训练符号进行频域卡尔曼滤波后得到信道估计值,进行时域扩展卡尔曼滤波(EKF)后得到相位噪声粗略估计值。时域相位噪声估计值为复数值,为获得较好的补偿效果,根据导频序列数目将每个OFDM符号分割为若干个亚符号。在导频序列处进行时域EKF,通过在每个亚符号最后一个导频处进行线性插值,得到每个采样点的相位噪声粗略估计值。对粗略相位噪声补偿后的频域数据进行预判决,并对时域相位噪声进行精细补偿。采用所提算法对传输速率为50Gbit·s-1、传输距离为100km的CO-OFDM系统进行了数值模拟,结果表明所提算法与其他方法相比取得了较好的补偿效果。对于激光器线宽为1 MHz(16QAM)和800kHz(32QAM)的CO-OFDM系统,误码率可达前向纠错上限。     

外场激励下腔内屏蔽电缆响应的方法研究

 将时域有限差分（FDTD）法和外场激励下屏蔽电缆的传输线模型相结合,研究计算了外场激励下带缝金属腔内屏蔽电缆的终端负载响应。首先利用FDTD计算了腔内屏蔽电缆处的激励场,然后由得到的激励场和外场激励下屏蔽电缆的传输线模型计算得到屏蔽电缆的终端响应。研究表明,屏蔽电缆对外场干扰具有良好的屏蔽性能。该方法需要的内存和计算量较小,并且使用简单方便。     

CO-OFDM系统基于时频域卡尔曼滤波的相位噪声补偿算法

本文基于高阶正交幅度调制(QAM)和大线宽的相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统,提出了一种基于时域和频域卡尔曼滤波联合估计的相位噪声补偿算法。该算法在发射端时域插入训练符号和导频序列,首先在接收端基于训练符号进行频域卡尔曼滤波得到信道估计。其次进行时域扩展卡尔曼滤波得到相位噪声粗略估计值。因此时相位估计值为复数值,为获得较好的补偿效果,根据导频序列数目,将每个OFDM符号分割为若干个亚符号。同时在导频序列处进行时域扩展卡尔曼滤波,通过在每个亚符号最后一个导频处进行线性插值得到每个采样点的相位噪声粗略估值。将粗略相位噪声补偿后的频域数据进行预判决后,最后进行时域相位噪声精细补偿。基于50Gb/sCO-OFDM系统传输100km进行了仿真验证,该算法较其他方法相比取得了较好的补偿效果。在激光器线宽为1MHz且16QAM以及线宽为800KHz且32QAM两种情况下,误码率性能可达前向纠错(FEC)上限。该算法能极大促进CO-OFDM系统在长距离接入网和城域网中的应用。     

基于单边带调制单载波频域均衡技术的研究

单载波频域均衡技术在无线通信中是极为成熟且研究广泛的信道均衡及补偿技术,该技术采用高速数字信号处理将电信号从时域变换到频域进行均衡补偿。在光纤通信系统中,提出采用单载波频域均衡技术对接收信号进行电域色散补偿,在10 Gb/s的单边带幅移键控(ASK)调制光信号经过50,80和100 km普通单模光纤传输之后,验证了频域均衡对色散补偿的效果。其中单边带ASK调制光信号基于有限冲击响应希尔伯特变换,利用一个双臂马赫-曾德尔(MZ)调制器级联一个相位调制器来产生。结果证明,频域均衡模型能有效提高眼图开启度和降低时钟抖动,随着传输距离的增加,改善效果更加显著。最后在分析系统均衡和补偿效果参数的基础上,得出了实现最佳频域均衡效果的单边带调制点。     

时域分析自适应光学中的非等晕性

本文利用时域分析方法讨论了自适应光学中的非等晕性以及相位梯度法克服非等晕性的适用性,并将位相补偿和位相梯度法补偿情况下的剩余位相结构函数和Strehl比的一般表达式,统一用传递函数H(f)来描述。该关系式不仅可分析非等晕性,同时可讨论大气平均风场和系统响应带宽对自适应光学系统补偿效率的影响。     

