基于改进的统计信道模型与多天线系统性能分析

为提高电磁信号的到达角度以及多普勒效应等信道参数估计的准确性,在散射体非均匀分布下引入了散射概率和有效散射体两个物理概念,提出一种合理的改进型空间信道模型,该模型能准确地描述宏小区(macrocell)和微小区(microcell)等各种移动通信环境下的重要空时信道参数,并应用于多入多出系统(multiple input multiple output,MIMO)信道性能仿真中.数值仿真结果与早期多径衰落信道模型对比,表明本模型的信道参数估计结果符合理论和经验,拓展了空间统计信道模型的研究和应用,对评估多天线MIMO系统空时处理算法和仿真无线通信系统提供有力的工具.     

基于高阶统计的水声信道盲辨识

本文给出了基于ARMA模型的水下通信系统模型,将一种基于三阶统计的算法应用到水声信道盲辨识领域,在不需要训练序列的条件下估计得到信道传输函数。与基于二阶统计特性方法相比,该算法具有较强的抗噪性,更适合信噪比低于12dB条件下水声信道的辨识。通过对水声信道盲辨识的计算机仿真,验证了该算法具有较高的辨识精度。     

多普勒效应测速实验仪的改进

对多普勒效应实验仪的机械组成部分及微处理程序进行改进,使之能够测量运动方向不在连线RS[1]（超声发射器和接收器在同一时刻的连线）上的速度。这使得实验更加贴近实际应用,有助加深学生对多普勒效应理论的理解,充分认识理论转化为实际应用的过程及其重要性。     

对多普勒效应验证实验仪器的改进

声源与接收器之间存在相对运动就会发生多普勒效应。目前,许多高校物理实验室使用的多普勒效应验证仪器只能验证接收器和声源在一条直线上时,接收频率与接收器运动速度的关系,对于声源运动以及相对运动与二者连线存在角度等情况还不能验证。因此,为了全面验证多普勒效应,在原装置的基础上进行了一定程度的改进,新的实验装置可以弥补原实验装置的不足。通过对实验数据的处理分析,计算出声速的相对误差在3%左右,验证了本实验装置的可靠性。     

多普勒效应公式的系统推导方法

用一种统一而简便的方法推导出各种情况下的多普勒效应,揭示出不同情况、形状不同多普勒效应的相同本质。     

修正的混响多普勒扩展非对称统计模型

运动声源探测低速目标时,混响谱呈现的非对称性导致正负速度目标的回波具有不同的信混比,需要准确估计双边谱的扩展程度来分别设计检测策略,而传统的对称模型不能描述这种非对称性。基于双边指数分布对称模型,修正的非对称统计模型可用来描述由平台运动、海面运动等引起的混响谱非对称扩展现象。文中推导了非对称模型的数学表达式,并阐述了模型各参数的物理意义。运动声呐平台的湖试实验分析结果验证了该模型对平台在不同速度运动时引起的非对称混响谱都有较高的拟合度,证明混响谱负向多普勒扩展程度随平台运动速度提高而加剧,且非对称模型参数具有量化描述混响谱非对称扩展程度的能力。     

多普勒效应的演示装置

利用简易材料自制了发声球,将发声球用弹弓在光滑的钢丝上发射出去,随发声球的移动可展现多普勒效应.     

一种基于霍尔效应的三维角度传感器

基于霍尔效应原理,对设计的十字轴的参考水平面X轴和相应垂直面Y轴分别加载梯度较大的非匀强磁场,进而对设置在十字轴两端X轴和Y轴霍尔元件的霍尔电压与其相应的空间位置进行定标拟合。分别得到霍尔电压与X轴和Y轴的空间角度的关系公式,通过编程由单片机实现霍尔电压定位空间三维角度位置。本装置在温度-55℃～150℃,X轴和Y轴轴向角为80°～139°范围内精度可靠,在工业上有一定的应用前景。     

基于拍频测量的二维多普勒效应实验设计

大学物理实验中传统多普勒效应实验装置多为一维的,本文将拍频与圆周运动应用于大学物理实验,设计并制作了一种声波人耳可听且可对多普勒频移量进行定量研究的二维多普勒效应实验装置.该装置中有两个同频声源作为被测声源与参考声源.被测声源因做匀速圆周运动而发出的变频声波与参考声源的声波相干叠加后形成可闻“拍”声,由收音装置转为电信号进入示波器后形成“拍”图像,实现多普勒效应的可视可听.该实验装置拓展了研究多普勒效应的实验教学内容,具有方案新颖、优化传统实验的特点,在实验教学方面具有一定实用价值.     

