机载极化阵列多输入多输出雷达极化空时自适应处理性能分析

为进一步提升机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)的杂波抑制与目标检测性能,本文提出基于极化阵列MIMO雷达的极化空时自适应处理(PSTAP)方法.首先,将新型的极化阵列应用于机载MIMO雷达,建立了机载极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理的信号模型.然后,基于分辨格思想,将杂波影响等效为与杂波自由度相关的独立杂波点源的形式,得到极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理协方差矩阵的等价表示.进而,结合上述等价协方差矩阵,对极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理的输出信杂噪比(SCNR)性能进行了推导分析,讨论了其中极化、空、时匹配系数的影响.理论分析表明,通过利用附加的极化域信息,极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理相比于传统MIMO-STAP能够有效提升杂波抑制性能,更有利于慢速运动目标检测,并且目标与杂波极化参数差别越大,输出SCNR的性能改善效果越明显.仿真结果验证了本文所提极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理方法的有效性与优越性.     

多天线信道空间衰落相关性近似算法及其复杂性研究

信道空间衰落相关性(SFC)主要取决于波达信号的功率方位谱(PAS)和多天线阵列收发模式.深入研究了移动通信系统中多天线阵列SFC近似计算法及其复杂性.首先导出在典型PAS为均匀分布、高斯分布以及拉普拉斯分布下的SFC函数的闭合表达式.再研究在波达信号PAS小角度扩展时的近似计算法,建立多输入多输出(MIMO)多天线接收信道模型,深入分析所选择的天线阵列和电波传播参数对MIMO系统信道容量的影响.通过理论计算和仿真实验得出近似计算法在特定条件下具有很好的拟合度,定量分析了近似计算法在对MIMO多天线系统分析时的适用性和计算效率.该算法能极大地减低理论计算复杂性,提高分析和仿真MIMO多天线系统的效率.     

双基地多输入多输出虚拟阵列的稳健低旁瓣波束优化技术

双基地多输入多输出(MIMO)系统需要对目标的波达角和波离角进行二维估计,针对高分辨算法中阵列协方差矩阵处理运算量大以及估计性能对阵列流形失配敏感的缺陷,提出了一种基于二阶锥规划的抗阵列流形失配的双基地MIMO虚拟阵列波束优化算法.该方法利用MIMO的波形分集技术与双基地的目标定位解算,通过波达角和波离角在双基地定位椭圆上的对应关系,将双基地MIMO的二维合成方向矢量转化为一维的虚拟阵列流形,并证明了双基地MIMO虚拟阵列的波束图等效为发射波束图在接收阵角度域上的响应和接收波束图的合成.在优化波束图旁瓣的同时,该算法兼顾了固定方向上的相干干扰抑制,并提高了双基地MIMO虚拟阵列波束优化抗阵列流形失配的能力.通过波束图和方位谱优化的仿真分析和水池试验,验证了算法的有效性.     

基于长电偶极子和大磁圆环的新型电磁矢量传感器双基地多输入多输出雷达角度和极化参数联合估计

针对常规双基地电磁矢量传感器多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达中短电偶极子(L/λ<0.1)和小磁环(2π(R/λ)<0.1)辐射效率不足问题,本文根据实际应用中电磁矢量传感器的有效长度来设计新型的发射电磁矢量传感器阵列和接收电磁矢量传感器阵列.首先,通过平行因子算法来实现对双基地MIMO雷达阵列接收数据空时特性的充分利用.这种处理过程能够实现发射俯仰角和接收俯仰角的自动参数配对.然后,针对归一化坡印亭矢量估计器在长电偶极子和大磁圆环约束下无法实现角度和极化参数有效测量的问题,对于利用平行因子算法得到的发射和接收加载矩阵采用新的盲估计算法来实现对角度参数和极化参数的高精度估计.所提出的盲估计算法在不需要电偶极子长度和磁环周长的先验信息的情况下能够有效地实现发射四维参数和接收四维参数的精确估计,且该算法估计得到的八维参数满足自动参数配对特性.最后,详细推导了长电偶极子和大磁圆环约束下双基地MIMO雷达中角度和极化参数估计性能的克拉美罗界.仿真实验表明,对于实际中长电偶极子和大磁圆环组成的新型电磁矢量传感器,本文所提算法具有良好的参数估计性能.通过理论分析和仿真实验结果可以发现,本文的研究工作能够进一步促进电磁矢量传感器在双基地MIMO雷达中的应用.     

