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[硕士论文] 唐晓菀
电路与系统 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:目标宽带电磁散射特性的分析对雷达探测、目标识别等技术发展起着至关重要的作用。矩量法分析目标宽带电磁散射特性需要逐点分析,计算时间长,占用内存大,对于复杂目标甚至无法计算。因此,研究一种高效算法对目标宽带电磁散射问题进行精确求解,已经成为电磁理论研究中的一个重点课题。
  本文基于矩量法基本原理,对目标宽带电磁散射问题进行了深入研究。针对超宽带特征基函数法分析目标宽带电磁散射特性时存在计算效率低,占用内存大等问题,本文提出了一种通用特征基函数法,并对其基函数构造方式及低频点冗余计算问题提出了改进。
  首先,针对传统超宽带特征基函数法在低频点计算精度的不足,提出一种通用特征基函数法。该方法对基函数构造方式进行了改进,得出主要特征基函数后,考虑子域间的耦合作用,求出次要特征基函数,然后再分别采用奇异值分解技术去除基函数的线性相关性,数值算例表明改进的方法大大降低了低频点的计算误差。
  其次,针对通用特征基函数法在分析目标电磁散射特性时,需要设置足够多的入射平面波激励,计算效率低等缺点,提出应用奇异值分解压缩激励矩阵,有效地减少了激励的数目,加快了基函数的生成速度,降低了内存需求。同时针对通用特征基函数法在频段内的各个频率点都需要重新构造缩减矩阵的问题,提出一种通用特征基函数法结合模型参数估计技术(MBPE)的有效方法,该方法在待分析频段内设置一些采样频率点,在采样点上应用通用特征基函数求解RCS,这样仅需要在少量采样点上构造缩减矩阵,有效地提高了计算速率。
  最后,针对传统通用特征基函数法在低频点存在冗余计算这一问题,提出一种自适应构造通用特征基函数法。该方法将待求频带自适应划分为多个子频带,并分别在各个子频带的最高频率点构建通用特征基函数,这样各个子频段就可以使用各自的通用特征基函数分析目标宽带电磁散射特性。该方法有效地降低了低频点的计算复杂度,减少了缩减矩阵维数,提高了求解的速率并降低了内存消耗。
[博士论文] 孙继承
空间物理 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:磁声波是地球辐射带中重要的电磁波动,其频率处于几赫兹到几百赫兹之间,由于它经常在赤道平面附近被卫星观测到,所以磁声波又常被称为赤道噪声。磁声波在辐射带电子散射和加速方面发挥重要的影响。本文主要关注辐射带中磁声波的激发和演化的物理过程,利用线性理论和一维粒子模拟程序研究了环状分布质子激发磁声波的波谱及磁声波对背景冷等离子体的能化,同时还研究了磁声波的波波相互作用。另外,利用二维的粒子模拟程序研究了地球偶极磁场中磁声波的激发与传播。本文的主要结论如下:
  1.连续谱磁声波的形成机制
  利用线性理论,研究了环状分布质子激发的垂直传播磁声波的波谱特征。发现,环状分布质子可以激发分立谱和连续谱的磁声波,连续谱的磁声波是由于相邻的两支分立谱重叠导致的。给出了磁声波产生分立谱和连续谱的判据,当磁声波的增长率较小γ<0.5Ωh时,磁声波的波谱为分立谱;而对于磁声波增长率大于或相当于0.5Ωh时,产生的磁声波的波谱为连续谱。利用一维粒子模拟程序我们证实了环状分布质子可以激发分立谱和连续谱的垂直传播磁声波。
  2.磁声波激发的参量研究
  利用线性理论和一维粒子模拟程序,对环状分布质子激发垂直传播磁声波的物理过程进行了参量研究。发现,当质量比和光速阿尔芬速度比很小时,激发的磁声波波谱为很少的几个分立的波模。随着质量比和光速阿尔芬速度比增大,低混杂频率增大,这将导致激发的磁声波的波模数量和频率增加,同时增长率也会随之增加。当质量比和光速阿尔芬速度比足够大时,磁声波的波谱会由于相邻波模的重叠变为连续谱。环状分布质子密度的增加,也可以使激发的磁声波由分立谱变为连续谱。环状分布质子速度的增加会导致磁声波的频率范围变宽,波模数量增多,但是磁声波的增长率会变低。
  3.磁声波与背景等离子体的相互作用
  利用一维的粒子模拟程序,研究了不同传播角度的磁声波的波谱特征以及背景等离子体的能化。发现随着传播角度的减小,磁声波的波谱会变宽,而且磁声波的频率范围会超过低混杂频率。对于严格垂直的磁声波,在平行方向,背景电子和背景质子均没有能化;而在垂直方向,背景等离子体的能化非常显著,背景质子的能化是由于非磁化加速导致的,而背景电子的能化是由于电场漂移导致的。对于有限平行波数的磁声波,会在平行方向出现不可忽略的电场,这导致在平行方向背景电子被非常有效的能化。在垂直方向上,背景电子也会由于电场漂移被有效的能化。而对于背景质子,磁声波只能在垂直方向对其加热,而在平行方向,其能量没有明显变化。
  4.磁声波的波波相互作用
  利用一维的粒子模拟程序,研究了磁声波的波波相互作用问题。粒子模拟得到的环状分布质子激发的磁声波会出现一些线性理论无法给出的低频的磁声波波模。由于磁声波的频率通常处在质子回旋频率的整数倍,而且在半低混杂频率以下的磁声波色散曲线近似为直线,所以磁声波的波模之间很容易满足波波相互作用条件,诊断了模拟得到的磁声波的色散关系和双相干系数,发现低频的磁声波是由于环状分布质子激发的较高频率的磁声波通过波波相互作用激发的。
  5.偶极磁场中的磁声波
  利用二维偶极坐标系粒子模拟程序,研究了地球偶极磁场中磁声波的激发与演化。模拟中包含三种等离子体成分,背景的冷电子和冷质子分布在整个模拟平面,而环状分布质子只分布在模拟中心附近的局部区域。发现环状分布质子会在局地激发磁声波,磁声波的传播方向几乎是垂直于背景磁场的。磁声波在沿着径向传播到环状分布质子边界时会发生反射,部分磁声波被反射后向源区传播,而另一部分磁声波会穿过环状分布质子边界继续向外传播。与此同时,磁声波会与背景冷等离子体发生相互作用,背景的冷等离子体会被能化,而磁声波会被耗散。因此,部分离开源区的磁声波很快被背景等离子体耗散。环状分布质子边界的反射和背景等离子体的耗散,导致了磁声波被限制在环状分布质子源区附近。
[博士论文] 李林茜
物理学 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:时域离散伽略金(Discontinuous Galerkin Time Domain, DGTD)方法是基于时域体积元发展起来的一种兼备时域有限元(Finite Element Time Domain,FETD)网格剖分灵活性和时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)显式迭代特点的算法。在多尺度问题、波导不连续问题等方面广泛的应用前景使得该算法成为近年来计算电磁学界的热点之一。本文就二维横磁波(Transverse Magnetic,TM)波情形DGTD数值方法的诸多关键问题展开了研究,包括:DGTD方法迭代计算式的获得、单元间的数值通量数据交互、吸收边界条件在 DGTD中的实现方案、平面波引入和时谐场近远场外推等。另外,就高阶叠层型基函数在 DGTD算法当中的应用展开了深入研究。还给出了一种适用于三种常见色散介质模型的 DGTD处理方案,并将该算法应用于尘埃等离子体相关电磁问题的分析。论文的具体研究内容和主要创新点如下:
