基于嵌套阵的宽频带恒定束宽快速处理算法

针对宽频带阵列信号处理中的恒定束宽波束形成问题,本文首先分析了几种常见的实现方法,然后重点介绍了基于嵌套阵的组合滤波算法,并指出该算法在多倍频程实时处理应用中面临计算资源不足的限制。本文的重点是在分析原有算法的基础上,对基于嵌套阵的组合滤波算法提出了一系列的改进,改进后的算法在保证精度的前提下,对七倍频程嵌套阵信号的处理时间缩短为原型算法的3.25%。经过试验验证,其处理速度、处理精度以及波束恒定效果都满足设计和使用要求。     

宽带恒定束宽波束形成器的设计与实现

本文提出了一种设计宽带恒定束宽波束形成器的方法,这对应用于海底探测和分类问题的声纳系统来说十分重要,对于给定频带宽度的信号,选择一定数量的频率点来表达其频率响应,对于一个给定的频点,可以通过现有方法导出满足恒定宽要求的加权矢量,例如对于一个线阵列,可用切比雪夫多项多得到其加权矢量,因此对于一个具有Ｎ个阵元的宽带阵,如果选择Ｍ个频率点,可以得到一个ＮＭ的加权矩阵,这个矩阵的每一行代表一个阵元的频率响     

Legendre函数加权的声纳宽频带恒定束宽波束特性分析*

为了处理水声信号,声纳阵列通常需要形成宽频带恒定束宽的波束。采用两种阵元加权方法分析二维圆弧形恒定束宽换能器声纳阵列:球面Legendre函数加权方法和柱面Legendre函数加权方法。分别对球面阵、柱面阵和平面阵这三种几何结构的声纳阵列进行分析,并且计算波束宽度和波束方向。结果表明,在宽频带范围内,除了柱面Legendre函数加权的球面阵之外,其余Legendre函数加权的声纳阵列均能利用简单的、不随频率变化的阵元权重和阵元延时,形成恒定束宽的波束,并且具有较小的旁瓣,此外波束方向与预设方向也较为一致。相对于其他恒定束宽波束形成方法,Legendre函数加权方法能利用较低的计算复杂度来实现良好的宽频带恒定束宽的波束特性。     

基于Kaiser窗函数的矢量阵近场聚焦恒定束宽方法

本文针对宽带信号矢量阵近场聚焦的恒定束宽问题,提出了基于Kaiser窗函数改进的矢量阵近场聚焦恒定束宽方法。主要在常规Kaiser窗恒定束宽基础上,根据Kaiser窗的特点,使得窗参数随指数变化,提高了恒定束宽的计算精度及效果;利用束宽随频率的变化规律及窗函数本身特点,以低频率恒定束宽参数为先验信息,确定较高频率的恒定束宽参数,缩小了参数搜寻范围,提高了计算效率。仿真实验结果表明本文建立的恒定束宽方法具有较好的效果。     

时域宽带恒定束宽波束形成的实验研究

由于实际水声系统中的阵列模型往往与理想阵列模型失配,导致基于理想阵列模型设计的时域恒定束宽波束形成器所形成的波束图在实际应用中严重畸变,从而不能有效地抑制旁瓣干扰和无失真地接收宽带信号。本文利用水池实验说明阵列模型失配对基于理想阵列模型设计的时域恒定束宽波束形成器的影响,并提出一种有效的设计方法以减小这种影响,即通过实际测量,获得包含失配信息在内的实际阵列模型,并将该模型应用到时域恒定束宽波束器的设计当中。实验结果表明,基于实际阵列模型的设计可以有效地减小由于阵列模型失配带来的影响,这对设计实际系统可以使用的时域恒定束宽波束形成器具有重要的意义。     

用最小结构单元频率选择表面实现大入射角宽频带的透波材料

不同于传统的频率选择表面(FSS),最小单元频率选择表面(mFSS)的工作频率取决于其基本结构单元中金属结构的内禀电容和电感,而不是单元的结构共振频率.本文围绕用mFSS构建带通型透波材料,在分析了金属缝隙和金属线的内禀电容和电感的基础上,构建了以金属缝隙和金属线为基本单元的透波材料模型,研究了mFSS单元结构参数、等效电路参数和电波入射角对透波性能和带宽的影响,设计制备了工作在10 GHz的透波材料.研究结果表明;这种透波材料具有工作频带宽,对电磁波入射角度和极化方向不敏感等优点,在垂直入射时的-1 dB带宽达到40%,即使在大入射角(60?)下依然有很好的传输性能,-1 dB带宽接近20%.实际制备的透波材料样品的测试结果和与理论计算结果相一致.mFSS的上述特性极大扩展了透波材料的应用场合,特别适用于雷达罩和天线罩等应用.     

一种新型宽频带低损耗小单元左手材料的设计与实现

设计了一种结构简单、可在电路板单面上印刷的新型左手材料. 该结构由周期性排列的“Ⅱ”组成, 具有频带宽、损耗低、尺寸小等优点. 该材料在一定频段内具有介电常数和磁导率同时为负的特性. 仿真结果表明: 在8.79-15.57 GHz频率范围内, 折射率实部为负, 而虚部接近于零; 同时在该频段内的波阻抗实部大于零. 从而说明该材料具有左手特性, 在此基础上对该结构进行了制作、加工、并通过矩形波导法进行了验证. 同时, 该左手材料的相对带宽达到55.74%, 而最大单元损耗仅是0.27 dB, 远远优于传统的左手材料.     

