重频超宽带电磁脉冲对GPS导航接收机的效应研究

全球定位系统（GPS）在被广泛应用的同时,也容易受到外界的干扰,因此研究GPS导航接收机的可靠性具有重要意义。超宽带（UWB）电磁脉冲具有陡峭的上升沿和宽频谱,能够对GPS进行干扰,是一种新型导航干扰手段。通过分析重频超宽带电磁脉冲的能量谱线分布情况探究了其对GPS导航接收机的干扰机理,对重频UWB电磁脉冲对GPS接收机干扰效果与脉冲参数之间的关系进行了研究。结果表明：重频UWB电磁脉冲可以对导航接收机射频前端电路造成非线性干扰,降低接收机的捕获性能,提高脉冲场强或者重频可以增强干扰效果,甚至导致接收机失去捕获能力。     

无人机GPS接收机超宽谱电磁脉冲效应与试验分析

基于无人机GPS接收机干扰容限,分析了GPS超宽谱强电磁脉冲效应机理,开展了高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰机对典型微型无人机的效应试验,测试分析了在不同位置、不同高度、不同状态、不同飞行模式下无人机GPS接收机的高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰效应。试验结果表明,高重复频率超宽谱电磁脉冲对无人机GPS、图传系统、下视传感器均有不同程度的干扰作用,导致无人机无法正常起飞、失控等异常现象,验证了高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰GPS接收机的可行性。     

重频超宽带脉冲干扰低噪声放大器

理论分析和仿真研究了重频超宽带脉冲对低噪声放大器(LNA)的干扰特征,给出了高斯脉冲幅度、脉宽及重频等参数对LNA干扰效果的规律,对工作于40~80MHz频段的接收机LNA开展了相关验证实验。结果表明:干扰特征主要由LNA工作频带和脉冲参数决定;不同脉冲参数对干扰的效果影响不同,脉冲幅值的影响最显著;在验证实验研究的参数范围内,增大高斯脉冲幅度、脉宽和重频均有利于增强对LNA的干扰效果。     

基于半导体开关和LTD技术的高重频快沿高压脉冲源

采用快开通功率MOSFET,通过优化驱动电路、磁芯参数以及耦合结构,设计了基于半导体开关和直线变压器驱动源（LTD）技术的高重频快沿高压脉冲源。该脉冲源由四级LTD串联而成,可实现单次脉冲和最高频率2 MHz脉冲串输出。脉冲最高幅值约2.3 kV,上升沿约7 ns,脉宽约90 ns,下降沿约20 ns,输出电压效率约95%。该脉冲源结构紧凑,输出脉冲稳定,实现了模块化设计,可作为重频电磁脉冲模拟源使用。     

基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲对地面接收机干扰技术

随着抗干扰技术的不断发展和进步,以阻塞式和欺骗式干扰为代表的传统干扰技术面临挑战。为此,提出了一种基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲干扰技术,相比于传统干扰机,超宽带电磁脉冲干扰是一种新型电磁攻击体制。首先,理论推导了重频超宽带电磁脉冲的功率谱;其次,对分布式干扰技术可行性进行分析,并计算了基于低轨卫星平台的分布式干扰所需的发射功率;最后,开展了针对导航接收机低噪放的超宽带电磁脉冲效应实验,并利用STK(Satellite Tool Kit)设计了中低纬度下用于搭载超宽带电磁脉冲干扰机的低轨卫星星座布局。实验结果表明,UWB电磁脉冲可以使低噪声放大器出现暂时增益压缩现象,脉宽为0.7 ns的单脉冲可以使导航信号经过低噪声放大器后被压制近400 ns,重频形式下可以实现信号的完全压制。因此,基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲干扰体系可以有效增强干扰效果,有望实现目标区域的全覆盖。     

基于光导半导体的MHz高重频可调谐脉冲产生技术研究

随着微波光子学的发展,新型光导微波技术利用高重频脉冲簇激光,入射到线性光导半导体器件中产生可调谐高功率电磁脉冲的方式受到广泛关注。SiC光导半导体开关（PCSS）具有高击穿场强,高饱和载流子速率,高抗辐射能力,高热传导率和高温工作稳定性等优点,是产生高重频、高功率、超短脉冲的重要固态电子器件。介绍了一种基于钒补偿半绝缘4H-SiC PCSS的MHz重复频率亚纳秒脉冲发生器。该发生器采用1 MHz,1030 nm可调谐光脉冲宽度的激光簇驱动源,4H-SiC PCSS的厚度为0.8 mm。整系统可得到最大输出电功率176 kW、最小半高宽约为365 ps的MHz重频短脉冲。     