  (1)给出了二维情形 DGTD方法若干关键步骤的具体实现方案并进行了验证。深入研究了常见三种数值通量(中心通量、迎风通量和补偿通量)及其在 DGTD中的应用。将数值通量运用在单元边界上用来场量交换,得到半离散DG矩阵方程,给出矩阵单元的积分表达式。给出了二维TM波情形常规介质DGTD蛙跳式时域步进公式。根据等效原理和慧更斯原理,在总场-散射场边界处引入平面波;在外推边界处计算等效线电流和线磁流,进而将时谐场近场外推得到远区场。
  (2)系统的研究了 DGTD中吸收边界条件,包括一阶 Silver-Muller吸收边界(Silver Muller, Absorbing boundary condition,SM-ABC)、非共形单轴各向异性完全匹配层(Uniaxial anisotropic Perfectly Matched Layer,UPML)吸收边界和共形UPML吸收边界等。首先,结合数值通量给出DGTD中SM-ABC的一级迭代和多级迭代计算公式,实现了DGTD中SM-ABC的截断计算。从单轴各向异性完全匹配层(Uniaxial anisotropic Perfectly Matched Layer,UPML)频域波动方程出发,提出了一种非共形情形含有辅助变量B和D的UPML在DGTD计算边界处截断方案,推导了时域迭代公式;另外,给出一种含有辅助变量P的UPML在DGTD中的实现过程和时域步进公式。仿真结果表明两种不同的实现路径都能对外向行波进行完美吸收。从正交曲线坐标系下 DGTD方程出发,结合不同坐标系下参数转换理论,给出了圆柱形和同焦距椭圆柱形UPML在DGTD中的实现方案和具体时域迭代公式;提出一种工程上容易实现的轴向等厚椭圆柱形 UPML方案并给出了实现过程。仿真结果表明三种共形 UPML对外向行波都具有良好的吸收效果,具体计算时可根据目标形状选择不同方式吸收层来减小计算未知量提高计算效率。
  (3)给出三角形单元标量高阶标准基函数和高阶叠层基函数构造过程,实现了基于高阶叠层基函数的二维 DGTD计算。从拉格朗日函数定义出发给出二维三角形单元线性基函数、二次型基函数和三次型基函数。将一维高阶叠层基函数做为底层线性基函数,在此基础上在二维三角形单元中构造更高层基函数。给出了从一阶到三阶叠层基函数构成的DGTD中矩阵单元的表达式以及在单元中的积分结果。给出DGTD中不同阶基函数对于计算稳定性的经验公式。讨论了不同阶基函数在 DGTD计算中对内存的需求和计算精度的影响。
  (4)提出了处理常见三种色散介质模型电磁问题的移位算子时域非连续伽略金法(Shift Operator-Discontinuous Galerkin Time Domain,SO-DGTD)并将其应用于尘埃等离子中电波传输问题的分析。从含有电位移矢量的Maxwell方程组出发,经过加权余量和基函数展开得到矩阵方程,在时间轴上离散得到含有电位移矢量的 DGTD时域步进公式。另一方面,考虑到常见色散介质模型(德拜模型、德鲁模型、洛伦兹模型)介电系数可以写成jω为自变量的有理分式形式,运用时频转换关系此处为公式省略…,得到时域本构关系。再引入时域移位算子zt代替时间微分算子处理时域本构关系,进而导出色散介质离散时域递推计算式。联合上一步方程,实现色散介质SO-DGTD计算。以弱电离尘埃等离子体电磁问题为例,在多物理场商业软件COMSOL建模基础上,运用SO-DGTD方法计算了电磁波在鞘套中的传播。分析了尘埃浓度和尘埃粒子半径对电波传输的影响,比较了飞行速度和高度变化情形下鞘套的电波传输特性。
[硕士论文] 陆振君
电子科学与技术;电路与系统 南京师范大学 2017(学位年度)
摘要:无线能量传输中的磁耦合共振技术因其具有辐射功率小,传输距离远和效率高等优点,在电动汽车、便携式移动设备、医疗器械、水下潜艇等领域有着巨大应用前景。然而,目前最大的问题是,两个相同谐振频率的线圈通过近场耦合传递能量时存在一个临界耦合系数,当线圈间的耦合系数小于临界耦合系数时,系统处于“欠耦合区”,没有发生频率分裂现象,负载功率增大但传输效率很低;当线圈间的耦合系数大于临界耦合系数时,系统处于“过耦合区”,传输效率很高但负载功率很小,还伴随有频率分裂现象。为了解决上述问题,本文以传统的两线圈磁耦合共振系统为例,提出了辅助线圈加载技术,即在发射线圈与接收线圈之间增加一个辅助线圈,辅助线圈的自谐振频率与其他线圈的自谐振频率不一样。
  首先,本文介绍了无线能量传输的研究背景以及国内外的研究现状。
  其次,本文分别应用耦合模理论,集中参数的等效电路法以及散射参量分析法对无线传输系统进行建模分析,推导出各个模型下系统的负载功率和传输效率的表达式。通过对上述方法的分析了解,为本文后续的深入研究打下了理论基础。
  再次,本文主要研究了辅助线圈加载技术对于系统电压增益的影响。通过对加载辅助线圈系统等效电路的分析,推导出系统的电压增益的表达式以及如何设置辅助线圈与收发线圈之间的互感才能有效地提高系统电压增益。仿真分析与实测结果表明,辅助线圈能够有效改善频率分裂现象并且在“过耦合区”通过电压增益极大值追踪法可以使电压增益稳定在0.45左右。
  最后,本文还研究了辅助线圈加载技术对系统传输效率的影响。与电压增益分析方法类似,理论推导出辅助线圈与收发线圈之间的最优互感MA_opt,仿真结果表明,加入辅助线圈后,整个系统传输效率能够达到80%以上。和传统的两线圈磁耦合共振系统相比,当收发线圈之间的传输距离为10cm和15cm时(即收发线圈相距比较远的时候),传输效率能够提高30%左右。
[博士论文] 尹名初
机械电子工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:面对日益复杂的电磁环境,电子电气产品的电磁兼容变得越来越重要。电磁屏蔽作为电磁兼容的重要手段,不可避免成为该领域的研究热点。为快速、准确计算腔体结构的电磁屏蔽特性,本文对开孔屏蔽腔屏蔽效能、开孔屏蔽腔内传输线负载电磁干扰以及开孔屏蔽腔内电磁谐振的计算与预测方法进行了系统研究,以为腔体结构的电磁屏蔽设计提供理论依据。具体研究内容包括以下四个部分:
  (1)Robinson解析算法的修正与扩展研究
