摘要:超表面因强大的电磁操控能力,在现代无线通信及毫米波雷达等领域展现出巨大的应用潜力。在结构极简的超表面上实现尽可能丰富的电磁功能是工程界孜孜以求的目标。以诱导磁机制为出发点,对结构极简的惠更斯超表面进行了系统性研究,并对其在毫米波透镜天线中的潜在应用进行了全面综述。诱导磁机制能够利用单层印制电路板(PrintedCircuit Board,PCB)基板的双层金属图案激发磁谐振,进而激发惠更斯谐振,在电磁波调控方面突破了传统频率选择表面的移相限制,并为在结构极简的超表面上实现高效的透射波操控铺平了道路。惠更斯超表面的潜在应用包括单极化、双极化、双频带、低剖面和透/反双功能超透镜天线设计。由于可以使用单层PCB基板制备,制备容易、成本低廉,基于诱导磁的惠更斯超表面对于未来天线工程有着重要的应用价值。
摘要:介绍了超构表面(Metasurface,MTS)的特征模式分析及其在天线应用中的最新研究进展。MTS物理特性丰富且设计自由度高,有望实现天线极限性能的突破。散射问题中的MTS研究往往基于远场激励、无限大、均匀3个假设,研究方法和结论难以适用近场激励、有限截断、局部反射丰富的天线问题。适用于任意结构、任意场区且与激励无关的特征模理论更适合上述问题。总结回顾了近10年来针对MTS的特征模式分析及其在天线设计与优化中的应用,以天线的端口数量、模式数量和单元数量为脉络,从模式分析、模式调控和模式激励的角度,重点讨论了实现MTS天线的带宽提升、增益提高、单馈圆极化辐射、多频共口径、多模多端口、天线解耦、小型化的基本原理、技术途径、实现方法和应用实例,对MTS天线的特征模式理论与应用研究做出了进一步展望。
摘要:基于超表面技术设计的透一反阵列天线能够在不增加额外设计复杂度及器件整体尺寸的前提下,实现全空间范围内的电磁覆盖。该技术突破了传统透射阵和反射阵的覆盖极限,可提供更多区域、更大范围内的信号覆盖,推动物联网发展。为阐述透一反射阵列天线的工作机理,对基于超表面的透一反射阵列天线技术进行了综述,归纳了天线实现全空间辐射的设计方法,分析了不同设计方法的优势和不足,为透一反射阵列天线的发展方向提供思路,旨在为具有全空间电磁覆盖的超表面天线设计提供理论指导。
摘要:设计了一种基于透射超构表面的圆极化磁电偶极子阵列天线。通过对手性透射超构表面的设计实现了圆极化波的非对称传输功能,仿真结果表明其可以在工作频段内将沿+z轴入射的x极化波透射为右旋圆极化波,同时可将沿-z轴入射的左旋圆极化波反射为左旋圆极化波。将其组阵后加载到设计的一款磁电偶极子阵列天线上,可以在4.69~5.84GHz将天线辐射的线极化波透射为右旋圆极化波,增益最高可达17.7dB,加工了超构表面天线样件,仿真和测试结果验证了设计的有效性和可靠性。
摘要:针对K波段卫星通信容量大、工作模式灵活的需求,设计了一款用于K波段卫星通信的反射型可重构线圆极化变换表面。该线圆极化变换表面基于改进型耶路撒冷十字结构,在PIN二极管导通和关闭时,分别可在18.59-20.50GHz和18.66-23.19GHz实现线极化波转右旋圆极化波和左旋圆极化波,重叠工作频段为18.66-20.50GHz,带宽1.84GHz。该极化变换表面的单元尺寸为0.22x0.2x0.083(为重叠频段中心工作波长),剖面高度仅为0.083。该极化变换表面在PIN二极管处于导通和关闭状态下,入射角度稳定性分别为40°和20°,且交叉极化电平低于-60dB。
摘要:针对轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)在无线通信系统中相位奇点的问题,提出了一种产生矢量OAM波的透射超表面。设计了一种超表面透射单元实现透射极化和相位的调控,并由此单元排布组成透射超表面。采用透射超表面调控透射电磁波的相位和极化在空间中的分布,极化控制为OAM波引入矢量模。仿真分析和测试结果基本吻合,均表明该超表面工作频率为10GHz,能够将线极化波转换为模态为+1的矢量OAM波,在传播方向上增益为3.9dBi,消除了中心相位奇点,验证了所提出方案的有效性。
