基于非球形雨衰模型的微波链路雨强反演方法

以T矩阵理论、Gamma谱分布为理论基础,基于Pruppacher-Beard降雨粒子模型,对OTT雨滴谱仪的Gamma谱参数历史资料与降雨强度值进行非线性拟合得到具有实地谱分布的幂律系数,建立适合于本地区的雨衰模型,提出了基于非球形雨衰模型的微波链路雨强反演方法,分析了温度对模型幂律系数的影响,并开展了15—20 GHz频段的视距微波链路与地面雨滴谱仪的同步观测降雨实验.实验结果表明:反演雨强的相关系数全部高于0.6,最高达到了0.96,RMSE最小值为0.79,累积降雨量的绝对偏差在2.47 mm以内,最小偏差仅为0.28 mm,相对误差低于1.84%.实验结果验证了基于非球形雨衰模型的微波链路雨强反演方法的有效性、准确性和适用性,对于进一步提高微波链路反演降雨精度、改善降水监测效果具有重要意义.     

Ka波段分布作用速调管多间隙谐振腔研究

谐振腔作为速调管的高频互作用电路,其特性对速调管的功率、效率、增益和带宽等性能具有决定性影响。主要介绍了某Ka波段分布作用速调管谐振腔的设计过程：基于多间隙谐振腔理论,利用电磁仿真软件CST详细分析了谐振腔不同结构尺寸对特性参数,如品质因子、特性阻抗、耦合系数、有效特性阻抗的影响,优化得到谐振频率为35 GHz的五间隙谐振腔的物理结构模型,并给出互作用仿真结果,为Ka波段分布作用速调管设计及其高频注波互作用的计算提供重要的参考和依据。     

Ka波段分布作用速调管降压收集极设计

为满足无线传能系统对高效率大功率毫米波功率源的迫切需求,开展大功率连续波速调管高效率技术研究,采用降压收集极技术实现速调管在效率上的有效提升。主要介绍了某Ka波段大功率连续波分布作用速调管（EIK）降压收集极的设计方案,包括注-波互作用后废电子能量分布及行为特性的研究,收集极初始条件、结构及电极电压的设计,给出了单级降压收集极和两级降压收集极的设计和计算结果。三维粒子模拟（PIC）计算结果表明,该Ka波段连续波EIK采用单级降压收集极时回收效率为41.0%,采用两级降压收集极时回收效率为68.8%,EIK总管效率相比于未采用降压收集极技术时的27.5%上升至54.8%,表明通过降压收集极技术可有效提升毫米波大功率速调管工作效率。     

Ka波段带状注相对论扩展互作用振荡器的模拟设计

利用三维粒子仿真软件,对工作在Ka波段的带状注相对论扩展互作用振荡器进行了模拟仿真设计。采用宽高比为30∶1的带状电子束以降低空间电荷效应,选择多间隙耦合腔为高频结构以增加器件功率容量,在电子束电压为400kV、束流为2kA、轴向引导磁感应强度为1T的情况下,器件输出微波功率为240 MW,频率为30GHz,效率为30%。     

Ka波段带状注相对论扩展互作用振荡器的模拟设计

利用三维粒子仿真软件,对工作在Ka波段的带状注相对论扩展互作用振荡器进行了模拟仿真设计。采用宽高比为30∶1的带状电子束以降低空间电荷效应,选择多间隙耦合腔为高频结构以增加器件功率容量,在电子束电压为400 kV、束流为2 kA、轴向引导磁感应强度为1 T的情况下,器件输出微波功率为240 MW,频率为30 GHz,效率为30%。     

Ka波段带状注相对论扩展互作用速调管放大器的分析与设计

带状注相对论扩展互作用速调管放大器是一种高功率、高频率的微波毫米波放大型器件, 具有广阔的应用前景. 本文分析了扩展互作用结构多间隙谐振腔的渡越时间效应, 推导了2π模场情况下谐振腔的能量交换系数和电子负载电导, 且通过计算表明工作在2π模式三间隙腔的电子负载电导是单间隙腔的9倍左右, 多间隙结构有利于提高器件效率. 利用三维粒子仿真软件, 对工作在Ka波段的带状注相对论扩展互作用速调管放大器进行了模拟研究, 采用宽高比为30:1的带状电子束以降低空间电荷效应, 在电子束电压为500 kV, 束流为1 kA, 轴向引导磁感应强度为0.8 T的情况下, 器件输出微波功率为190 MW, 频率为40 GHz, 器件效率为38%, 器件增益为69 dB.     