基于强度叠加编码的空间光多输入多输出通信

针对空时编码技术在空间激光通信应用中受到的限制,提出了一种基于强度叠加编码的空间光多输入多输出(MIMO)通信算法,设计了算法中使用的码元--光强码的编码和解码规则,分析了不同天线阵列组合下的系统信道容量,给出了最佳判决门限选择方法,并在此基础上计算了不同系统组成下的误码率.仿真计算表明,与单发单收系统相比,强度叠加编...     

自适应功率分配可见光MIMO信道容量研究

可见光通信（VLC）系统通常采用多阵列光源布局方式来兼顾照明与通信双重功能,因此需要使用多输入多输出（MIMO）技术进行多天线协同传输来实现高速率通信。然而传统MIMO系统中采用平均功率分配来实现空间复用,无法充分体现MIMO多天线协调传输的优势。根据每组收发天线信道状态的差异,设计了一种低计算复杂度的快速迭代注水算法,可实现依据信道特征自适应的分配信息,从而提高系统的信道容量。仿真结果表明:在相同信噪比情况下注水算法自适应功率分配系统比等功率分配系统的信道容量提高了1.25 bit/Hz左右。     

基于空间光调制器的MIMO大气传输特性研究

大气湍流对无线光通信系统的影响不可忽视,为了更准确地反映实验室模拟多输入、多输出(MIMO)大气湍流信道的实际特征,提出了一种利用相位屏来模拟MIMO大气湍流信道的方法,并针对基于液晶空间光调制器（LC-SLM）的液晶调制法展开研究,通过实验验证该方法的可行性。实验结果表明：通过相位屏模拟MIMO大气湍流信道的激光光斑发生不同程度的畸变,湍流环境下两路激光发射系统比单路发射激光系统功率稳定性好,在前向纠错误差极限（3.8×10-3）下,单个发射单个接收系统的链路代价为10.5 dB,2个发射2个接收的MIMO系统的链路代价为9.3 dB。该项研究对于实验室模拟MIMO大气湍流信道实验方法提供一种新思路。     

大孔径声全息密集阵列的阵元数量去冗余方法

大孔径密集声全息阵列是实现对非平稳噪声成像的有效手段,通过现场快速成像可以掌握声场分布的动态特征。增加声阵列的孔径和阵元密度是提高近场声全息成像性能的主要措施,但随着声阵列阵元数量的增加,声压采集数据量增大,全息运算速度降低,全息成像动态性能下降,不利于现场即时成像分析。研究表明,在一定信噪比条件下,盲目增加阵元数量并不一定能提高近场声全息性能,为此,本文针对密集声全息阵列的阵元数量冗余问题进行研究,提出最优阵元数量估算方法,并采取去冗余处理。本文仿真和实验验证表明:针对一定信噪比条件下的密集阵列去冗余方法实际有效,可以在不降低近场声全息成像性能的前提下,降低运算量,提高全息成像速度,对于非平稳噪声的现场声全息成像测试具有实用意义。     

基于Talbot效应的掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅的研究

本文系统研究了基于泰伯效应(Talbot) 的位相可调掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅及其光衍射成像, 对光栅占空比D、不同位相差Δφ、及泰伯分数β条件下的光栅近场光衍射强度分布进行了理论研究, 结果表明当光栅占空比D=52%、位相差Δφ=0.75 π、 泰伯分数β=0.2时, 光栅近场衍射光图像效果最佳. 实验设计与 制备了掺镁铌酸锂二维六角位相阵列光栅, 并对其进行了Talbot衍射光成像实验研究, 得到了不同位相差和不同泰伯分数β条件下光栅近场衍射 光图像, 实验结果与理论研究结果相符. 关键词： 二维六角位相阵列光栅 掺镁铌酸锂晶体 泰伯效应     