超宽谱电磁脉冲孔缝耦合实验研究

建立了一种研究超宽谱电磁脉冲孔缝耦合特性的实验方法和实验装置,并对不同辐照脉宽、不同口径和不同深度的圆孔的耦合场进行了测量,该方法在一定的时间窗口内避开了反射场和散射场对耦合场的影响。实验结果表明:相同入射场幅值条件下,耦合场的幅值随着脉冲宽度和孔深的增加而减小,随着孔径的增大而增大。     

连续/脉冲复合体制高功率固体激光技术研究

常规高功率激光器以连续或者长脉冲方式工作,与物质作用主要是依靠单一“加热”模式,针对其对复杂目标作用能力有限的问题, 提出一种连续和脉冲激光同时输出,脉宽、重频可调的新体制高功率激光技术,激光放大链路以特殊时域模式工作,即高重频脉冲与连续运转同时输出,在重频10 kHz时,实现输出功率4800 W,其中连续激光功率3600 W,脉冲激光功率1200 W,脉冲宽度为3.6 ns;在重频100 kHz时,实现输出功率4920 W,其中连续激光功率3100 W,脉冲激光功率1820 W,脉冲宽度为7 ns,光束质量4.8倍衍射极限 。     

连续波多普勒引信超宽谱高功率微波辐照效应试验

为客观评价超宽谱高功率微波对某型连续波多普勒引信的干扰能力,构建了引信辐照效应试验系统,并开展了辐照效应试验。试验结果表明:受试引信最强能量耦合姿态为引信竖直向上,弹体轴线与辐射场传播方向垂直,三角环天线平面垂直于辐射场传播方向;主要能量耦合通道为弹体;重复频率越高,发火电路端耦合电压越大,且同为82kV/m的辐照场强,单次、10Hz重频、20Hz重频和50Hz重频触发条件下耦合信号电压值分别约为66.5,69.4,71.5,74.6V;在157kV/m干扰场强范围内,超宽谱不会造成引信意外发火,但会影响引信检波电压和工作电流等性能参数。     

超宽谱电磁脉冲对无线电引信的耦合及防护加固

 通过利用超宽谱电磁脉冲(UWS-EMP)源对5种无线电引信进行了辐照，分析了超宽谱电磁脉冲与无线电引信的耦合模式和作用机理。分析得出：超宽谱电磁脉冲主要是通过后门耦合到引信电源模块，引起电源波动，使晶闸管意外导通，导致引信意外发火。根据耦合模式和作用机理对引信进行了防护加固，并对防护加固后的引信进行了辐照和仿真。辐照实验和仿真结果证明：防护加固措施大大提高了引信抗超宽谱电磁脉冲的能力，加固后的引信执行电路抗UWS-EMP干扰的场强从58 kV·m^-1提高到130 kV·m^-1，而引信的防护加固措施对引信的效能没有影响。     

伪随机编码超宽带短脉冲的探测能力研究

 为进行弱信号检测，研究在脉冲雷达中获得大信号时间宽度与信号带宽积的方法，利用伪随机编码方法调制超宽带短脉冲，可以在保持子脉冲信号带宽的情况下，以低功率发射长脉冲串类噪声信号，而提高信号的能量，提高探测距离。通过仿真实验得出，利用伪随机编码技术可以使超宽带信号具有更强的探测能力，可以在回波信号功率水平远远小于噪声水平（如信噪比5%）的情况下实现对探测目标的高保真成像。     

墙体对微波脉冲的衰减特性

 研究墙体对微波脉冲的衰减特性，测量了微波脉冲垂直入射墙体后的脉冲信号，经过计算得到普通砖混墙、普通钢筋混凝土墙、钢筋网混凝土墙对窄带微波和超宽带微波的衰减值；分析了微波脉冲穿越不同墙体的频谱变化。研究结果表明，普通钢筋混凝土墙和普通砖混墙对窄带微波脉冲的衰减为0.342～0.699 dB/cm，对超宽带信号的衰减为0.134～0.183 dB/cm。钢筋网混凝土墙（厚65 cm）对超宽带信号的衰减较大（29.07～45.79 dB），同时使穿透墙体的超宽带信号频率分布向高频位移。     