  由于Robinson算法在电小孔和较大孔情况下存在较大误差,基于传输线矩阵(transmission line matrix, TLM)法,修正了孔腔耦合因子,推导出一种在电小孔和较大孔情况下具有较高精度的Robinson修正算法。针对Robinson算法只能处理中心孔和中线上 TE10模传播的不足,基于导行波理论,引入电压响应的分量形式以及包含高次模影响的开孔位置系数,推导出一种能够准确预测任意位置开孔屏蔽腔内任意点屏蔽效能和高阶谐振的 Robinson扩展算法。最后利用实验数据与TLM法对两种新的解析算法进行了验证。
  (2)开孔非连续屏蔽腔屏蔽效能的解析算法研究
  为分析具有阶梯、开孔金属隔板以及带金属外壳设备等非连续结构的开孔屏蔽腔的屏蔽效能,首先基于波导理论和等效电路原理,建立屏蔽腔的等效电路,然后基于微波电路理论,推导开孔以及腔内非连续结构对应的等效电路的散射矩阵,最后基于传输线网络 BLT(Baum-Liu-Tesche)矩阵方程,推导出一种能够快速预测开孔非连续屏蔽腔屏蔽效能的解析计算方法,并基于该算法和TLM法分析了非连续结构对腔体屏蔽效能以及电磁谐振的影响。
  (3)开孔屏蔽腔内传输线负载电磁干扰的解析算法研究
  外界电磁场通过开孔与腔内线缆的耦合问题比较复杂,分析难度大。针对这一问题,基于电磁拓扑(electromagnetic topology, EMT)理论,将耦合问题分解为两个独立的子问题:孔腔耦合问题和场线耦合问题,然后利用等效电路法求解孔腔耦合问题中的耦合电场,再利用求得的耦合电场与Agrawal形式的场线耦合BLT方程求解传输线负载所受的电磁干扰,最终推导出一种能快速计算开孔屏蔽腔内传输线负载所受电磁干扰的解析算法。
  (4)开孔屏蔽腔电磁谐振模式的预测方法研究
  开孔屏蔽腔的电磁谐振特性受孔缝参数和孔腔耦合作用的影响。首先利用TLM法和等效电路法分析开孔尺寸对屏蔽腔电磁谐振的影响规律;然后针对电小孔,基于波导激励原理,推导屏蔽腔内被激励谐振模式与开孔位置的对应关系,并进一步扩展到孔阵情况;最后,基于前两点研究的结论,提出一种基于孔位置与分布的屏蔽腔谐振模式快速预测方法。在TLM仿真与实验数据的验证基础上,给出了一些可用于指导开孔屏蔽腔设计的结论。
  本文的创新点主要体现在以下三个方面:
  (1)预测开孔屏蔽腔屏蔽效能的解析计算方法的提出
  提出的Robinson修正算法修正了Robinson原算法中的孔腔耦合因子,极大地提高了原算法对电小孔和较大孔情况的计算精度。提出的Robinson扩展算法能够准确预测任意位置开孔屏蔽腔内,任意点的屏蔽效能以及包括 TMmn0在内的高阶谐振,极大地扩展了Robinson原算法的应用范围。提出的快速预测具有阶梯、内部金属隔板或带金属外壳设备等非连续结构开孔屏蔽腔屏蔽效能的解析算法,扩展了解析算法的分析范围,比传统的等效电路模型更易于计算机的建模和求解。
  (2)屏蔽腔内传输线负载所受电磁干扰的解析算法的提出
  该解析算法利用等效电路法计算外界平面波通过开孔耦合进屏蔽腔内的电场分布,具有不错的计算精度,相比于其他数值法或者半解析法,该算法具有更高的计算效率。此外,该算法还可用于任意入射与极化平面波辐照下,任意位置开孔屏蔽腔内任意点处的屏蔽效能计算。
  (3)基于孔位置与分布的屏蔽腔谐振模式快速预测方法的提出
  该预测方法给出了电小孔的位置或分布与屏蔽腔内被激励谐振模式的对应关系,只需根据二者的对应关系就可以快速获得腔内被激励的谐振模式,因此,通过对电小孔位置或分布的设计可以轻易地避开某些谐振模式,提高屏蔽效能,这对开孔屏蔽腔的设计具有重要的应用价值。
[硕士论文] 陈林峰
电子科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:有限元法(FEM)因其对复杂结构的建模能力而被广泛应用于求解多物理场问题(包括电磁问题),不仅在频域下该方法得到充分发展,在时域方面,这些年也发展了时域有限元方法(TDFEM)。时域有限元方法和有限元方法的求解过程相似, TDFEM比FEM多了时间离散过程,即该方法既要对空间进行离散,也要对时间进行离散。TDFEM既能对复杂几何结构模型进行模拟计算,又能通过对计算结果进行离散时间的傅里叶变换从而得到目标结构的宽频带电磁特性。TDFEM能够有效解决时域有限差分法(FDTD)对于复杂几何结构的建模局限性问题,并且和FEM相比通过一次求解能够得到目标的宽频带电磁特性。
  本文从有限元法理论出发,运用FEM计算求解谐振腔本征问题和矩形波导电磁传输问题。在编程实现该方法的过程中,由于涉及的矩阵维数比较大,通过稀疏存储的方式对其进行存储和运算,减少计算机内存的同时也提高计算效率。为了将空间中场可视化,本文通过VTK和VisIt相结合的手段画出三维结构中的场云图。
  在对FEM研究的基础上,对时域有限元方法理论进行公式推导,并通过数值算例来验证该方法。数值算例的具体内容包括:
  1、通过时域有限元方法完成对谐振腔本征问题的分析,计算得到谐振腔中非零最低模场随时间变化的结果。进一步通过加密网格计算分析结果的收敛性。
  2、通过时域有限元方法完成对矩形波导中场分布问题的计算。采用吸收边界条件对波导进行边界截断,在端口面加激励源,计算得到矩形波导中场随时间变化情况。将计算的场可视化与CST仿真结果进行对比,并对矩形波导的电磁传输特性进行分析。
  3、在吸收边界条件对波导出射端口面进行截断的基础上,采用完全匹配层(PML)边界条件来代替吸收边界条件。将TDFEM计算的场可视化与CST仿真结果进行对比,并将求解结果和吸收边界条件对波导截断的计算结果进行比较,分析PML条件截断边界的优势。
  4、通过高斯脉冲激励加源的方式,运用TDFEM完成计算求解矩形波导和矩形窗结构的宽频带电磁传输特性。
[硕士论文] 董金梁
机械工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:电子散热器主要是用于电子元器件的散热,应用非常广泛。例如电路板电子元器件散热、高速公路信号灯元器件散热、工程机械电路系统中元器件散热、电动汽车电路散热、节能灯散热等,种类繁多。电子散热器的传统加工方式一般由铝合金、铜合金的型材经切割-钻孔-攻丝等工序手动加工而成。近年来随着自动化技术的发展,出现了一些“钻孔-切割”或“钻孔-攻丝-切割”的半自动加工设备,效率有所提高,但如何针对尺寸不同进行送料尺寸调整、准确高效加工仍然是难题。目前的已有半自动设备的调整方式仍然是气缸式的手动调整,但是调整的过程复杂、费时费力、精度差,很难满足实际中的生产要求。