Ka波段8路径向波导空间功率分配（合成）器

通过理论研究以及高频仿真相结合的方法分析设计了一款新型Ka波段8路径向波导空间功率分配（合成）器。研发的新结构输入输出段为标准矩形波导结构,代替了传统功率分配（合成）器输入输出段的同轴结构,这种新型全金属结构更加简单紧凑,更易于加工。仿真结果表明：功率分配（合成）器工作带宽达到了34%（12 GHz）,基本覆盖整个Ka波段;全频带内反射系数S11低于-20 dB,各支路的相位差均小于5。通过在同轴波导渐变段引入切比雪夫渐变结构,在减小了器件尺寸的同时,在整个频带内的网络S参数也不错。这款新型Ka波段8路径向波导功率分配（合成）器将应用于前级固态功率放大器,推动回旋行波管项目研发。     

基于平稳小波和相空间重构的激光混沌预测

提出了一种激光混沌时间序列预测算法.该算法通过平稳小波分解，将原始数据序列分解为与原序列等长的尺度系数和小波系数，利用坐标延迟理论，重建各级尺度系数和各级小波系数的相空间,再根据混沌吸引子的稳定性和分形性,在相空间中对尺度系数和小波系数进行预测,进而通过平稳小波重构算法,实现了时间序列的非线性预测.该算法对数据可以进行更平滑的处理，比无小波算法预测的时间范围更长.通过仿真试验说明，原始时间数据序列被成功的重建，说明算法能够有效的对非线性动态系统的时间序列进行建模和预测.     

Ka波段TM02模式低磁场相对论返波管初步实验研究

对Ka波段TM₀₂模式低磁场相对论返波管的结构特点、工作原理进行了介绍,详细分析了该器件以TM₀₂模工作的模式选择机制。通过粒子模拟,该器件在1 T引导磁场下获得了功率为493 MW、频率29.3 GHz的微波输出,工作模式及频率与理论设计相一致。随后,基于模拟中的结构参数开展了初步的实验研究,当二极管电压为580 kV、电流为3.56 kA、引导磁场1 T时,获得了功率286 MW、频率29.3 GHz、脉宽约10 ns的微波输出。实验获得的微波频率与数值模拟一致,但是微波功率与数值模拟结果有明显差异,并且微波脉冲后沿有明显的缩短,分析认为在低磁场下后端谐振腔链受到电子轰击是导致该问题的主要原因。     

基于微波链路的路径雨强反演方法及实验研究

从大气气体吸收衰减模型出发, 基于微波雨衰特性和雨滴谱统计资料建立了微波链路降雨有效衰减的修正模型和视距微波链路的降雨反演模型. 设计并搭建一条视距微波链路测雨实验系统, 利用降雨反演模型反演了路径平均降雨强度, 并与雨滴谱仪进行了同步对比. 观测结果表明, 视距微波链路降雨反演模型的反演雨强与雨滴谱仪测量结果的相关系数大多高于0.6, 最高可达0.9647; 累积降雨量的绝对误差大多在0.5 mm以内, 最小偏差仅有0.0827 mm; 相对偏差大部分在15%以内, 最小相对误差为3.3415%. 实验结果验证了微波链路反演降雨的有效性和准确性.     

基于支持向量机方法对非平稳时间序列的预测

目前有关非平稳复杂系统及其在预测中的应用研究是一个较少被人理解并有重大科学意义的前瞻性研究课题.在大气运动中,气候正是一个典型的非平稳系统,但是现有的气候预测理论,包括统计预测理论和非线性预测理论,几乎都无一例外地建立在平稳性假定的基础之上,这有悖于气候过程的基本性质,它有可能是导致气候预测水平低下的重要的理论原因.因此以分析如何降低时间序列非平稳程度作为切入点来研究短期气候预测问题有着重要的理论意义.利用基于“升维”思想的支持向量机方法对时变控制参数条件下Lorenz系统产生的非平稳时间序列以及来自实际 关键词： 支持向量机 非平稳过程 预测     