摘要:为了探索一种新的产生轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的方法,根据圆形阵列天线理论,提出了一种基于旋转单元法的极化OAM透射阵,能够形成旋转电磁场,进而产生极化正交的OAM波。该极化OAM波透射阵分为中间的地层和上下2层贴片,总共由14个透射单元组成,外圈包含9个单元,内圈包含5个单元,均匀轴向排布在一个同心圆上。该透射阵通过单元的旋转使电磁波产生极化旋转的特性,从而可以在空间中通过调控电场的极化来实现信号正交,以提高信道容量。仿真和测试结果均表明,该极化OAM波透射阵工作于10GHz,在透射阵口面存在极化OAM特性,且透射阵的最大增益为5.5dBi。因此,探索极化OAM波为无线通信提供了一种新的可能。
摘要:近场波束赋形可用于近场通信、无线功率传输等领域,而基于全息超表面设计的近场成像天线具有剖面低、无需馈电网络和波束调控灵活等优势。对标量和张量全息超表面近场成像进行了理论推导、仿真分析和实物验证。在此基础上,利用张量全息超表面设计了一款集成平面馈源的近场成像天线,全波仿真和测试结果相吻合,验证了该超表面具有可同时利用左旋和右旋圆极化进行近场成像的能力。
摘要:基于极化结构分离的方法,提出了一种新型双极化宽带解耦超表面单元,2种极化的单元可在25~35GHz实现相位独立连续调控特性。基于此设计了工作在Ka波段偏馈线极化转圆极化反射阵列天线,测试结果表明,阵列可工作在27-34GHz,最大增益与口径效率分别为30.7dBic和46.91%,3dB轴比带宽为23.47%。该双极化解耦反射超表面单元结构简单、工作带宽较宽、口径效率高且副瓣电平在-22dB以下,在低成本超表面反射阵列的应用中具有极大潜力。提出的双极化解耦方法在目前低成本超表面应用中具有一定的指导价值。
摘要:基于1/2折叠反射超表面的原理,进一步研究了1/n的折叠反射超表面设计方法和性能优化步骤,目标是设计一种可以兼顾阵列效率和剖面高度的圆极化阵列。折叠阵列架构采用1层极化反射单元,1层圆极化透射层和圆极化馈源。研究了一种右旋圆极化超表面单元,仿真结果表明,在25 -35GHz,该单元具有良好的极化选择特性。设计了一种转极化反射单元,仿真结果显示在25~35GHz,该单元具有良好的转极化特性。提出并研究了1/n的折叠超反射表面的相位计算方法,通过仿真对天线阵列性能进行优化。为了验证提出的方法,对一款剖面高度比阵列口径为0.287的31x31圆极化折叠阵列进行了仿真和测试,测试结果与仿真结果较为一致。测试结果表明,设计的圆极化折叠阵列具有36.1%的口径效率,3.6%的1 dB增益带宽,11.4%的3dB增益带宽和16.6%的3dB轴比带宽。提出的方法很好地平衡了天线效率与天线剖面,为高性能折叠阵列设计提供了一种新的研究思路。
摘要:提出一种由水平超表面和垂直超表面结构组成的宽带广角度超表面吸波器。传统的超表面吸波器在TE波入射时具有广角度的吸收特性,但在TM波斜入射下的角度稳定性差。通过使用垂直超表面结构,该超表面吸波器在TE和TM波斜入射下都具有良好的角度稳定性。正入射时的吸收带宽为2.40-5.06GHz(相对带宽为71.3%),当TE波和TM波的入射角增大到60°时,吸收带宽为3.04-5.06GHz(相对带宽为49.9%),所提出超表面吸波器的总厚度为15.2mm(0.126,为最低工作频率处的波长)。
摘要:针对复杂交通场景下行人特征信息提取不完整、检测精度不高的问题,提出一种基于YOLOv5网络改进的融合上下文信息和注意力机制的行人检测算法-YOLOv5-STRDC。将Swin Transformer置于骨干网络中,在高效获取全局信息的同时丰富上下文信息。提出融合5个并行空洞卷积和改进卷积块注意模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM)注意力机制的空间金字塔池化(Spatial Pyramid Pooling,SPP)模块,输出较大图像范围信息的同时分别从通道和空间维度上增强了特征的融合能力。集成坐标注意力(Coordinate Attention,CA)机制,突出局部重点区域,以得到更准确的特征信息。YOLOv5-STRDC算法在公开的WiderPerson数据集和INRIA数据集上的平均精度均值(mean Average Precision,mAP)分别达到了71.60%和92.01%,相比YOLOv5模型,分别提升了1.80%和1.34%,实现了较好的行人检测效果。所提算法的检测速度分别达到了137. 34、114. 71帧/秒,满足了实时检测的要求。