  本文自主研发一种电子散热器自动加工机,通过采用创新型的结构和加工方法,既保留已有的加工优点,又能解决以上的关键送料、加工效率等问题。切割送料机构是决定整机加工效率关键因素。本文对切割送料机构进行传动系统设计,对直线导轨、滚珠丝杆、伺服电机进行计算选型;采用PLC、触摸屏、伺服驱动装置等典型工控系统进行控制,针对切割送料传动部分进行程序设计、实例展示;最后对整机装配、调试、应用效果等进行简介。
[硕士论文] 陈萌
控制工程 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:随着电子产品的种类、数量明显地增加,电子电路也日益复杂。电器及电子元器件设备逐渐运用到了人们工作和生活的各个角落,在带给人类便利的同时,它们还产生了大量的电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI),使人类的电磁环境越来越严峻。为了避免电磁干扰的影响,通常可以采用电磁屏蔽(Electromagnetic Shielding)等方法,降低设备对其他设备或者人类的不良影响。
  本研究主要内容包括:⑴根据电磁兼容的定义,利用机箱的电磁屏蔽技术,通过改变机箱的孔槽形状、机箱孔槽的个数、机箱的形状,机箱的材料等参数设计机箱,使外面的设备降低受到电磁辐射的影响,可以正常的工作。⑵.分析了8层实际PCB板的谐振特性,为了在不影响设备性能的前提下,降低设备对外部设备的辐射,可以选择在电路板谐振频率较强的位置处增加去耦电容等措施,降低实际的印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)某处的谐振频率,从而降低对外的电磁辐射能力,并仿真计算了高速PCB板的远近场特性。⑶为了更加接近实际情况,采用8层实际的PCB板进行电磁屏蔽仿真。由于设备中可能存在多块PCB板的情况,对多块PCB板进行电磁兼容的协同仿真,并研究多块PCB板在不同位置处对机箱电磁屏蔽的影响,对实际机箱的设计有指导性意义。
[博士论文] 宋秉华
管理科学与工程 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:空间系统、军事、电力、通信、微机系统的工作元器件通常会长时间处在辐射环境中,容易受到辐射影响而导致系统材料损伤和性能退化,影响系统与其分系统的工作效率,并影响器件寿命和任务可靠性。因此,科学合理地验证和评价复杂系统或器件的抗辐射性能,分析和改进系统抗辐射加固设计,对保证系统及相应器件完成任务能力具有重要意义。但是,由于试验经费、试验条件等因素的制约,上述复杂系统很难有大量的样本可供试验,只能进行能进行少量的关键部件抗辐射性能验证实验。因此,需要针对系统辐射试验样本量小和试验困难的工程实际,开展小子样多因素复杂系统抗辐射性能评估方法及应用研究,分析和改进系统抗辐射加固设计,以保证系统试验或作战任务成功。
  在研究系统的抗辐射能力时,一般首先对系统进行分解,由系统到分系统,由分系统到组合件,直至分解到辐射引起损伤的具体器件和材料,研究器件和材料在辐射环境下的抗辐射性能是进行系统抗辐射能力评估工作的基础和前提。单元抗辐射性能模型描述单元在规定的辐射环境下和规定的时间内,其性能满足要求和完成规定功能的能力。建立空间辐射环境下单元抗辐射性能模型,也是建立系统抗辐射性能模型、评估系统抗辐射性能的基础。本文针对单元抗辐射评估问题,主要开展了以下研究工作:
  (1)详细分析了复杂系统及相关元件的空间辐射环境及其单元的辐射效应,以及基本的空间辐射环境数值模拟方法、三种类型的抗辐射性能试验数据(成败型数据、失效数据、退化数据)特征及其对应的评估方法。
  (2)对于以概率分布描述其抗辐射性能的电子元器件,如电阻器、电容器、晶体管、二极管以及集成电路等,本文根据数据类型的不同,提出了三种基于概率分布的单元抗辐射评定模型,包括基于成败型数据、Weibull分布和对数正态分布的模型,并对其进行了参数估计,以描述辐射条件下产品失效/生存概率与辐射水平的关系,即在规定的辐射水平下产品因辐射损伤而失效的概率。计算单元抗辐射能力指标大于给定的指标要求的验后概率;对给定的置信度,计算单元抗辐射能力指标的置信下限等。
  (3)以辐射剂量为自变量、其它因素如剂量率、偏置条件等为协变量,建立部件辐射敏感参数随辐射剂量(或其他等效剂量如非电离能损)退化的性能退化模型。提出三种基于性能退化的模型,包括退化轨道模型、基于Winner退化过程和Gamma退化过程的性能退化模型,计算单元失效时的辐射剂量的概率分布,任意辐射剂量下单元的性能或辐射敏感参数的分布,以及单元性能超过或低于特定值的概率。
  (4)从不同条件、不同类型、不同来源数据融合的角度,研究基于Bayes原理的数据融合方法,以融合不同类型和来源的抗辐射性能数据,评估单元在规定的辐射总剂量条件下的抗辐射性能、生存概率。
  (5)以广泛应用于空间系统、军事、电力、通信、微机系统等诸多领域的金属氧化物半导体场效应晶体管 MOSFET为实例,分析了 MOSFET器件的工作原理及辐射损伤机理,并用本文构建的单元抗辐射性能评估模型对试验数据进行分析,评估其抗辐射性能。
  在文章的最后,总结了全文的研究内容并对进一步的工作进行了展望。
[硕士论文] 吕晓朦
控制工程 桂林电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:深度学习(Deep Learning)是人工智能研究的热点领域,随着其基础理论的日趋成熟,针对各种场合的实际应用也逐渐增多。深度学习,顾名思义,就是利用带有多个隐含层结构的神经网络模型,运用海量数据所构成的训练数据集对网络进行训练,进而提取数据集的本质特征的过程。与常见的BP神经网络等浅层神经网络最大的区别就在于其网络结构中不单单只有1个隐层,深度学习正是基于深层的网络结构才拥有了强大的特征提取能力,从而能够更全面更深刻的反映数据中所蕴含的多层次信息,因此在解决分类或者预测问题时深度学习算法的准确性更好。
  为了保证无线电通信联络或是星地之间指令传输等无线通信联系的畅通,就必须做到对电离层活动规律的掌握,因为电离层传播条件的好与坏直接影响影响到高频无线电通信的质量。电离层F2层临界频率作为电离层传播条件中最为重要的参数,一直是研究的热点。由于电离层状态变化的高度复杂性,而且传统预测算法对于foF2短时精确值的预测准确性较差,研究者们开始尝试运用人工神经网络的方法进行预测。实验结果证明了其可行性,但是在一些电离层活动异常区域的预测准确性一般,这通常是因为采用浅层神经网络时神经网络往往不能够完整的学习到大量foF2数据中所蕴含的深层次信息,对于太阳活动和地磁活动给电离层foF2所造成的影响不能完整的被浅层网络所学习,因此,尝试采用深度学习算法对foF2进行预测成了逻辑上的必然。