基于支持向量机方法对非平稳时间序列的预测

目前有关非平稳复杂系统及其在预测中的应用研究是一个较少被人理解并有重大科学意义的前瞻性研究课题.在大气运动中,气候正是一个典型的非平稳系统,但是现有的气候预测理论,包括统计预测理论和非线性预测理论,几乎都无一例外地建立在平稳性假定的基础之上,这有悖于气候过程的基本性质,它有可能是导致气候预测水平低下的重要的理论原因.因此以分析如何降低时间序列非平稳程度作为切入点来研究短期气候预测问题有着重要的理论意义.利用基于“升维”思想的支持向量机方法对时变控制参数条件下Lorenz系统产生的非平稳时间序列以及来自实际     

Ka波段高功率微波TM0n-TEM混合模式转换器设计

由于过模Ka波段高功率微波返波管通常输出TTM0n混合模式,在保证较高能量转换效率的条件下,难以同时兼顾其输出模式的纯度,而辐射终端为达到理想发射效果则要求单一模式馈入,这就给输出混合模式微波源的实际应用带来困难。针对这一技术难点,提出了一种结构紧凑的TM0n-TEM(n5)混合模式转换器的设计方法,利用内外两路同轴阶梯波导并配合适当的插板调相结构可以实现在高功率容量条件下,较宽频带范围内,高效地将TM0n混合模式转换为单一的TEM模,降低了此类高频段HPM源模式纯化设计的难度。     

Ka波段高功率微波TM_(0n)-TEM混合模式转换器设计北大核心CSCD

由于过模Ka波段高功率微波返波管通常输出TM_(0n)混合模式,在保证较高能量转换效率的条件下,难以同时兼顾其输出模式的纯度,而辐射终端为达到理想发射效果则要求单一模式馈入,这就给输出混合模式微波源的实际应用带来困难。针对这一技术难点,提出了一种结构紧凑的TM_(0n)-TEM(n≤5)混合模式转换器的设计方法,利用内外两路同轴阶梯波导并配合适当的插板调相结构可以实现在高功率容量条件下,较宽频带范围内,高效地将TM_(0n)混合模式转换为单一的TEM模,降低了此类高频段HPM源模式纯化设计的难度。     

基于支持向量机的微波链路雨强反演方法

为提高微波链路雨致衰减反演雨强精度, 在Mie散射理论、气体吸收衰减模型以及Gamma雨滴谱分布的基础上, 将支持向量机引入到微波链路测量降水中, 提出了基于支持向量机的微波链路雨强反演方法, 并开展了15–20 GHz频段的视距微波链路与地面雨滴谱仪的同步观测降雨实验. 实验结果表明, 基于支持向量机的微波链路雨强反演模型的反演雨强与实测雨强的相关系数全部高于0.6, 最高达到0.9674; 雨强的均方根误差最小值为0.5780 mm/h, 累积降雨量的绝对最小误差仅为0.0080 mm; 相对偏差大部分在10%以内, 最小偏差为0.7425%. 实验结果验证了基于支持向量机的微波链路雨强反演方法的有效性、准确性和适用性, 对于进一步提高微波链路反演降雨精度、改善降水监测效果具有重要意义.     

基于EMD方法的非线性/非平稳时间序列的气候预测研究

目前，大多数统计预测模型均假设时间序列或观测数据是线性和平稳的。然而，自然界的观测资料是非线性和非平稳的，通常很难用这些数学模型预测它们。本文针对这一问题提出了一个新的预测方案，即首先利用经验模态分解方法将非线性/非平稳时间序列平稳化，得到一系列本征模函数(IMF)；其次用均生函数模型预测各IMF分量；最后以所有IMF的预测值为新样本对源序列作最优子集回归模型的拟合及预测。结果表明每个IMF，尤其是特征IMF(即特征层次)比源序列有更高的可预测性。该方案为气候预测开辟了一条新的有效途径。     