摘要:红外与可见光(RGB and Thermal,RGBT)目标跟踪得益于可见光与热红外2种模态数据的互补优势能够很好地提升跟踪器在部分极端环境下的目标定位能力。现有工作主要集中于如何对2种模态的特征进行提取和融合,忽略了不同模态中分层深度特征的潜在价值,这些分层深度特征对目标的定位与分类有着重要的作用。为此,提出了一种多层次特征交互的多模态自适应融合目标跟踪算法(Multi-layer Feature Interaction and Modal-adaptation Fusion Network,MIMFNet),通过特征提取器和注意力机制对分层特征进行提取与自适应校准;分层特征聚合子网将不同层的特征进行自上而下相互聚合,使低层特征不仅保留了自身的空间细节也获取了高层特征的语义信息。设计了一种多模态信息传递模块对2种模态的分层信息进行自适应融合,使模型聚焦到质量更高的特征通道上。通过多个公开数据集上的大量实验结果表明,提出的多模态目标跟踪算法具有优良的抗干扰特性,特别是由于尺度变化(Scale Variation,SV)、热交叉(Thermal Crossover.TC)和遮挡(Occlusion,OCC)等因素引起的跟踪漂移得到了显著优化。
摘要:针对目前已有多目标威胁评估方法主观性强、稳定性弱、评估过程不连续的问题,综合考虑目标运动特性、目标行为意图,提出了一种基于动态贝叶斯网络(Dynamic Bayesian Network,DBN)和逼近理想解法(Technique for OrderPreference by Similarity to an Ideal Solution,TOPSIS)的多目标威胁评估方法DBN-TOPSIS。通过分析目标特征指标间的节点关系,建立多目标威胁评估DBN。采用模糊理论,通过梯形隶属度函数对战场传感器、雷达等获取的连续型特征指标数据进行离散化处理,统一特征指标形态。利用联合树(Junction Tree,J-tree)算法进行动态威胁程度推理。构造DBN推理结果与TOPSIS评估矩阵之间的映射关系,采用TOPSIS法将威胁评估概率结果转换为威胁程度综合评估得分,进行多目标威胁程度准确排序。实验结果表明,DBN-TOPSIS多目标威胁评估方法具有较好的合理性和准确性。
摘要:无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)集群具有多机编组、协同作战等优势的同时,带来了很多潜在的威胁。与非UAV集群相比,UAV集群智能自主化程度更高,导致UAV集群危害事件层出不穷,如何高效反制UAV集群逐渐成为了国内外热点。通过从不同维度剖析UAV集群的脆弱性,对传统的反UAV集群技术进行分类,并揭示传统技术的局限性,总结了适用于反制UAV集群的智能反制技术及相关智能算法。针对智能反制技术仍面临的挑战展开了思考,对未来的UAV集群智能反制技术和体系研究方向提出了展望,供反UAV集群应用领域发展和重大空域安全行动参考。
摘要:可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)通过改变电磁传播环境来提高无线通信的覆盖范围和容量。然而,RIS技术部署和维护大量的RIS反射元件也会产生大量的能量消耗。基于此,在满足用户的最低速率、基站的最大发射功率以及RIS相位角的单位模数等约束下,研究RIS辅助的多用户多输入单输出(Multiple Input SingleOutput,MISO)系统中资源优化问题,实现能量效率最大化。具体地,分析多用户下信干噪比(Signal to Interference NoiseRatio,SINR)、系统总功耗与RIS的相位矩阵和开关矩阵的关系;建立以基站的波束赋形、RIS的相位角及开关矩阵为变量的最大化能量效率优化问题;针对优化问题的求解,提出基站端使用最大比发送预编码,使用户接收的SINR最大,并提出一种改进型的粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法,通过优化RIS的开关矩阵以最小化系统总功耗;进一步设计了相位矩阵、功率和开关矩阵进行交替迭代优化的方案。仿真结果表明,改进型算法得到的最优性能结果比较稳定,特别是在加入开关的系统中,经过优化开关矩阵后获得的系统能量效率相比不带开关的系统提升了约20%,证实了所提方案对系统能量效率提升的有效性。
