非线性磁电换能器模型的谐振磁电效应分析及其输出功率优化

基于非线性磁致伸缩材料的本构方程,建立了一种“磁-力-电”多场耦合的层合磁电换能器的有限元模型,研究了不同偏置磁场下的谐振磁电效应.基于等效电路模型和二端口网络理论,实现了对谐振状态下磁电系数和等效源阻抗的完整求解.在磁电换能器与负载电阻之间引入优化的L节匹配网络,在提升负载功率的同时拓展了工作带宽.仿真结果与相关文献数据吻合,证实了该模型的准确性和有效性.仿真结果表明,所研究的层合磁电换能器,其磁电系数在450 Oe的偏置磁场下达到51.79 V/(cm·Oe)@51.4 kHz,在350 Oe的偏置磁场下达到极限输出功率–3.01 dBm@50.4 kHz.以保证负载功率为前提,通过优化匹配网络,可实现2.30 dB的功率提升和2.27倍的带宽拓展.本文所建立的非线性有限元模型充分考虑了偏置磁场对谐振磁电效应的影响,该研究结果对小型化磁耦合无线功率传输系统的设计和性能提升具有重要的指导意义.     

基于张量结构的快速三维稀疏贝叶斯学习STAP方法

当机载雷达处于非正侧视工作模式时,非平稳杂波会对运动目标检测造成严重干扰。传统三维空时自适应处理(3D-STAP)方法通过构造俯仰-方位-多普勒三维自适应滤波器,可有效抑制非平稳杂波,然而巨大的系统自由度导致其在非均匀杂波环境下训练样本严重不足。虽然稀疏恢复(SR)技术可有效改善样本需求,但庞大的运算开销又使得该技术难以应用于实际。针对上述问题,该文结合机载雷达回3阶张量结构提出一种新的快速三维稀疏贝叶斯学习STAP方法,通过采用运算开销更低的张量处理将大规模矩阵求解拆分为多个小规模矩阵计算,从而大幅降低运算复杂度。详尽的数值实验验证了所提张量基SR-STAP方法可在维持SR-STAP小样本处理性能不变的基础上,将运行时间直接降低数个量级,因此是一种更适用于实际工程的SR-STAP处理方式。      

远距离监视激光雷达动目标快速检测

激光雷达具有全天候工作、探测精度高、有效探测距离远、易获得三维信息等特点,但工作在远距离模式时,目标点云比较稀疏。当前便携条件下,基于深度学习的算法在激光雷达点云数据直接目标识别时,实时性和成功率尚不能达到远程监视实际工程的要求。针对实际工程中利用激光雷达检测运动目标进而实时引导高分辨率相机的需求,采用基于变化的检测方法,对远距离条件下激光雷达的运动目标检测方法进行了研究,利用点云数据的距离信息,给出三维单高斯模型和三维高斯混合模型检测动目标的过程和方法,提出了利用杂波图恒虚警率检测法处理点云数据的方法。实验表明,与二维图像动目标检测方法相比,三维单高斯模型法会很大程度提高检测准确性,降低虚警率,但仍然存在较高虚警率。为适应复杂三维场景,采用基于三维高斯混合模型的方法进一步降低了虚警率,但也降低了检测速度;而杂波图CFAR的方法具有很高的实时性,同时也具有较好的检测性能。     

非平稳机载全极化SAR定量化测量误差分析及处理方法

即使SAR系统内外定标非常准确,在不同飞行条件下,机载全极化SAR测量精度仍然存在一定的变化,特别在非平稳及高波段时,精度恶化较为严重。针对该问题,该文首先建立了非平稳环境下全极化SAR误差模型,然后分析了分时收发体制下通道间轨迹的微弱变化对极化相位不平衡度的影响,指出随着波段的提升,相同运动误差导致的相位不平衡度相应加重,据此给出了相应的处理方法。最后通过仿真及高分航空专项S波段SAR获取的数据对该方法进行了检验,开展的多次应用示范,也验证了方法的有效性和稳定性。     