  本文提出一种基于深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)对本区域未来24h的电离层临界频率foF2进行预测的方法。首先,对选取的数据集进行处理,生成用于训练和测试的数据集,其次改进DBN网络基本单元的结构,以适应对连续型数据特征的提取与学习,再通过试凑法和PSO优化两种方式对DBN网络基本结构进行选定,最后利用训练数据集对改进后的网络进行训练,实现对foF2值的预测。与实测值相比较,采用PSO结构优化方式构建的改进DBN网络(psoDBN)具有很好的预测准确性,与BP模型、SVM模型和试凑法构建的改进DBN模型相比,psoDBN模型不但克服了浅层结构所固有的问题,而且针对连续型数据的预测同样表现出了优异性能,尤其是当预测值受到高维复杂因素影响时psoDBN模型依旧能表现出很好的预测性能。
[硕士论文] 竹永梦
仪器科学与技术 桂林电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:电离层闪烁是指无线电波信号在电离层中传播时,电离层中电子密度不规则体导致无线电波信号的振幅、相位和极化角出现快速随机起伏的现象。电离层闪烁会导致无线电信号衰落甚至中断,随着 GNSS的广泛使用,低纬地区 GNSS电离层闪烁预报成为了研究热点。而低纬地区GNSS电离层闪烁逐日变化十分显著,因此,对低纬GNSS电离层闪烁逐日变化控制因素的研究有利于我国低伟地区GNSS电离层闪烁的预测。三亚(地理坐标:18.3°N,109.6°E;地磁纬度:8.27°N)、深圳(地理坐标:22.59°N,113.97°E;地磁纬度:12.59°N)和桂林(地理坐标:25.29°N,110.33°E;地磁纬度:15.04°N)均属于我国低纬地区,电离层闪烁出现频繁且影响严重。本文利用2011年至2013年 C/NOFS(Communications/Navigation Outage Forecasting System,即通信/导航中断预报系统)卫星观测数据、IGS提供的全球 VTEC数据以及三亚、深圳和桂林三地的GNSS电离层闪烁观测数据,开展了相关研究。
  本研究主要内容包括:⑴开发了C/NOFS卫星观测数据后处理程序,并验证了本文C/NOFS卫星观测数据提取方法的正确性。⑵利用2011年至2013年C/NOFS卫星观测数据和桂林GNSS电离层闪烁观测数据,分析了日落期间磁赤道上空的等离子体垂直漂移速度对桂林GNSS电离层闪烁逐日变化的影响。分析结果表明,闪烁日日落期间等离子体垂直漂移速度较非闪烁日更大,即电离层 F层东向电场反向前增强的强度更大。分析 IGS提供的全球 VTEC数据后发现,闪烁日日落期间VTEC峰谷比较非闪烁日更大,这进一步说明了闪烁日F层东向电场反向前增强的强度较非闪烁日更大。⑶利用2011年10月和2012年桂林和三亚的GNSS电离层闪烁观测数据和IGS提供的全球VTEC数据,在磁平静条件下,分析了EIA(Equatorial Ionization Anomaly,即赤道电离异常)特征对中国低纬地区GNSS电离层闪烁逐日变化的影响。分析结果表明,与非闪烁日相比,闪烁日日落期间VTEC峰谷比更大,且闪烁日日落后的赤道异常复苏现象更为显著。主要表现为,闪烁日日落后赤道异常结构南、北峰相距更远、VTEC峰谷比数值更大,南、北峰不对称性更明显,且闪烁日赤道异常复苏时间更长。与较低纬度地区(即三亚)相比,日落后赤道异常复苏现象更明显时较高纬度地区(即桂林)才能观测到电离层闪烁。一般情况下,桂林地区观测到闪烁活动的当天,EIA南、北峰的VTEC峰谷比在11:00-15:00UT期间超过了2.6。而三亚地区观测到闪烁活动的当天,EIA南、北峰的VTEC峰谷比在11:00-15:00UT期间仅超过了2.1。⑷利用2011年10月C/NOFS卫星观测的等离子体密度数据以及三亚、深圳和桂林的GNSS电离层闪烁观测数据,研究利用在磁赤道电离层F层观测到等离子体不规则结构预报低纬地区GNSS电离层闪烁发生这一方法的可行性。结果表明,该方法预报较低纬度地区(即三亚和深圳)发生GNSS电离层闪烁的准确率较高(预报准确率大于80%),但预报赤道异常峰区附近地区(即桂林)发生GNSS电离层闪烁的准确率较低(预报准确率仅为53.3%)。
[硕士论文] 王书艳
仪器科学与技术 桂林电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:电离层闪烁对星基通信系统和导航系统的正常工作有着严重的负面影响。中国南方的低纬地区属于电离层闪烁频发地带。随着GNSS的广泛应用,研究中国低纬地区GNSS电离层闪烁的特征具有很重要的意义。目前,国内外对GPS卫星L1C/A信号的电离层闪烁特征已开展了较深入的研究。随着GPS的现代化,已有部分GPS卫星发射新的民用信号L2C和L5,这些新的民用信号能更好地满足民用需求。但是,对GPS卫星L2C和L5信号以及GLONASS卫星各频率信号的电离层闪烁特征的研究较少。
  本研究主要内容包括:⑴对安装在桂林的GPStation6多频电离层闪烁监测仪2015年7月至2016年12月期间的GNSS闪烁观测数据进行了分析和处理。首先开发了分析和处理GPStation6多频电离层闪烁监测仪观测数据的程序。然后,分析了GNSS卫星(包括GPS、GLONASS、QZSS和 SBAS卫星)L1C/A信号幅度闪烁的逐月变化特征。接着在相同的电离层闪烁环境下,对同一颗GNSS卫星不同频率信号的闪烁强度进行了对比分析。结果表明,在闪烁期间,同一颗GNSS卫星不同频率信号的幅度闪烁指数S4之间的线性相关性很强,且信号频率越低幅度闪烁越强(即S4越大)。与L1C/A信号相比,L2C和L5信号更容易发生失锁现象。然后利用GPS和QZSS卫星的三频观测数据计算电离层TEC,发现由L1C/A-L2C载波相位组合计算得到的相对TEC和由L1C/A-L5载波相位组合计算得到的相对TEC随时间变化的趋势是一致的。这表明,由于GNSS卫星发射第三个频率的信号,电离层TEC的计算将会有更多选择。最后研究了GNSS电离层闪烁与TEC耗空的联系,发现桂林地区的GNSS幅度闪烁总是伴随TEC耗空现象,说明2015年7月至2016年12月期间桂林地区的电离层幅度闪烁是由等离子体泡不规则结构引起。⑵利用2012年1月至12月的桂林(地磁纬度:15.04°N)、深圳(地磁纬度:12.64°N)和三亚(地磁纬度:8.33°N)的GPS闪烁观测数据,对中国低纬地区不同台站的GPS电离层闪烁特征进行了对比分析,包括三个台站GPS电离层闪烁的逐日变化、逐月变化和地方时变化特征。结果表明,三亚的电离层闪烁发生率比桂林和深圳的大,但闪烁强度比桂林和深圳的小;深圳的闪烁发生率和强度均比桂林的大。三站电离层闪烁均表现出典型的季节变化特征,即春秋季的闪烁发生率、强度和历时均明显强于夏冬季。对于三站,无论任何季节,三亚的闪烁发生率最大且历时最长,深圳次之,桂林最弱。三站的闪烁事件主要发生在地方时19点至次日凌晨4点。三亚闪烁开始时间比桂林闪烁开始时间大约提前1.2小时,比深圳闪烁开始时间大约提前30分钟;深圳闪烁开始时间比桂林闪烁开始时间大约提前40分钟。