辐照和电流注入下电缆耦合响应的计算

 采用传输线模型，利用时域有限差分方法计算了辐照和电流注入两种试验环境中电缆屏蔽层电流对芯线的耦合响应，并对响应规律进行了研究。计算结果表明：电流注入时近端负载电压峰值最小，辐照时次之，电流注入时远端最大；负载电压峰值、负载能量与屏蔽层电流源幅度等比例变化；相比较前沿的变化而言，改变屏蔽层电流源前沿对负载电压峰值和负载能量的影响不大；屏蔽层电流源半高宽较小时，负载电压峰值、负载能量与半高宽是非线性关系，屏蔽层电流源半高宽较大时，负载电压峰值、负载能量与半高宽成线性关系；电缆较短时，改变电缆长度对负载电压峰值有影响，而电缆较长时，只会影响电缆负载能量。     

提高多频条纹投影相位提取精度的反向误差补偿法

为了减小光栅投影三维测量系统中数字投影仪的非线性响应引起的相位误差,提出了一种提高物体相位测量精度和速度的多频条纹反向相位误差补偿方法。该方法通过投影与最高频率相同且具有特定相移量的补偿相移条纹图,获取相位误差大小相等,符号相反的两幅主值相位图,二者运算后误差得以抵消,与多频法相结合从而得到精确的绝对相位值。采用标准平面对提出的方法进行实验验证,并与最近提出的希尔伯特变换补偿方法以及典型相位补偿方法进行比较。实验结果表明,所提方法能有效提高相位测量的精度和速度。通过对自由曲面以及表面不连续物体进行相位误差补偿,进一步验证了该方法的可行性和有效性。     

变形镜对千赫兹掺钛蓝宝石飞秒激光频谱相位补偿

尝试用光谱展宽的方法从频谱相位(而非时域相位)的角度利用变形反射镜来补偿1kHz飞秒激光系统输出光路的频谱相位畸变,从而提高飞秒激光脉冲的时域强度衬比度,改善其光束质量。频谱相位补偿实验是在一台1kHz掺钛蓝宝石飞秒激光系统输出光路中,针对超短脉冲光束通过传输介质后的频谱相位畸变,引入变形反射镜进行补偿。应用频谱相位干涉直接电场重构(SPIDER)方法和仪器作为测量手段,建立了一套相位测量补偿系统。实验结果表明用变形反射镜可使激光脉冲的相位畸变得到较好的补偿,脉冲的光束质量得到改善。这种方法的主要思想就是将相位补偿转换为空问的光程控制,控制简单且损耗很低,是自适应光学中具有应用前景的一种补偿方法。     

大线宽相干光正交频分复用系统中盲相位噪声补偿

基于大线宽相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统,提出了一种可以有效克服符号判决错误的盲载波间干扰(ICI)相位噪声补偿算法。使用该算法之前,先使用无迭代盲(IFB)算法对公共相位误差(CPE)的相位噪声进行补偿。该算法采用了形式简单的代价函数,可大幅减小计算复杂度。该ICI相位噪声补偿算法包括粗略ICI和精细ICI相位噪声补偿两个阶段,先使用平均能量盲(Avg-BL)算法进行粗略ICI相位噪声补偿,再使用公共相位误差分割补偿(CPEC)算法进行精细ICI相位噪声补偿。该CPEC算法对粗略ICI相位噪声补偿后的频域数据进行判决,再将每个接收到的正交频分多路复用(OFDM)时域符号分割为一定数目的亚符号,从而求出每个亚符号中相位噪声的近似平均值。Avg-BL算法有效解决了CPEC算法中的符号判决错误传播问题;CPEC算法在时域OFDM亚符号分割数目较大的情况下,对ICI相位噪声具有较好的补偿效果。对50Gbit/s CO-OFDM系统在传输距离为100km的情况进行了仿真,仿真结果表明,与Avg-BL算法和CPEC算法等ICI相位噪声算法相比,所提算法具有较好的相位噪声补偿效果,且具有较高的频谱利用率。在该算法中,选择合适的时域OFDM亚符号分割数目,可取得较好的补偿效果,且算法复杂度并未显著增加。     