海面微波散射场多普勒谱特性研究

基于粗糙面电磁散射双尺度模型推导给出了海面微波散射场多普勒谱频移和谱宽的理论公式, 在该理论公式的推导过程中同时考虑了大尺度海浪的倾斜调制、遮蔽效应和曲率修正效应等因素的影响. 文中将理论公式计算结果与精确数值结果进行了比较, 并讨论了倾斜调制、遮蔽效应及曲率修正效应等因素对多普勒频移和谱宽的影响, 发现倾斜调制使水平极化散射回波多普勒频移显著增大, 从而导致水平极化回波多普勒频移比垂直极化回波多普勒频移大; 在中等入射角度区域, 遮蔽效应和曲率修正效应对多普勒谱并无显著影响, 而在掠射条件下, 遮蔽效应使得多普勒频移增大、谱宽变窄. 本研究对深入理解动态海面散射场频谱特性具有一定参考意义.     

Simultaneous detection of the acoustic-field aberration and Doppler shift in forward acoustic scattering

The aberration in the received acoustic field and the Doppler shift in the forward scattered field are simultaneously induced when a submerged target crosses the source–receiver line. Formulations for the two variations are developed upon an ideal forward scattering configuration. Both the field aberration and the Doppler shift are expressed as functions of the same argument — the target motion time. An experimental validation was carried out in a tank, in which the continuous wave was transmitted. The field aberration and the Doppler shift were extracted from the collected data by the simple Hilbert transform and a hybrid technique, respectively. The measured aberration and Doppler shift agree with the theoretical results.Simultaneous detection outputs are beneficial to enhance the reliability on target detection by providing both the aberrations in the received acoustic field and the Doppler shift in the forward scattered field.     

双尺度动态分形粗糙海面的电磁散射及多普勒谱研究

利用更为符合海面实际散射场计算的双尺度法分析并计算了一维动态分形粗糙海面的后向散射截面，同时与微扰法有关结果进行了比较.研究了动态分形海面后向散射信号的多普勒谱分形特征，分析了不同极化状态下后向散射截面和多普勒谱谱宽随入射角及分维的变化规律，最后详细讨论了多普勒谱中心频率与海面Bragg谐振频率间的关系. 关键词： 双尺度模型 分形海面 电磁散射 多普勒谱     

二维粗糙海面散射回波多普勒谱频移及展宽特征

基于二维线性海面模型及粗糙面电磁散射的一阶小斜率近似公式,研究了海面回波各阶多普勒谱的频移特性,得到了多普勒谱频移所对应的理论公式,与经典多普勒频移公式相比考虑到了风速、大尺度波浪轨道运动等因素对多普勒谱频移的影响;同时根据粗糙面的双尺度模型,基于多普勒谱频移的物理机理,给出了求解散射场多普勒谱展宽的理论公式.最后将理论公式计算所得结果与模拟结果及实测数据进行了比较,讨论了风速、入射波频率及入射角等因素对多普勒频移及多普勒谱展宽的影响.通过比较可以发现,给出的理论公式可以对多普勒谱频移和展宽进行一定程度的预测. 关键词： 粗糙海面 电磁散射 多普勒谱     