单基地多输入多输出声呐的方位分辨力

为了研究波形分集和发射子阵对多输入多输出(multiple-input multiple-output:MIMO)声呐方位分辨力的影响,建立了同时适用于MIMO声呐和传统有源声呐的远场和近场波束图推导模型,证明了这两种声呐具有相同的方位分辨力。首先,将MIMO声呐发射阵划分为子阵无重合与子阵有重合两种情况,并对传统有源声呐的发射阵也进行相同的划分。据此,推导出两者的远场和近场阵列流型向量均可表示为发射与接收阵列流型向量的直积。接着,利用阵列流型向量的一致性证明了波束图(远场和近场)的一致性。进一步地,证明了发射子阵有重合的情况等效于对发射阵列进行幅度加权(发射阵列中间部分的阵元权值大于两端部分的阵元权值),其可获得更低的波束图旁瓣级但不能提高方位分辨力。理论分析与仿真结果表明:MIMO声呐的有效孔径等于发射与接收联合孔径,其方位分辨力由发射与接收阵列结构所决定,波形分集和发射子阵并未带来更高的方位分辨力。      

利用扩散场信息的超声兰姆波全聚焦成像

利用兰姆波的扩散场信号,实现了距离传感器较近缺陷的全聚焦成像.通过两传感器接收的扩散场全矩阵信号进行互相关,恢复出两传感器之间的格林函数响应,重建新的全矩阵.该重建全矩阵削弱了直接耦合采集响应信号中存在的早期饱和非线性效应信号,恢复了被遮盖的近距离缺陷散射信号.在含缺陷的各向同性铝板中激发兰姆波,重建信号的早期信息与直接俘获信号的后期信息相结合形成混合全矩阵,结合全聚焦成像,优化成像效果.所提方法为薄板类结构中距离传感器较近缺陷的兰姆波无损检测提供了理论指导.     

Lamb waves topological imaging combining with Green's function retrieval theory to detect near filed defects in isotropic plates

A method of combining Green's function retrieval theory and ultrasonic array imaging using Lamb waves is presented to solve near filed defects in thin aluminum plates.The defects are close to the ultrasonic phased array and satisfy the near field calculation formula.Near field acoustic information of defects is obscured by the nonlinear effects of initial wave signal in a directly acquired response using the full matrix capture mode.A reconstructed full matrix of inter-element responses is produced from cross-correlation of directly received ultrasonic signals between sensor pairs.This new matrix eliminates the nonlinear interference and restores the near-field defect information.The topological imaging method that was developed in recent ultrasonic inspection is used for displaying the scatterers.The experiments are conducted on both thin aluminum plates containing two and four defects, respectively.The results show that these defects are clearly identified when using a reconstructed full matrix.The spatial resolution is equal to about one wavelength of the selectively excited mode and the identifiable defect is about one fifth of the wavelength.However, in a conventional directly captured image,the images of defects overlap together and cannot be distinguished.The proposed method reduces the background noise and allows for effective topological imaging of near field defects.     

相控阵雷达导引头便携测试方法及误差角波动机理分析

相控阵雷达导引头组成复杂、测试指标多、数据量大,通常需要在符合远场条件的微波暗室内测试。本文介绍了一种相控阵雷达导引头便携测试方法及测试系统的组成,分析了便携测试机理、便携屏蔽装置设计原理,解释了该便携测试系统中相控阵雷达导引头角跟踪参数测试时偶尔引起的误差角波动现象。该测试方法简便、快捷、实用、成本低,较好的解决了外场或环境试验中产品测试的需求。本文所述相控阵雷达导引头便携测试方法和相关分析结论有较高的实用价值。     

A PARAFAC estimator for MIMO radar under direction-dependent mutual coupling

Among the various research branches in multiple-input multiple-output (MIMO) radar, Direction finding is an interesting topic and has attracted extensive concerns. However, many previous strategies are only effective to deal with scenarios without model error, such as well-calibrated sensor array, which is unrealistic in practice. This paper revisits the direction finding issue in a bistatic MIMO radar, in which the direction-dependent mutual coupling (MC) effect in both the transmitting array and the receiving array are considered. An estimator based on parallel factor (PARAFAC) decomposition is introduced. Benefit from the fact that the multidimensional structure of the tensor measurement can be explored, the proposed PARAFAC estimator can offer closed-form solution to direction finding without additional pairing calculation, so it is much more accurate and efficient than the state-of-the-art spectrum search method and the rotational invariance algorithm. The improved PARAFAC approach is mathematically analyzed in detail, Several computer trials are carried out to show the theoretical advantages.     