[硕士论文] 李德泰
仪器仪表工程 桂林电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:低纬地区是电离层闪烁高发区域。电离层闪烁会对高频通信、星地通信以及GNSS(Global Navigation Satellite System)导航定位等系统产生严重影响,导致通信误码率上升、导航定位精度下降。等离子体泡不规则结构是引起低纬地区电离层闪烁的主要原因。利用GNSS信标监测电离层时,等离子体泡不规则结构表现为TEC(Total Electron Content)耗空。目前可利用的地基GNSS观测数据越来越多,通过人工方法检测和统计TEC耗空的特征已难以实现对TEC数据的及时处理。因此,通过软件自动检测TEC耗空对于研究TEC耗空(等离子体泡不规则结构)的时空分布特征具有重要的意义。
  中国低纬地区是等离子体泡不规则结构和电离层闪烁的高发区域。本文首先利用中国低纬地区的GNSS观测数据研究开发了一套自动检测TEC耗空的软件,然后利用不同采样间隔的GNSS观测数据对该软件的适用性和可靠性进行了验证,最后利用该软件分析处理了桂林地区2013年电离层闪烁频发月份的GNSS观测数据,统计并分析了桂林地区TEC耗空的时空分布特征。本文的主要工作如下。
  一、利用中国低纬地区GNSS双频载波相位数据,通过编程自行开发了一套自动检测电离层TEC耗空的软件。该软件自动检测电离层TEC耗空的步骤如下:首先根据GNSS双频载波相位数据计算得到相对TEC数据,然后修正由信号失锁、相位周跳等异常现象引起的相对TEC数据异常(包括TEC数据缺失和TEC数值跃变两种情况),得到连续的相对 TEC数据,最后依据 TEC扰动指数ROT(Rate Of change of TEC)和ROTI(Rate Of TEC Index)随时间的变化特征,通过设定阈值条件自动检测TEC耗空并统计出TEC耗空的特征(包括耗空的开始时间、结束时间、持续时间、最大深度以及相应的地理位置)。其中,阈值条件包括判断相对TEC数值分布连续性的阈值、ROT绝对值的阈值、ROTI的阈值以及计算ROTI所用滑动窗的时间间隔。
  二、利用本文开发的自动检测电离层TEC耗空的软件,分别对桂林站(地理坐标:25.29°N,110.33°E)1s采样间隔、三亚站(地理坐标:18.3°N,109.6°E)15s采样间隔、香港站(地理坐标:22.43°N,114.34°E)30s采样间隔的GNSS观测数据进行了分析处理,通过改变阈值条件检测出各台站上空的TEC耗空,由此验证了该软件的适用性和可靠性。
  三、利用本文开发的自动检测电离层TEC耗空的软件,对桂林地区2013年3、4、7、8、9、10月的GNSS观测数据进行了分析处理,统计并研究了桂林地区的TEC耗空的时空分布特征。统计结果表明:
  1) TEC耗空主要发生在20LT至次日凌晨2LT,且20LT至24LT为TEC耗空高发时段;
  2) TEC耗空的持续时间通常在40min之内,很少超过60min;
  3) TEC耗空的最大深度通常小于20TECU,且最深TEC耗空主要发生在地理纬度20°N~26°N区域(磁纬10°N~16°N,即赤道异常北驼峰区域)。
[硕士论文] 王禹
电磁场与微波技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:为了适应日益增长的工程需要,高效的电磁散射分析方法得到了越来越多的学者的研究与关注,各种各样的高效计算方法相继问世,但是工程界也提出了越来越高的要求。本文针对工程实际中的难点,以积分方程为基础,研究了一系列积分方程方法中高效的宽带、宽角电磁散射分析高效计算方法,并给出了部分实际应用的案例:逆合成孔径成像、时域波形仿真。
  本文首先介绍了相位提取基函数的构造原理,从数学上证明了金属表面的感应电流具有行波分量,将相位提取出来使之成为相位提取基函数,利用相位提取基函数优良的物理特性,介绍了其大贴片特性;同时将相位提取基函数用于宽带电磁仿真的成果推广至宽角电磁仿真,编写了可以在角度域、频率域对电流系数进行一体化联合插值的计算机程序,使用这套程序分析了超电大目标的散射特性,包括低可探测目标与隐身飞机,同传统方法对比,计算效率有了大幅提高。使用这套方法计算出某型号飞机在微波波段下的回波数据,并利用这些数据进行了成像,成像结果可以合理反映目标的强散射点。
  研究了主成分分析方法在宽角快速计算中的应用,并与传统的自适应交叉近似方法做对比,在精度、速度、与效率上均优于传统方法。研究了国际上先进的插值分解技术,编写了相应的数值计算程序,并将插值分解技术用于电磁散射分析包括宽带快速计算、宽角快速计算。数值算例表明该方法速度快、精度高,且可以进行宽带、宽角一体化联合仿真,并利用宽带快速计算方法与基于傅立叶变换的时频互推技术,分析了隐身飞行器在米波频段下的回波信号。最后对各种方法进行了总结与评述。
[硕士论文] 曹丹
无线电物理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:恐怖分子日益猖獗的袭击严重破坏着社会的稳定,人们对安检系统的检测效率不得不提出更高的要求。由于毫米波良好的穿透能力,能轻松检测出隐藏在衣物下的武器和违禁物品,短波长使得毫米波图像具有较高分辨率。在人体安检方面,毫米波成像技术有着广泛的应用前景,相比金属探测器、X光检查仪和人工手动检查等传统安检方式,获取的信息更全面、准确,可大大提高安检效率。这种非接触式的安检方式尤其适合于人流量大的场所,且不会对人体造成辐射伤害。
  毫米波成像系统分为主动式和被动式两大类,主动毫米波成像技术相对于被动来说,受环境影响较小,且重建图像具有更高的分辨率。在毫米波成像系统中,为提高图像分辨率和减少成像时间,往往投入更多数量的天线,但随之而来的是成本的增加。本团队提出一种新型天线布阵和扫描方式——稀疏线阵平面扫描,可以有效减少天线的使用量,进而降低系统成本。本文研究的W波段二维毫米波成像算法,能够对最大尺寸为2 m×1 m的目标进行成像,重建具有4 mm-5 mm分辨率的二维图像。
  本文内容主要包括五个方面:
  (1)结合毫米波成像技术在安检方面的应用,介绍了主、被动毫米波成像系统的国内外发展现状、主要技术难点和发展方向;
  (2)阐述了主动毫米波成像技术的理论基础,重点介绍了毫米波全息成像技术的原理和成像算法;