基于车载通信标准街道场景的电磁散射信道模型

针对室外无线信道视距(line of sight,LOS)/非视距(non-line of sight,NLOS)传输环境下的车到车(vehicular-to-vehicular,V2V)通信系统,本文提出了一种基于标准街道散射的统计信道模型,其移动发射机(mobile transmitter,MT)与移动接收机(mobile receiver,MR)处于运动状态,街道两旁分布的散射体固定.由几何模型出发又引入了一种随机的参考信道模型,其散射体有无穷多个,均以平行于街道两侧的散射条纹形式均匀分布在三维(three dimensional,3D)空间的一个二维(two dimensional,2D)矩形内部.在室外街道通信环境下,模型推导了散射信道中发射角(angle of departure,AOD)以及到达角(angle of arrival,AOA)的概率密度函数(probability density functions,PDFs)解析式;研究了多普勒功率谱密度(power spectral density,PSD)及其时间自相关函数(autocorrelation function,ACF);分析了模型多普勒参数以及街道散射体等因素对V2V通信系统性能的影响.与城市、农村的测量信道对比分析,表明本模型仿真的统计特性符合理论与实际,拓宽了室外V2V无线通信信道建模的研究.为评估室外V2V通信系统的传输特性、仿真无线通信系统提供了有力的研究工具.     

群体雾粒子散射模型及散射角谱研究

如何提高制导精度是研制制导系统所要关心的问题,在有雾的天气情况下,群体雾粒子的散射是影响制导精度的重要因素之一。在Mie理论的基础上,从单个球形粒子的散射效率因子出发,得到了1～6μm群体粒子的散射系数。根据布格尔定律导出了群体粒子对激光束的散射光强表达式,然后在接收器视场角范围内,模拟了散射光强的分布情况。结果表明,沿着激光束的传播方向,散射光强存在比较大的起伏,并且越靠近接收器的视场中轴线,散射光强有减少的趋势。     

室内直达与非直达环境无线传播综合信道建模

本文主要针对室内无线传播信道直达(line of sight, LOS)与非直达(no line of sight, NLOS)环境, 引入参考模型研究其建模设计及其相关统计特性. 文中提出了一种基于几何散射模型的综合改进室内参考信道模型, 假设将无限数量的散射体均匀分布在三维空间的一个二维(two dimensional, 2D)水平面上. 本文推导了电磁波达信号到达角(angle of arrival, AOA) 概率分布函数(probability density function, PDF)、多普勒功率谱密度(power spectral Density, PSD)、 时间自相关函数(autocorrelation function, ACF)的解析表达式, 并分析其重要参数对函数的影响. 此外, 本文还通过非现实参考模型提出了一种高效的SOC(Sum of Cisoids) 信道仿真模型, 同时提出了设计SOC信道仿真模型的两种有效参数计算方法, 并比较两者的计算性能. 仿真结果表明, 信道仿真模型的统计特性与参考模型相匹配, 即室内参考模型可以通过的SOC信道仿真模型来近似, 同时信道仿真模型可以很好的应用于评估室内无线通信系统的性能, 拓宽了室内无线信道建模的研究, 同时减少实现开支.     

激光等离子体通道天线的电磁散射特性分析

激光等离子体通道天线被等效为电子在横向旋转、轴向漂移的均匀冷磁化等离子体束,且该等离子体束的横截面为沿轴向不改变的圆形。在考虑离心力、科里奥利力等惯性力的影响下,结合麦克斯韦方程和本构关系,得出了激光等离子体通道天线的散射场。为了简化,计算了一特例,发现了一些有趣的现象。     

基于超快超声多普勒的三维脑损伤成像方法研究

三维超声微血管成像可直观呈现血流信息,对于脑血管疾病诊断和治疗具有重要意义。本文旨在将超快超声成像技术、超快超声功率多普勒技术和机械扫描相结合,实现脑血管三维成像和脑缺血区域评价。通过工程实现,完成了可同步控制微型线性位移平台移动和超声阵列超快发射、高速采集与压缩存储的三维扫描数据采集序列与系统。利用GPU并行运算,高效实现了超声图像波束合成方法,对原始射频超声数据完成重建。进而,基于SVD杂波滤除技术,从重建三维超声数据中提取了脑部的动态小血管信号,并获得了各切面的功率多普勒成像和冠状面彩色多普勒超声小血管成像。最后,采用体素方法对三维脑血管进行重建。大鼠在体实验结果表明,该成像系统可用于三维脑血管网络在体成像,以及脑血管损伤区域定位与量化评价。本工作对脑病检测技术发展与诊断方法研究具有一定的借鉴意义。此外,相关检测系统和成像算法具有一定普适性,对其他富含微血流血管的组织检测也有一定的参考价值。