雷电电磁脉冲对典型机载GPS模块的损伤效应研究

为研究雷电电磁脉冲对典型无人机机载GPS模块的损伤效应,通过仿真模拟和试验分析相结合的方法,获取了对GPS模块受雷电电磁脉冲暂态干扰与永久损伤过程的认识,并获得了相应端口的损伤阈值。基于对雷电流特性的分析结果,利用CST仿真模拟了雷击时,无人机内外产生的复杂电磁场环境和GPS模块线缆上耦合产生的感应电压。并对典型机载GPS模块的数据通讯端口进行了雷电脉冲注入试验。研究结果表明:随着雷电脉冲的不断增强,GPS输出波形受到削弱影响的程度不断加重,直至丧失位置信息传输能力并发生物理损伤。GPS数据输入端口的雷电脉冲损伤阈值为314.5 V,GPS数据输出端口的雷电脉冲损伤阈值为235.2 V。     

适用于探地雷达应用的低振铃单周期脉冲发生器

设计了一种新型的适用于道路检测探地雷达的单周期脉冲发生器。该脉冲发生器包含驱动电路、阶跃恢复二极管(SRD)脉冲形成电路和脉冲整形电路三部分。驱动电路可以使TTL形式的触发脉冲变为电流更大的快前沿脉冲,用来形成给后级电路的驱动脉冲;SRD脉冲产生电路选取渡越时间较小的阶跃恢复二极管结构,通过对前级电路产生的驱动脉冲整形得到负极性高斯脉冲,然后利用微带短路线、肖特基二极管和电容并联实现生成单周期脉冲和振铃抑制的功能,提高超宽带天线辐射的效率以及测量信噪比。测量结果表明,在1 MHz脉冲重复频率的情况下,峰峰值最大为23 V,脉冲半高宽为138 ps,振铃水平为1.25%,而当脉冲重复频率提高到5 MHz,该脉冲发生器产生脉冲波形幅度和带宽基本没有太大变化。这些特征说明,该脉冲发生器具有很高的频率稳定性,且在高分辨率探测应用情景中将会有很好的表现。     

带内干扰抑制的超宽带脉冲设计

采用不同幅度和延迟的高斯函数脉冲组合来拟合抽样函数脉冲，利用拟合的抽样函数脉冲设计超宽带脉冲信号,实现美国联邦通信委员会制定的辐射掩蔽要求的高效逼近.该方法产生的脉冲波形具有实现简单、持续时间短、带外辐射功率小、容易进行时域或频域调节等特点.与已报道的几种脉冲比较，设计的脉冲可携带更多的能量, 同时具有良好的带内（窄带或宽带）干扰抑制能力，能够和带内的其他通信系统更好的共存.最后，对设计的脉冲波形和最佳高斯波形的通信性能进行了比较，表明文中波形的性能明显优于最佳高斯波形.     

超宽带电磁脉冲对腔体孔缝耦合效应的数值模拟

 为了解孔缝耦合对超宽带电磁脉冲干扰和毁伤电子设备的影响,应用时域有限差分法对长方腔体上不同形状的孔缝耦合效应进行了数值研究。选取mm量级的微小孔缝为研究对象,分析不同入射角度、不同脉宽的激励源对耦合效应的影响,得到了孔腔共振效应、孔缝增强效应和腔体内场强的分布规律。研究表明：长方孔在孔缝附近存在明显的增强效应,超宽带脉冲对正三角孔和方阵的耦合系数最小,脉宽短的入射脉冲耦合效应明显强于脉宽长的脉冲,耦合效应基本随入射角的减小而缓慢减小。     

天线阻抗特性对开关振荡器输出脉冲的影响

以单锥天线和螺旋天线作为开关振荡器辐射天线为例,采用等效电路模型和商业电磁仿真软件,分别对天线末端电压振荡信号和辐射电场脉冲进行了研究。研究结果表明:采用行波天线或者电长度与振荡器一致的振子天线作为辐射天线,都能够产生中心频率与振荡器本征频率一致的电磁脉冲信号;但采用振子天线时,振荡信号持续时间较短(Q值较低),频谱上能量较分散,带宽较宽,而采用行波天线则脉冲持续时间较长(Q值较高),频谱上能量较集中,带宽较窄。