基于宽频带温度脉动仪的大气温度起伏谱测量

常用温度脉动仪测量湍流的频谱, 频谱范围多在20Hz以下, 无法呈现大气温度起伏的高频特征。介绍一种宽频带低噪声温度脉动仪的设计方法, 研制出相应的仪器, 并进行了真实大气温度起伏测量实验。结果表明, 大气温度起伏具有丰富的高频信息, 温度起伏功率谱在更宽的频率范围内存在幂率不变性, 部分温度谱在高频部分出现拐点, 以更陡的幂率下降, 湍流谱的形状以及拐点出现的位置和湍流强度有一定的关系。拓宽了温度起伏功率谱的研究范围, 为光波传输的理论研究和技术应用提供了高频湍流谱信息, 为非Kolmogorov湍流研究提供了测量手段。     

X波段高功率宽频带双螺旋反射阵列天线的设计

为了提升高功率微波辐射天线的带宽,提出并设计了一种X波段高功率圆极化反射阵列天线,该天线采用喇叭天线作为馈源,阵列天线单元由可旋转金属双螺旋线构成,通过旋转螺旋线可以实现360°的相位补偿,同时反射损耗极小。设计了15×15矩形栅格螺旋反射阵列天线,全波仿真结果表明：该口径为315 mm的阵列天线在中心频点9.3 GHz下,增益为28 dB,轴比为0.53 dB,口径效率为52.6%;在8.5~10.9 GHz的频带范围内增益大于26.8 dB,轴比小于1.14 dB,1 dB增益带宽和40%以上口径效率带宽均大于21%;在真空中所能承受的最大功率约为207 MW。     

宽频带光纤耦合器的近似模型和实验验证

本文用理论分析证明了将单模光纤耦合器的腰部熔锥区域简化成等效平行波导的近似模型必须作弱导近似和弱耦合近似,并在实践上用弱熔锥工艺制成了宽频带单模光纤耦合器,对该器件有关参量和尺寸的测量及计算,表明具有哑铃形腰部横截面结构的宽频带熔锥型耦合器的组合波导满足弱导近似和近似条件,用等效平行波导的近似模型计算耦合器转换功率随波长变化的曲线,不仅宽频带特性的理论曲线与实验符合得好,而且耦合器的耦合特性对二光纤芯径比及熔锥长度变化十分灵敏,这也是与实验相符。     

Perceptual discrimination of very high frequency components in wide frequency range musical sound

Subjective evaluation tests on perceptual discrimination between musical sounds with and without very high frequency (above 20 kHz) components were conducted. To make a precise evaluation, the test system was designed to exclude any influence from very high frequency components in the audible frequency range. Moreover, a newly developed very wide frequency range microphone was used to record various sound stimuli that contained enough components in the very high frequency range. Tests showed that the subjects could discriminate between musical sounds with and without very high frequency components. This paper describes these subjective evaluations in terms of reproducing such very high frequency components in musical sound.     

Static dielectric constant assessment from capacitance over a wide range of electrode separations

Static dielectric constant extraction from two-electrode capacitance measurement over a wide range of electrode separations and dielectric constants involves careful assessment of fringe fields. Finite-element method has been employed to compute capacitance and quantify fringe fields for parallel electrode capacitor of (finite thickness, radii r, electrode separation d), with a homogeneous dielectric medium extending up to the geometric limits of the electrodes. Two distinct regimes, in the fringe field contributions are seen. A procedure to extract the static dielectric constant has been proposed for the first regime and a validation has been provided for the same.     

基于调频Z变换的均匀线列阵恒定束宽波束形成器设计

提出了基于调频Z变换(CZT)的宽带恒定束宽波束形成(CBB)方法:假设在每个子带内,各方位波束的权系数相同,推导得到:每个频率子带的权系数序列与参考频率的权系数序列的频谱相同,而在频率轴上满足比例伸缩关系,比例尺度为参考频率与相应频率子带的中心频率之比。依据此设计思想,给出有效孔径不变的CZT法(CZTIA)和有效孔径变化的CZT法(CZTVA)两种CBB实现方法。它们均是由参考频率的权系数序列,通过设定不同的参数值,采用CZT快速计算各个子带的权系数序列的频谱,然后通过傅里叶反变换便可得到相应频率子带的权系数序列。计算机仿真结果验证了理论分析的正确性。     

截断阶梯Legendre函数加权阵列恒定束宽波束特性分析*

连续Legendre函数加权的恒定束宽换能器(CBT)阵列可以在一定频率范围内采用与频率无关的简单阵元权重实现恒定束宽的波束特性。然而常规CBT阵列需要为每个阵元配置相应的阵元权重,当阵元数量较大时会增加复杂度。该文分析了截断阶梯Legendre函数加权的面阵列,包括球面阵、柱面阵和平面阵,并且分别分析了Legendre函数球面加权方法和Legendre函数柱面加权方法应用于上述阵列的性能。结果表明,截断阶梯Legendre函数加权对波束方向的影响可以忽略,而主要影响波束宽度。对于面阵列,当采样阶梯不大于3 dB,截断点不大于-21 dB时,截断阶梯Legendre函数加权能很好近似连续Legendre函数加权。因此截断阶梯Legendre函数加权可以在保证CBT阵列性能的前提下有效减少阵元加权系数的数量。     

恒定束宽扬声器线阵列优化研究

为了保持恒定束宽扬声器(Constant beamwidth transducer,CBT)线阵列高频指向性恒定,解决单元间距过小的问题,减小阵元数目,提出了利用声波导代替扬声器单元,建立了波导CBT阵列的声场模型。基于数值计算结果和数据分析,比较了不同阵元数目的波导CBT阵列和CBT阵列的指向性和声场分布,讨论了有效辐射率和使用阵元数目的关系。通过提高有效辐射率可以有效降低CBT阵列所需阵元数目,解决了扬声器单元间距过小的问题。