基于频域幅度谱数据重建电磁脉冲时域波形

 由频域幅度谱数据重建时域脉冲波形，是电磁脉冲效应及传感器标定研究中经常遇到的问题。根据最小相位原理，利用倒谱技术，编程实现了从频域幅度谱数据构造相位信息，进而反演时域脉冲响应波形。对几类函数波形和一组实测高空核爆电磁脉冲(HEMP)波形的验证结果表明，HEMP波形、余(正)弦阻尼振荡波形等信号的重建波形与原始波形符合很好。对于非最小相位信号，重建波形的前(后)沿、峰值等细节参数有一定差别，但也能给出一些波形、累积能量、幅值量级等方面的标志信息。     

垂直极化平行板有界波电磁脉冲模拟器辐射近场的快速估算方法

为快速估算出垂直极化平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器的时域近场,将散射传递函数法应用于该类型模拟器近场的时域计算中,即对于给定的脉冲源,先寻找有效频谱范围能覆盖该源的高斯脉冲源,并应用时域有限差分(FDTD)方法计算该高斯脉冲源激励时模拟器中测试点场的时域响应,再利用傅里叶变换、系统的传递函数及傅里叶逆变换计算得到给定脉冲源激励时各测试点场的瞬态响应。所得计算结果与直接使用给定脉冲源激励时FDTD方法的计算结果符合较好。所述方法可用于同一模拟器在不同脉冲源激励时辐射近场的快速估算,能大大减少FDTD模拟计算的次数,尤其对于中大型模拟器能有效减少计算时间和内存。     

高频电磁干扰对传输线耦合全波建模方法

对于场线耦合问题,经典传输线理论不适用于求解高频电磁干扰辐照下传输线负载上的电压和电流响应。针对这一问题,首先介绍了一种基于天线理论和模拟行为建模（ABM）的时域全波建模方法。该方法利用Harrington矩量法将电流积分方程离散并推导得到宏模型时域表达式,然后利用ABM频域功能实现频变参数的傅里叶逆变换和时域卷积计算。利用电路求解器,该建模方法可直接求解任意结构传输线耦合的负载处瞬态响应;与传统全波算法相比,模型一旦建立便可应用于任意入射场和线性/非线性负载的情况,无需重复耗时地求解电流积分方程。该方法可简化全波算法求解过程,提高仿真计算效率,尤其便于在入射场和负载存在不确定参数时进行高效重复抽样计算以获得统计特性。然后以高频电磁干扰耦合有损大地上的双导体传输线为例,通过与数值电磁代码和传统传输线理论方法的求解结果对比,验证了所提宏模型的有效性以及传输线理论在解决场线耦合问题时的局限性。结果表明,基于全波方法构建的宏模型可在时域内高效准确地求解高频电磁干扰辐照下任意形状传输线负载上的瞬态响应。     

一种计算分层半空间上方导线瞬态响应的新方法

提出了一种将时域积分方程(time domain integral equation, TDIE)方法和时域有限差分(finite differnce time domain, FDTD)方法相结合计算分层有耗半空间上方导线瞬态电磁响应的新方法.其中,一维FDTD方法用于计算入射电磁波经分层半空间反射的时域波形.TDIE用于求解细导线在加入两个激励源(直接入射电磁波和经分层半空间反射的电磁波)时的瞬态响应.相关计算理论和数值模拟结果说明了本文方法是一种解决了分层有耗介质上方水平放置导线瞬态响应的高效解决方案. 关键词： 时域积分方程 时域有限差分 细导线 分层半空间     

电磁脉冲作用下地面铺设屏蔽电缆蒙皮电流分布的时域计算方法研究

为克服传输线理论方法求解电磁脉冲电缆耦合问题存在的不足，对电磁脉冲电缆耦合问题进行了时域求解方法的研究。引入了适用于电磁脉冲电缆耦合问题数值求解的基于细线散射的时域有限差分(FDTD)法，将Gedney's PML进行了扩展，使其可以用于各向同性有耗计算域截断问题的处理。利用建立的数值方法，模拟了电磁脉冲作用下地面铺设屏蔽电缆引起的蒙皮感应电流分布规律及波形特征，并利用辐射波电磁脉冲模拟器对该问题进行了实验研究。计算与实验结果在误差范围内的一致性证明了数值结果的可靠性，以及该时域计算方法在处理电磁脉冲电缆耦合问题的可靠性。     