  (3)介绍了系统中的稀疏线阵和工作模式,对收发天线通道误差进行了补偿,针对阵列扫描方式设计成像算法,并校正了由于收发天线不同置而使用等效相位中心近似引起的误差;
  (4)研究系统数据模型,提出一种处理非均匀数据的简单方法。先对水平方向非均匀分布的数据做均匀化处理,再利用非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)处理纵向非均匀数据,简化了成像算法,并减少了由传统插值方法计算的误差;
  (5)对全文内容做出总结,结合自身在研究生就读期间所学知识,以及为本论文写作所做的课题研究,提出与成像系统和算法相关的展望。
[硕士论文] 刘宇
电子科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:自从1943年第一支螺旋线行波管诞生之日起,行波管领域的各个方面已经历了70多年的发展。现今行波管仍在国防、通信等领域有不可替代的地位。随着不断的理论研究和工业制造水平的提升,各种新型管型不断涌现,与之相应的对行波管的测试要求也在不断提高。由于测试过程中涉及到对高频电磁信号进行放大与采集以及精密微波测量仪器的使用,如何高效而精确地测量行波管的各个参数成为该领域急需解决的问题。目前在出厂测试环节中已有自动测试系统的投入使用,通过测试仪器直接采样,人们实现了对某些行波管参数的快速批量测量。但针对一部分行波管主特性参数,目前由于没有高效可靠的测试控制与测试数据分析算法,大量的测试流程控制与测试数据分析仍然依靠人工完成,测试效率低下,并且测试标准无法统一。
  本文针对国内外行波管测试研究的现状,在前人基础上,研究并改善行波管主特性参数的自动测试控制与数据处理分析方法。主要实现行波管饱和特性、增益压缩和增益线性度等几个目前在测试中仍需较多人工参与的参数自动测试。将具体参数的测试流程控制和参数提取算法分别封装到各对应函数库中,使得包括本课题组研发的基于LabVIEW平台在内的各测试平台均可方便调用,移植性高。本文主要工作包括以下几个方面:
  1.对行波管和自动测试系统进行介绍,阐述了行波管测量目前发展情况。
  2.研究了行波管基本特性的测量方法,在比对不同方法的基础上,给出了本文所选测试方案。
  3.给出了自动测试系统的设计与具体组建方案,在硬件和软件两个层面分别给出了具体的实现途径。
  4.讨论了基于自动测试平台的对行波管主特性的测试流程算法以及数据处理分析模块的建模与实现过程。
  5.在自动化测试系统上调用测试流程控制与数据分析算法对样品行波管进行了实际测试,并对测试结果进行比较分析。
[硕士论文] 王开龙
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:太赫兹作为电磁波谱中亟待研究的新频段,受到了国际学术界的高度关注。在太赫兹领域中如何调控太赫兹波是一个重要的研究方向,对于太赫兹幅度、相位的调控近年来取得了突破性进展,然而对于太赫兹波极化的调控,例如极化转换等问题最近几年才受到了关注。极化转换器件是太赫兹应用系统中重要的组成部分,对于发展太赫兹雷达、波谱成像、太赫兹通信等系统都具有重要的价值。基于此背景,本文采用人工微结构对太赫兹极化转化器件进行了详细的研究:
  1.针对不同结构的太赫兹极化器件工作机理进行了详细的分析,探讨了类 F-P谐振、微结构谐振相互耦合提高极化转换效率的物理机理,分析了不同表面结构对于太赫兹波极化转换的效应,提出了将SRR环、嵌套矩形开口环等微结构与光栅相互复合的双层结构,简化了太赫兹极化器的加工工艺、提高了极化转换效率。
  2.分别研究了双层、三层结构的太赫兹极化转换器件,通过电磁模式分布、表面电流分析发现微结构在极化转换中的频率选择作用和关于入射波极化方向选择作用;进一步通过采用类 F-P谐振理论结合光栅对太赫兹波的极化选择功能详细分析了太赫兹波在微结构表面和光栅表面间的振荡现象和增强极化转换效率现象。通过研究,得到了一种对线性太赫兹波极化转换效率大于85%的双层结构器件。
  3.采用微纳加工工艺对器件进行了加工,并搭建了相关测试系统。测试结果显示该器件在0.25THz-0.6THz之间转换效率最高达到了82%,实验结果与模拟结果吻合较好,验证了本文所研究的极化转化现象的可行性。
  4.探索研究了将可控半导体与极化转换结构相结合的体系,分析了外加光激励动态调控太赫兹波极化方向的物理机理,并基于双层极化转换结构上形成了动态太赫兹波极化转换器件。结果表明,通过光激励半导体中的光生载流子可实现微结构单元的重构,从而使得极化转化过程得到调控,当外加光时,器件内部形成极化转换效应,当不加光时,太赫兹波无极化转换的透过。
[博士论文] 李枫
光学工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:光纤激光阵列技术作为一种多光束相干合成方法,可实现高亮度、高光束质量的激光输出,是未来高能激光系统的重要发展方向之一。该技术同时也是自适应光学在光纤激光技术上的重要应用,随着新型光纤集成像差校正器件的发展,光纤激光阵列的像差校正能力得到进一步提升。光纤激光阵列技术目前还处于实验室相干合成的研究阶段,未来需要面对实际大气湍流条件下远距离传输的应用挑战,需对光纤激光阵列大气传输过程中的全程像差进行校正。
  全程像差包括阵列光束本身的相位噪声、倾斜误差等像差,还包括阵列至目标路径上的大气湍流像差。全程像差校正是实现到达目标上合成光束质量和光功率密度最优化的必要条件。现有校正方法以目标在回路的盲优化方法为代表,校正效率低和迭代速度慢,不适合远距离和阵列规模较大的场景。本文将传统自适应光学中波前探测和像差预补偿校正的办法与光纤激光阵列结合起来,探索新的阵列传输像差校正办法。本文主要围绕光纤激光阵列大气传输像差校正的问题展开系统性研究。主要研究内容分为五个部分。
  首先建立光纤激光阵列大气传输的基本模型,分析影响相干合成效果的各种因素;对比研究不同湍流强度及不同单元数情况下,无湍流补偿时相干合成和非相干合成条件下远场性能指标的变化规律。在仿真分析湍流像差对阵列大气传输影响的基础上讨论单孔径像差校正对远场相干合成的改善作用;分析单孔径低阶湍流像差校正,包括活塞、倾斜像差、离焦,对阵列远场相干合成性能指标的提升作用;讨论单元孔径高阶像差校正对强湍流像差校正的必要性及效益。仿真结果证明了单元孔径上活塞像差和倾斜像差的校正的必要性,以及强湍流条件下单孔径上更高阶像差校正的必要性。
  其次,从耦合接收和光束发射两方面入手,对光纤激光阵列单元倾斜像差校正进行仿真分析和实验验证。仿真分析倾斜像差校正对阵列整体耦合效率的提升作用,以自适应光纤准直器(AFOC)作为倾斜执行器件,并采用随机并行梯度下降(SPGD)算法,以耦合效率为优化的性能指标对倾斜像差进行迭代校正;实验上进行了两单元AFOC的共孔径双向传输,利用SPGD算法实现模拟湍流下波前畸变光束至单模光纤耦合效率的提升,同时增强了阵列出射光束的远场集中度。结果证明主动光纤耦合同时起到提升阵列耦合效率和倾斜像差预补偿校正的作用。
