光纤水听器阵列在黄浦江航道监测中的应用

详细介绍了布设于黄浦江上游航道的光纤水听器阵列及其工作原理。通过光纤水听器阵列采集过往船只的声信号,结合能量阈值与特征强线谱,实现了对过往船只数量的统计。实验结果表明,船只流量监测功能已基本实现。此外,通过集成其他参量的传感器,扩展了水听器阵列的功能,实现对航道多参量(水温、水位以及淤泥厚度)实时监测。     

基于谐波特征分析的时间调制阵列测向研究进展

针对近年来发展起来的基于谐波特征分析的时间调制阵列 (time modulated array, TMA)测向这一新型无线电测向技术体制,全面总结了其目前的发展现状以及与传统阵列测向体制相比较的优缺点. 首先分析了TMA的起源、发展与数学基础;其次总结了基于TMA的测向方法的研究现状;然后对二单元TMA测向、多单元TMA测向以及宽带线性调频信号的TMA测向进行了详细讨论,并具体分析了这些方法的数学原理、关键技术、实现思路等;最后对该测向技术存在的问题及发展趋势进行了探讨.     

基于2比特结构的时间调制模块小型化设计

针对时间调制阵列中调制模块的小型化问题,采用多层板结构,将模块中开关的谐振单元和偏置电路以及射频信号电路放置在不同层,并通过类同轴耦合线和缺陷地等不同的技术措施结合,解决了不同射频通道之间的幅相不平衡以及谐振等问题,在实现小型化的同时兼顾了电性能. 据此设计了2比特结构的时间调制模块,该模块工作频段为14.2～16.4 GHz,尺寸为1.2λ×0.96λ@15.3 GHz,相邻状态相移为90°±5°,幅度差为±0.5 dB. 在载波频率为15.3 GHz、调制频率为1 MHz时可达到34 dB谐波抑制,最大信号带宽则可达200 MHz,验证了本文设计方法的有效性.     

基于波束空间的方向回溯阵列指向修正方法

针对方向回溯阵列中收发异频带来的波束指向误差, 提出了一种基于波束空间预识别的指向修正方法.从方向回溯阵列的一般模型出发, 推导频偏造成的波束指向误差, 并确定相位补偿量与接收信号角度的函数关系.通过阵元空间到波束空间的转换判断接收信号角度区间, 确定近似相位补偿量, 实现异频收发下方向回溯阵列指向误差的修正.仿真结果表明:修正后指向误差降低了一个量级并且抗噪声能力提升.相比现有方法, 本方法立足方向回溯阵列的基本架构, 实现简单, 补偿效果明显, 抗噪声能力强, 为方向回溯阵列在异频收发领域的应用提供了新思路.     

三维空间MIMO信道接收天线阵列互耦效应及系统容量分析

针对非频率选择性瑞利衰落MIMO(multiple-input multiple-output)信道,建立了接收天线阵列的三维空间信道模型,将MIMO的一般信道建模推广到三维空间域。在建模过程中利用天线阵列在互耦效应下的等效网络模型,推导出三维空间域模型下的互耦相关性的通用表达式,阐明了互耦效应下相关性与无互耦相关性之间的关系。应用通用表达式分析了当接收端为不同的天线阵列结构时,入射信号的中心到达角和角度扩展分别对于在互耦效应下信道容量的影响。分析结果验证了不同的角度扩展对于互耦相关性的影响,揭示了在互耦效应下影响系统容量的主要因素为入射信号的平均中心到达角。     

基于时间调制的单通道多基线相位干涉仪测向

基于时间调制理论,提出了一种单通道框架下的多基线相位干涉仪测向方法,其克服了传统相位干涉需要多个射频通道带来的系统复杂度高以及通道幅相不一致性问题.所提方法利用单刀多掷开关周期性接通多基线相位干涉的各天线单元,并从接收信号产生的谐波特征中同时估计多组基线产生的相位差.首先分析传统多基线相位干涉仪测向存在的局限性,然后提出基于时间调制的单通道多基线相位测量方法,最后结合2～8GHz宽带测向需求,设计四基线相位干涉仪并进行仿真.仿真结果显示,在2～8 GHz范围内,测向误差能达到0.1°以内,证明了本文方法的有效性.     

基于频谱特征分析的多谐波时间调制阵列测向方法

针对基于谐波特征分析的时间调制阵列(time-modulated array, TMA)测向技术中信息利用率低的问题,提出了一种基于信号频谱特征分析的多谐波TMA测向方法.通过分析接收信号的频谱特征,构建了基于信号频谱特征多谐波测向模型,推导了基于频谱特征的来波方向最优线性无偏估计(best linear unbiased estimation, BLUE)表达式,从而提高了测向精度及稳定性.以BPSK信号为例,通过仿真实验验证了所提算法的有效性,同时搭建了工作于S频段的二单元TMA测向系统证实了所提方法的可行性.     

时间调制阵列天线的非理想波形调制研究

针对时间调制阵列天线中射频开关的非理想特性,开展了多种波形调制下的谐波特性研究. 首先,推导了非对称梯形波/升余弦波周期调制的傅里叶系数,分析两种调制波的非对称性对各次谐波的幅度、相位和能量占比的影响;在此基础上,通过实验获得了一组实验调制波,并运用三角函数多项式拟合真实调制波形的上升沿与下降沿;最后,讨论了各种波调制与实测谐波分量的差异性. 结果表明,与已有调制波相比,本文所提出的非对称梯形波、非对称升余弦波和拟合波的调制更接近真实波调制.     

基于类单边带时间调制阵列宽带通信的优化方法

提出了一种基于类单边带时间调制阵列的宽带通信方法:通过优化调制时序,大幅度降低主波束范围内的多阶谐波信号的边带电平,从而有效降低谐波引入的带内混叠干扰,提高可用带宽. 进一步地,以实际器件最短切换时长为基准,优化单位周期内调制时序最小占空比长度,提高系统实际可传输带宽. 仿真和实验结果验证了该方法在宽带通信中的有效性,时间调制技术在宽带系统中的应用范围得以扩展.     

入射角能量分布对均匀圆形天线相关性影响

以均匀分布的圆形天线阵列为模型,入射信号分别为均匀、高斯和拉普拉斯能量分布和三种双边带分布时,推导出其空间相关性的精确和近似表达式,分析了在入射信号为双边分布时各种因素对于其空间相关性的影响。仿真分析结果表明,双边带分布时相关性波动幅度和差值取决于中心到达角之间的差值。