Precisely optical material parameter determination by time domain waveform rebuilding with THz time-domain spectroscopy

We offer an innovative optical material parameter extraction algorithm for Terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS). Unlike previously reported extraction algorithms in frequency domain, which have to be compromised between amplitude and phase, or the real part and imaginary part of the transfer function, we calculate material parameters by minimizing the difference between the measured sample waveform and the rebuilt one in time domain. The new method is effectively verified by different samples, and can be used either in transmission mode or in reflection mode for THz-TDS.     

基于D-dot传感器的弓网离线放电瞬态电场时域测试方法

弓网离线放电电磁辐射具有瞬态、宽频带的特性,可使用D-dot传感器对其进行时域瞬态电场测量,但在对传感器所测微分信号积分还原时,存在信号恢复失真问题严重。搭建了包含脉冲电场发生装置和测量装置的瞬态电场时域波形还原系统,开展了基于D-dot传感器的去直流、数值积分、消除趋势项以及系统辨识低频补偿在内的瞬态电场时域波形测试方法的研究,利用该方法测试了不同电压下弓网离线放电电磁辐射的电场时域波形。理论与实验结果表明:本文所提出的方法能准确、稳定地还原弓网离线放电所辐射瞬态电场的原始时域波形,还原信号与实测微分信号的主要频率分量均在7.5 MHz,二者的相关系数达到93%以上。     

A note on the proper frequency resolution for the room transfer function in the phased beam tracing method

In the simulation of acoustic response of a room, one cannot satisfactorily estimate the transfer function or the impulse response with a sparse frequency resolution. We have studied about the frequency resolution for a satisfactory estimation of room transfer function or the reverberation time using the phased beam tracing method. In order to investigate what happens with the frequency resolution, a number of frequency resolution (0.01-1 Hz), which are usually employed in the numerical analysis, was tested for a room model. It was found that the total accumulated phase in a transfer function and the late part of an impulse response of a room are influenced by the frequency resolution. Main reason for the difference is the correct detection of non-minimum phase zeros, depending on the frequency resolution. A criterion for a proper frequency resolution was suggested by considering the modal density of three-dimensional space. When a sparse dataset was initially given, we showed that cubic spline interpolation can be used to enhance the precision of detection for non-minimum phase zeros.     

Analytical method for steady state vibration of system with localized non-linearities using convolution integral and Galerkin method

The analytical method using transfer function or impulse response is very effective for analyzing non-linear systems with localized non-linearities. This is because the number of non-linear equations can be reduced to that of the equations with respect to points connected with the non-linear element. In the present paper, analytical method for the steady state vibration of non-linear system including subharmonic vibration is proposed by utilizing convolution integral and the impulse response. The Galerkin method is introduced to solve the non-linear equations formulated by the convolution integral, and then the steady state vibration is obtained. An advantage of the present method is that stability or instability of the steady state vibration can be discriminated by the transient analysis from convolution integral. The three-degree-of-freedom mass-spring system is shown as a numerical example and the proposed method is verified by comparing with the result by Runge-Kutta-Gill method.     

Shift operator method and Runge-Kutta exponential time differencing method for plasma

In this paper, the shift operator finite difference time domain (SO-FDTD) method and Runge-Kutta exponential time differencing (RKETD) method are introduced. The high accuracy and efficiency of the two methods are verified by calculating the reflection and transmission coefficients of electromagnetic waves through a collisional plasma slab. A comparison of computational efficiency of the two methods is presented by simulating the electromagnetic wave propagation in homogeneous non-magnetized plasma. The numerical results indicate that the calculation time using SO-FDTD method is less than that using RKETD method with almost the same accuracy.