一种用于SAR成像的数据存储系统设计方法

针对合成孔径雷达(SAR)成像回波数据量巨大和存储器资源利用率偏低的问题,提出一种双倍数据速率动态随机存储器(DDR)的存储装置,并设计一种原位转置的存储方法。该方法首先比较雷达回波数据距离向和方位向的长度,通过预留出距离向和方位向中较长数据的单行或者单列所占用的存储空间来提高存储器读地址和写地址逻辑映射的灵活性,有效地实现了大数据量的片内转置操作,提高了双倍数据速率动态随机存储器(DDR)的资源利用率,并将分块子矩阵地址映射方法和跨页地址映射方法应用于原位转置中,有效地提高了SAR回波数据转置的访问效率。仿真实验结果表明,该数据存储系统在满足成像实时性的同时降低了一半的DDR存储器的用量,提高了DDR的资源利用率,降低了成本,目前已成功应用于多种模式的SAR成像处理中。     

基于低温共烧陶瓷的毫米波-太赫兹基片集成波导过渡结构

在微波电路系统中,电磁波由一种传输介质进入另一种传输介质所带来的不连续性等问题会极大地影响系统的传输性能,这一直是设计微波电路所要关注的重点问题.当电磁波频段进入毫米波和太赫兹频段之后,如何实现电磁波从金属矩形波导接口到介质基板的高效、低损耗传输,是实现毫米波太赫兹通信系统的关键所在.本文设计了一种基于低温共烧陶瓷的基片集成波导-矩形波导过渡结构,通过阶梯渐变结构来改善传输性能、拓展带宽,并在此基础上设计了用于馈电网络的一分二过渡结构,引入空腔结构来降低损耗并拓展带宽.这两种结构都具有结构简单、易于加工的特点,可在W波段或D波段实现良好的传输特性,具备一定的频带普适性.在频率较高的D波段加工制作了测试基板,测量了其传输特性以验证该结构的实用性,其测试结果表明:该基片集成波导过渡结构可在126—149 GHz或112—139 GHz的频带内实现良好的传输特性;一分二过渡结构可在132—155 GHz的频带内实现良好的传输特性.     

基于LTCC技术的Ku波段四通道T/R组件研制

基于相控阵雷达的应用需求,利用LTCC多层基板技术,研制了Ku波段四通道T/R组件。该组件通过三维布局实现了组件的小型化和轻量化,同时也保证了射频、电源和控制的信号完整性。通过微带线变换带状线的优化设计,实现了良好的传输性能,提高了四通道信号间的隔离度。腔体内部做了隔墙设计,避免四通道的信号干扰,保证一致性。最终研制实现的小型化Ku波段四通道T/R组件,尺寸仅为70 mm×37.8 mm×11.5 mm,质量约53 g,组件接收增益大于25 dB,噪声系数小于4 dB,发射功率大于16 W。该T/R组件四通道一致性好,性能稳定,具有较好的应用价值。     

W波段机载视频合成孔径雷达系统

合成孔径雷达(SAR)能够全天时全天候工作,在对地遥感领域具有广泛和深入的应用。视频SAR将SAR成像获得的空间维度信息拓展到时-空维度,可以获取更加丰富的遥感信息。传统SAR频段较低,导致合成孔径时间长,数据计算量大,高帧频输出难度很大;而低频段太赫兹波对目标细节感知能力强,合成孔径短,特别适合于微弱目标的视频感知。本文设计了一种工作在W波段的视频SAR系统,采用收发分置连续波固态前端体制,输出峰值功率1 W,最大发射带宽可达1 GHz;采用极坐标格式算法(PFA)结合GPU架构实现高帧率低延时成像。仿真试验表明,系统成像分辨力可达0.15 m,成像帧率约5 Hz。     

基于带状线的X波段四通道T/R组件研制

基于带状线的结构特点,利用LTCC多层基板结构优势,设计了一款X波段四通道的T/R组件。该组件仅使用带状线传输线方式进行微波信号传输,避免了微波信号多层基板间过渡结构带来的损耗与畸变,同时结合LTCC走线特点、腔体设计技术和接地层屏蔽能力,将微波电路与电源控制电路进行分层处理和一体化设计,有效地降低了各信号间的串扰。最终设计实现的X波段四通道T/R组件,体积仅62 mm×43.8 mm×7.9 mm,质量约40 g,发射功率大于2 W,接收增益大于25 dB,接收噪声系数小于2.5 dB。该组件四个通道间一致性好,性能稳定,具有批量应用价值。