基于光谱波段自相关的水稻信息提取波段选择

通过大田试验,使用ASD光谱仪测量水稻不同生育期的冠层光谱,将光谱以10 nm为步长进行合并,再将不同日期光谱的所有波段组合计算相关系数平方（R2）,生成R2矩阵,并绘制R2分布图。根据R2越大,光谱波段之间冗余信息越多,R2越小,水稻光谱波段信息含量越多的原则,在所有测量日期中选择出前100个R2最小值对应的波段,将这些波段进行统计分析。结果表明,可见光区域各个波段之间和红外（近红外和短波红外）区域各个波段之间都含有大量冗余信息。水稻信息量丰富的波段主要集中在可见光的长波波段,红边波段,近红外第一和第二峰值波段,以及短波近红外第一峰前区（1 530 nm附近）和第二峰值区（2 215 nm附近）。比较水稻与其他植被对于最优波段的选择,400～410,630～650和1 520～1 540 nm三个波段区间表现为水稻信息提取较为独特的波段。     

对差分光学吸收光谱法的监测数据进行实时预测研究

差分光学吸收光谱法（DOAS）已经成为测量大气中微量气体浓度广泛应用的方法.通过对大气差分吸收光谱的分析可以得到它们的浓度.但在恶劣气候条件下，DOAS系统不能获得连续的实时监测数据，因此不能满足我国环境监测条例对环境监测子站的要求.文中提出了一种利用逐步回归分析的方法，对DOAS系统的监测数据进行实时预测.通过大量的对比实验表明，利用该方法得到的预测结果与实际测量结果一致，目前该技术已经被应用于DOAS监测仪器中. 关键词： 差分光学吸收光谱法（DOAS） 逐步回归分析 预测     

基于MAX-DOAS测定大气紫外波段水汽的吸收及其对DOAS反演影响的评估

大气水汽的吸收强度从微波区域到可见蓝光区域逐渐降低,然而在紫外波段的吸收却经常被人忽略。多轴差分吸收光谱（MAX-DOAS）技术是一种被动光学遥感技术,可以同时反演气溶胶、多种痕量气体（如NO₂,SO₂,HCHO,HONO等）以及水汽,常用于区域大气立体分布及输送监测,具有成本低、时间分辨率高、稳定、可实时监测等特点。水汽是一种重要的温室气体,在紫外波段反演一些痕量气体时水汽的吸收经常不被考虑,可能对紫外波段痕量气体的反演造成影响,从而产生系统误差。介绍了基于MAX-DOAS对紫外波段大气水汽的反演,于2020年6月1日—9月24日在西安乾县进行观测,通过选取最优反演波段,并将反演结果与可见蓝光波段的水汽进行对比,证实了紫外波段存在水汽吸收,评估了紫外水汽的吸收对同波段痕量气体反演的影响。首先,根据不同拟合波段反演的水汽均方根误差（RMS）以及水汽和O₄的吸收截面情况,选取紫外和可见蓝光波段水汽的最优反演波段分别为351～370和434～455 nm。其次,通过DOAS拟合得到紫外和可见蓝光波段O₄和H₂O的对流层差分斜柱浓度（DSCD）, 分别将紫外和可见波段的O₄ DSCD和H₂O DSCD做相关性分析,两个波段O₄ DSCD的相关系数r=0.85,H₂O DSCD的相关系数r=0.80。为消除不同波段的辐射传输差异,将同波段的H₂O DSCD和O₄DSCD作比值,两个波段H₂O DSCD/O₄DSCD的相关系数r=0.89。紫外和可见蓝光波段H₂O DSCD/O₄DSCD的高相关系数表明,即使在相对沿海城市水汽浓度较低的西安市,在363 nm附近的紫外波段同样存在水汽吸收,这将会对采用DOAS技术在紫外波段反演其他痕量气体造成影响。最后,分别对可能受紫外波段水汽吸收影响的气体（O₄,HONO和HCHO）进行DOAS反演误差评估,紫外波段水汽的吸收将使O₄ DSCD,HONO DSCD以及HCHO DSCD在DOAS拟合过程中增加,分别对应于+1.16％,+8.55％和+9.04％的变化。     

基于波导口的新型Ka频段超导滤波器设计

传统的Ka频段高温超导滤波器设计都是基于同轴接口．本文首次提出了一种新型的波导接口的Ka频段高温超导滤波器,滤波器与波导微带转换集成设计．设计中利用参数扫描技术克服了由于介质非均匀性而引起的频率偏移问题．测试结果表明本文提出的方案可以显著改善滤波器的性能．相对传统的基于同轴接口的设计方案,本文提出的方案可以显著改善滤波...