水下声成像中旁瓣抑制方法及其实验研究

提出了一种近场条件下采用不等间隔阵并进行孔径变迹处理的水下声成像旁瓣抑制方法,并进行了理论和实验研究。考虑以球面波传播理论为基础的聚焦波束形成,首先通过阵元位置微调,设计了可实现低旁瓣的不等间隔阵,从单程波束响应上降低旁瓣;然后,将孔径变迹处理方法应用于水下声成像中,全部阵元用于接收,部分阵元用于发射,从双程波束响应上进一步降低旁瓣。通过水池实验对所提出的方法进行了验证。结果表明:采用不等间隔阵并进行孔径变迹处理可以更为有效地降低旁瓣,而主瓣仅有小量展宽,且该方法工程应用简便易行,在改善成像质量的同时降低了系统复杂度。      

单声线水声MIMO信道容量的研究

本文对水声MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output)信道容量受收发阵元数目、间距,收发阵位置、方向,平均接收信噪比以及声速剖面的斜率的影响,在收发阵元之间只存一条声线的情况下,通过WKB近似进行了初步的研究。从计算结果可以看出,当收发阵元对之间只存在一条声线时,阵元间距会对MIMO信道容量产生重要影响:当收发阵元间距足够大时, MIMO系统的信道容量将随着接收信噪比和收发阵元数线性增加,一个m×m的MIMO系统的信道容量将为相应的 SISO(Single-Input-Single-Output)系统的m倍,收发阵的方向也会对MIMO系统信道容量产生较大的影响,另外,收发阵的深度、距离也会对水声MIMO信道容量产生影响,声速剖面的斜率在一般水声信道的声速变化范围内,对信道容量的影响不大。     

一种平行背栅极碳纳米管阵列的场增强因子计算

建立一种平行背栅极碳纳米管阵列阴极,基于电场叠加原理,利用镜像电荷法对其进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场增强因子。在此基础上,进一步分析器件各类参数对电场增强因子的影响。分析表明,碳纳米管阵列阴极具有最佳阵列密度,其对应碳纳米管间距大约为碳纳米管高度的两倍,靠阴极阵列边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大。除了碳纳米管的长径比之外,栅极宽度、栅极厚度和栅极间距等也对电场增强因子有一定的影响:栅极越宽,场增强因子越大;而栅极厚度、栅极间距越大,场增强因子就越小。     

Using the Concept of a Virtual Antenna Array in a Mimo Radar in the Presence of Reflections from the Ground Surface

Radiophysics and Quantum Electronics - We consider the problem of using the concept of a virtual antenna array in a MIMO radar for estimating the angular location of the target in the presence of...     

Plasmonic properties of two-dimensional metallic nanoholes fabricated by focused ion beam lithography

Plasmonic metallic nanoholes are widely used to focus or image in the nanoscale field. In this article, we present the results of the design, fabrication, and plasmonic properties of a two-dimensional metallic pentagram nanohole array. The nanoholes can excite the extraordinary transmission phenomenon. We used the finite-difference time-domain method to design the transmission and the localized surface plasmon resonance electric field distribution in the near field. The focused ion beam method was used to fabricate the nanoholes. The transmittance in the far field was measured by a scanning spectrophotometer. The difference between the design and the experimental results may be caused by the conversion between the near field and the far field. The near field electric field distribution on the surface plasmonic nanoholes was measured by a near-field scanning optical microscope. From our results, we found that the maximum transmission of the nanoholes is 2.4. Therefore, our plasmonic nanohole can significantly enhance the transmission by exciting the plasmonic phenomenon on the surface of the nanostructures.     

平台转动对SAR成像的影响分析

分析了合成孔径雷达(SAR)平台偏航、俯仰和横滚3个方向转动对成像的影响。建立了平台转动模型,从雷达照射区域的变化、回波的幅度调制和回波的相位调制等3个方面展开分析,定量分析了平台转动对成像幅宽和方位聚焦的影响。分析结果表明,平台转动会产生成像幅宽损失,影响方位聚焦,并会改变目标的方位位置。分析结果可以为SAR系统设计和算法论证提供一定的参考。