  再次,对基于最优化光纤耦合的倾斜控制方法应用于7单元AFOC阵列的相干合成进行了实验研究。建立了最优化光纤耦合的倾斜控制方法的模型;利用目标处桶中功率(PIB)作为锁相控制的性能指标,同时利用各路AFOC耦合接收光功率作为倾斜像差控制的性能指标,采用SPGD算法实现了7单元光纤激光阵列活塞像差和倾斜像差的并行校正。7单元 AFOC的归一化耦合接收光功率从开环时的0.76提升至闭环时的0.94,相干合成后PIB提升4.6倍,相位控制残差小于λ/15。实验结果表明,最优化光纤耦合能够实现与锁相并行的倾斜像差校正,且各单元倾斜控制相互独立,这使得倾斜像差校正摆脱了阵列单元数的限制,因此具备了实时校正湍流像差的能力。
  再者,针对现有盲优化湍流像差校正方法的收敛速度和控制带宽随传输距离和单元数增大而下降的弊端,提出一种能与光纤激光阵列紧密结合的新架构波前传感器。建立了基于 AFOC阵列的波前传感器结构,详述了其波前复原过程;对该传感器探测湍流像差的过程进行了数值仿真,分析了不同湍流条件和不同阵列结构参数下模式复原法的最优Zernike阶数;数值仿真分析了理想校正复原出的活塞像差和倾斜像差对相干合成远场性能指标的改善作用。仿真结果表明,基于AFOC阵列主动波前复原的湍流像差预补偿校正能够极大提升阵列相干合成效率。
  最后,利用玻璃像差板验证了7单元AFOC阵列的波前探测。通过像差板加入前后各 AFOC上执行电压差来反演像差板在单元孔径上的斜率,并通过模式法复原出畸变波前。两像差板除整体倾斜像差外的波前 RMS值分别为0.433μm和0.647μm,复原残差分别小于0.0749μm和0.116μm。实验同时研究了基于主动波前复原的活塞像差预补偿校正,验证其对 AFOC光纤激光阵列经像差板传输后相干合成远场性能指标的提升作用,结果表明该方法能够同时校正倾斜像差和活塞像差,获得了与理想校正近乎一致的校正效果。
[硕士论文] 李金金
信息与通信工程 山西大学 2017(学位年度)
摘要:超材料是一种由尺寸远远小于电磁波波长的微观单元结构组成的人工合成材料,通过调节其单元结构的形状和大小可以获得不同的介电常数和磁导率。近年来,随着超材料从微波波段、毫米波段发展到可见光波段,从线性超材料发展到非线性超材料以及目前的增益超材料,电磁波在超材料中的传输迅速引起了专家学者们的兴趣,成为当前超材料领域的一大热点。
  本论文主要考虑了描述电磁波在非线性增益超材料中传输的非线性薛定谔方程,分别采用拟解法和Hirota方法求得了两种不同形式的新型自孤子解,并对这两种自孤子的形成条件、存在区域以及传输特性进行了详细的讨论。不同于传统材料中的自孤子,非线性超材料中的自孤子存在区域更为广泛,其电磁特性也可以灵活控制,这些结果为后续研究电磁波在非线性增益超材料中的传输提供了理论依据。具体研究内容如下:
  (1)简述了超材料的研究背景和进展、广阔的应用前景,以及超材料中光孤子的研究现状。
  (2)基于非线性增益超材料中电磁波传输的理论模型,采用拟解法给出了一种具有非线性啁啾的Sech型自孤子解。结果表明,当超材料中的非线性损耗与线性增益达到平衡时,超材料中可以存在这种形式的自孤子。在不同的非线性极化超材料中,这种自孤子的振幅、束宽以及初始啁啾随着归一化频率、增益系数的变化情况也不同。同时通过数值模拟证实了这种Sech型自孤子确实能存在于非线性超材料中。该结论意味着可以通过调节入射电磁波的频率或是选择具有不同非线性极化和不同增益的超材料来控制该自孤子的传输特性。
  (3)基于前面(2)中的理论模型,采用Hirota方法求解了该非线性薛定谔方程,得到了一种指数型自孤子解。研究发现,这种指数型自孤子解不仅与(2)中的Sech型自孤子解形式不同,而且它们在非线性超材料中的存在区域不同,传输特性也不同。此外详细分析了这种自孤子在非线性超材料中不同存在区域的峰值幅度、半高全宽以及初始频率啁啾等传输特性。研究结果表明,通过调节入射电磁波的频率或是选择合适的非线性超材料能够控制该自孤子的传输特性。最后数值证实了该自孤子确实能存在于非线性超材料中。
  (4)最后总结本文主要内容,展望了非线性超材料中电磁波传输的发展前景,同时提出后续需要深入解决的问题。
[硕士论文] 马鑫
仪器科学与技术 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:电子方舱作为一种可移动的电磁屏蔽室,除了具有良好的机械性能和灵活运输性能外,还具备一定的电磁屏蔽效能,而其屏蔽效能的好坏对作战任务的实施有着极为重要的影响,所以提升电子方舱的屏蔽效能,以应对复杂电磁环境是十分必要的。
  孔缝泄漏要素是导致电子方舱屏蔽效能下降的主要原因。方舱上不可避免会存在很多孔缝,如通风孔、观察孔、拼接安装所形成的缝隙等,如处理不当将会使外界的强干扰信号耦合进舱内,从而影响设备正常工作。
  导电衬垫、通风屏蔽部件及透光屏蔽部件这三类屏蔽部件可以有效地抑制孔缝泄漏,其在电子方舱上的应用性能对方舱整体的屏蔽效能是至关重要的。
  本文从电子方舱及屏蔽部件的发展现状出发,结合电磁屏蔽理论,首先对孔缝泄漏机理进行研宄,并在此基础上对三类屏蔽部件的应用性能进行研宄,并通过大量仿真计算与实测数据对比分析,为方舱的屏蔽设计提供理论依据,最后对加装屏蔽部件的电子方舱实际屏蔽效能进行测试验证。
  本文主要研宄成果如下:
  (1)对导电衬垫的应用性能进行研宄。
  通过对导电衬垫的导电性能进行试验,确定了不同种类导电衬垫的导电性能强弱;并在此基础上,将导电衬垫转移阻抗的思想应用在舱门屏蔽效能研宄上,建立了舱门的等效电路模型,推导出舱门屏蔽效能计算表达式;并对加装不同导电衬垫的舱门的屏蔽效能进行仿真分析。
  根据导电衬垫与金属装配面易出现电化学腐蚀现象,制作了20组标准试件,进行电化学腐蚀试验,比较不同导电衬垫与不同配接面之间电化学腐蚀的强弱,并给出了电化学腐蚀的控制途径。
  (2)对通风屏蔽部件及透光屏蔽部件的应用性能进行研宄。基于理论仿真计算与实测对比分析,对影响通风屏蔽部件及透光屏蔽部件屏蔽效能的若干因素进行详细研宄,确定其关键性能特点,并给出了通风屏蔽部件和透光屏蔽部件的选型使用规范,对电子方舱的选型设计具有一定的指导意义。
  (3)对装载屏蔽部件的电子方舱的屏蔽效能进行实际测试,实现了对屏蔽部件选型的验证。并针对测试中的其他电磁泄漏问题进行了分析,为电子方舱的屏蔽设计提出了相关建议。
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