摘要:为了解决夜间城市安全和灾难恢复等场景中的照明和通信安全问题,研究了移动可见光通信(Visible LightCommunication,VLC)系统的物理层安全(Physical Layer Security,PLS),移动VLC将发光二极管(Light Emitting Diode,LED)嵌入无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)同时实现照明和通信,且应需灵活配置;由于UAV移动,通信视距链路并不能一直存在,因此在移动VLC系统中引入智能反射面(Intelligent Reflective Surface,IRS)技术,实时重构光无线传输链路以进一步提升系统的安全性能。IRS辅助的移动VLC系统PLS,通过联合优化UAV位置、IRS分配矩阵和系统发射功率来最大化移动VLC系统的安全速率。由于形成的优化问题是一个非线性的混合整数非凸问题,提出一种低复杂度的迭代算法,将原始优化问题去耦合分解为3个子问题,并利用引入松弛变量、一阶泰勒展开和连续凸逼近等方法对子问题进行求解。数值结果表明,所提方案相比于几种基准方案更能提升系统的安全速率。
摘要:室内太赫兹无线信道模型研究是无线通信领域的热门课题之一。随着物联网、5G和未来通信技术的快速发展,太赫兹频段因其大带宽和高数据传输速率的潜力引起了广泛关注。对室内太赫兹无线信道模型及建模方法的研究现状进行了综述。介绍了太赫兹频谱特性、大小尺度衰落等太赫兹信道传播特性。对太赫兹信道中路径损失、信道冲击响应(Channel Impulse Response,CIR)/信道传递函数(Channel Transfer Function,CTF)、功率时延谱(Power Delay Profile,PDP)、时延扩展(Delay Spread,DS)、到达时间(Time of Arrival,ToA)、角度扩展(Angular Spread,AS)和到达角度(Angle of Arrival,AoA)等重点参数的研究现状进行了梳理,并在此基础上将信道建模方法归纳为三大类,分别为确定性信道建模、统计性信道建模和混合信道建模。针对每种建模方法,分析了现有相关研究路线的优势及现状。对太赫兹无线信道建模的未来发展进行了展望。
摘要:基于电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)测试领域行业标准对宽带功率放大器(Broadband PowerAmplifier,BPA)谐波抑制的要求,提出一种宽带射频谐波抑制方案,给出了关键算法与现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)实现。通过中频相关峰值快速扫频算法和高精度数字相位控制方法,实现谐波频率的锁定并产生谐波失真信号,后在FPGA平台进行闭环验证。实验结果表明,对于BPA工作频带内的二次谐波抑制度最大达到37dBc,且对带内任意二次谐波抑制至少改善20dBc,满足EMC效应测试领域多项行业标准对BPA发射谐波抑制至少15dBc的需求,相较于现有方法,设计方案具有更好的对消性能及宽带自适应性。
摘要:为了拓宽通信系统的信道容量,设计了一种新型双环相控微带天线阵列。该天线阵列以同轴馈电的圆形石墨烯贴片作为阵元,内环包含8个阵元,外环包含16个阵元,均等间隔分布在一个同心圆上。仿真结果表明,双环轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)微带天线阵列通过调整相位分布,可以产生模态为l=0、l=+1、l=+2、l=+3、l=+4、l=+5的电磁涡旋波束,并且双环OAM微带天线阵列实现了比单环更高的增益,最高增益达到19.2dBi。通过改变石墨烯的化学势,该天线可实现5.59-6.28THz频率可调,为未来无线通信系统的容量提升和频谱利用率优化提供了一种新的选择。
摘要:风险诊断有益于明确风险隔离框架以及指定系统恢复措施,可为电网检修方式安排提供决策参考。在分布式能源集成化程度日益提高的情况下,基于逆变器的发电机异常电流较小,传统的继电保护失效,对电网系统的风险感知提出了新的要求。提出一种基于时空循环图神经网络(Spatial-Temporal Recurrent Graph Neural Network,STRGNN)的电网风险诊断框架,提升了检修方式的风险识别能力。STRGNN可以从关键母线上的电压测量单元数据中提取时空特征,根据特征进行风险事件检测、风险类型/相位分类、风险定位等操作。与现有研究成果相比,STRGNN对风险诊断具有更好的泛化能力。此外,STRGNN提取电压信号而不是电流信号,不需要在电网系统的所有线路上安装继电器,不受电流测量单元数量的约束。在波茨坦微电网系统和IEEE-123节点馈线系统上进行大量实验,结果表明STRGNN相比其他基准方法具有更好的性能。相较于最先进的图卷积方法在IEEE-123节点馈线系统上,风险定位准确率提升了1.8%。
摘要:针对巡检机器人需在电站复杂环境下多任务点遍历巡检路径规划问题,提出一种多策略差分扰动机制改进的堆优化(Heap-Based Optimizer,HBO)算法。对不同个体实行差异化的扰动策略,增强新解的多样性。针对巡检任务起终点一致的特性,使用交错同步搜索策略,双种群各执行一半搜索任务,降低了搜索时间,提高了收敛速度。环境建模引入了无限邻域机制,可搜索邻域个数变为连续任意方向,减少了转折点数,使用四阶最小Snap平滑算法平滑整体路径,增大路径平顺度,满足机器人动力学特性。经仿真对比,改进后HBO算法在多任务点遍历巡检任务中性能提升明显,相对于改进前HBO算法和对比的混合粒子群灰狼(Hybrid Gray Wolf Optimizer with Particle Swarm Optimization,HGWOP)算法的步数最低,路径最平滑,最优路径分别缩短了11.1%和20.0%,平均迭代次数分别降低了25.78%和10.53%。
摘要:传统编码器虽然具有可控的码率,但却无法有效控制编码视频的质量,存在随图像内容变化而产生抖动的缺陷。针对当前互联网带宽特性,如自适应码率(Adaptive Bitrate,ABR)网络带宽控制技术中带宽固定的限制条件比传统广播网松弛,在以失真为约束的条件下,提出了一种新的率失真优化的失真分配方案,根据每个编码单元的拉格朗日乘子与图像组(Group of Pictures,GOP)级别的乘子之间的相互关系模型,设计了以帧级为单元的失真分配策略。基于高效率视频编码(High Efficiency Video Coding,HEVC)模型随机编码结构的默认配置下,对通用测试条件中规定的标准测试序列,实验结果显示质量一致性限制的编码器率失真性能BjOntegaard Delta-Peak Signal to Noise Rate(BD-PSNR)提升了0.057dB,编码后的图像组失真的方差减小了50%,能有效地减少编码视频的质量抖动,具有更加平稳的编码质量。
摘要:介电常数是衡量月球介电特性的重要参数。利用月球介电参数可以反演月壤厚度、密度等重要物性参数,有助于研究月球地质构造和地质演化历史。获取月表介电参数的方法主要为雷达远程遥测、月表雷达就位探测和月球样品测量,其中月球样品测量是最为直接有效的测量方式。阿波罗任务总共获得了约381kg月球样品,总结了阿波罗月球样品介电参数测量方法,分析了测试结果。测试结果表明,频率、温度、湿度、密度和氧化物等因素会影响样品介电参数测量。在后续样品介电测试中,需要考虑这些因素。
摘要:为深入了解对称载波复用(Paired Carrier Multiple Access,PCMA)技术,为实际应用提供指导,对卫星通信PCMA应用开展研究。在介绍PCMA基本原理的基础上,对PCMA传输性能和抗截获性方面的优势进行分析。基于Ku波段转发器在北京地区的参数,计算在转发器下行功率受限和地球站上行功率受限情况下,不同口径天线地球站在不同调制方式和前向纠错(Forward Error Correction,FEC)编码方式下的信息速率和晴天链路余量。计算结果表明,当合作通信的2个地球站发射能力足够时,在晴天链路余量不小于3dB的情况下,PCMA比单路单载波(Single Channel Per Carrier,SCPC)信息速率至少提升40%。当一个地球站发射能力不足时,建议降低另一个站的信息速率,保持2个载波重叠,增加第三方装置截获信号的难度。