MEMS固态风速风向传感器的设计与制作

风速风向参数的测量在气象测量中占有重要的地位。基于MEMS技术的固态风速风向传感器具有体积小、重量轻、成本低的优点。设计了两种基于MEMS工艺的固态测风传感器,即硅薄膜式测风传感器和硅悬梁式测风传感器,用流体力学原理对这两种风速风向传感器进行了理论分析及ANSYS CFD软件模拟仿真,得出了风速与挠度、剪切力的关系。用惠斯通电桥测量传感器输出信号,通过单个传感器的二次封装测量风向信号。制作出了硅悬梁式测风传感器,并进行了初步测试。     

MEMS固态风速风向传感器的设计与制作

风速风向参数的测量在气象测量中占有重要的地位.基于MEMS技术的固态风速风向传感器具有体积小、重量轻、成本低的优点.设计了两种基于MEMS工艺的固态测风传感器,即硅薄膜式测风传感器和硅悬梁式测风传感器,用流体力学原理对这两种风速风向传感器进行了理论分析及ANSYS CFD软件模拟仿真,得出了风速与挠度、剪切力的关系.用惠斯通电桥测量传感器输出信号,通过单个传感器的二次封装测量风向信号.制作出了硅悬梁式测风传感器,并进行了初步测试.     

MEMS固态风速风向传感器的设计与制作

风速风向参数的测量在气象测量中占有重要的地位。基于MEMS技术的固态风速风向传感器具有体积小、重量轻、成本低的优点。设计了两种基于MEMS工艺的固态测风传感器，即硅薄膜式测风传感器和硅悬梁式测风传感器，用流体力学原理对这两种风速风向传感器进行了理论分析及ANSYS CFD软件模拟仿真，得出了风速与挠度、剪切力的关系。用惠斯通电桥测量传感器输出信号，通过单个传感器的二次封装测量风向信号。制作出了硅悬梁式测风传感器，并进行了初步测试。     

基于纳米裂纹的MEMS二维风速风向传感器

风速、风向信号的采集在工业、医疗与气象等领域具有重要意义。研发了一种基于纳米裂纹的微电子机械系统(MEMS)二维风速风向传感器。利用纳米裂纹超高灵敏度的优点,设计了纤毛-悬臂梁结构用于风速、风向信号采集。通过有限元数值仿真分析确定传感器的纤毛直径、高度和悬臂梁长度等结构参数。然后,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)衬底制备、聚酰亚胺粘附、金薄膜沉积、金薄膜图案化以及纳米裂纹工艺流程制备了纳米裂纹金薄膜。采用该纳米裂纹金薄膜,利用MEMS工艺技术制作了基于纳米裂纹的MEMS二维风速风向传感器,并通过自主研制的测试平台测试了传感器的风速和风向性能。实验结果表明,制备的二维风速风向传感器能够稳定测量2～7 m/s的风速信号,并具有误差不超过15°的风向识别能力。     

一种用于天文台选址的气象参数和大气湍流测量系统

本文提出一种用VFC（电压－频率变换器）进行模数转换的气象参数和温度脉动测量系统,系统安装在云南天文台高美古观测站－27m高铁塔上,包括三层金属丝温度脉动传感器和温度、湿度、气压、风速、风向传感器、用计算机选通多路开关,8253计数器对脉冲信号计数,实时测量和显示数据,成本低,能保证长距离数据采集的精度。     

一种新型多协作中继选择协议研究

机会中继选择协议是一种基于即时信道状态的单协作中继选择方法。文章将机会中继的思想推广到多中继选择场景,提出一种新的中继选择协议。协议通过采用目的节点确认协作中继及加入延时等机制,有效地降低了中继选择的冲突概率,并能控制中继选择的数目,保证中继选择的公平性。协议还修正了原协议中继定时器参数选择问题。仿真表明该协议能够极大地提升系统误码率性能。     

一种多源协作网络的分布式功率分配与中继选择算法

该文针对多源-多中继放大转发协作通信网络,以最小化系统总功率为目标,在保证系统满足一定中断概率的前提下,提出了一种分布式功率分配与中继选择算法.算法由源节点自主选择为其转发信息的中继节点,并引入定时器,通过竞争方式避免了分布式所导致的中继选择冲突.中继收到来自源节点的信号后,只需根据转发门限自主判断是否进行转发,从而完成传输.仿真结果表明该分布式算法能够有效降低传输所需要的总发射功率.并且与集中式控制所获得的最优中继选择与功率分配算法相比性能相近,但所提分布式算法显著降低了系统的控制开销.     

一种基于HARQ的自适应中继选择方法

在中继协同系统中引入HARQ能够显著提高系统的性能,文章研究了在两跳多中继系统引入HARQ的性能,基于源和所有中继节点间的信道参数已知的假设,给出了在HARQ-TI和HARQ-CC两种策略下的系统吞吐量表达式,并基于最大化系统吞吐量的目的,提出了一种自适应的中继选择方法,该方法能够在选择合适的中继节点时同时得到最优的传输速率。并仿真了该方法的实现原理和过程,仿真结果表明采用该方法的吞吐量较单中继HARQ有较大的性能提升。     

基于移动平台的三维风速风向动态测量系统

由于风速风向对帆船等移动平台的影响,需要实现对风速风向的动态测量,因此设计了一款基于时差法的正四面体非正交结构超声波阵列的动态测量系统。该系统通过测量超声波在顺风和逆风下传播的速度不同,结合测量装置的结构解析,得到风速风向和俯仰角,利用磁力计补偿方位信息数据和中值滤波算法,解决了在移动平台上实时动态采集风速风向和俯仰角的问题。经实际测试,系统风速测量误差在±1 m/s以内,风向测量偏差不超过0.8°,俯仰角测量偏差不超过1°,达到预期设计要求。     

一种基于混合智能算法的协作中继选择新方法

针对多用户多中继场景下协作通信系统的中继选择问题,提出了一种基于混合智能算法的协作中继选择新方法。不同于现有的为每个源节点分配一个中继节点的中继选择方法,新方法建立了为每个源节点分配一个或多个中继节点的优化模型,以最大化多用户多中继协作系统的最小接收信噪比为优化目标,采用结合了模拟退火与遗传算法的混合智能算法来搜寻中继选择问题的最优解。仿真结果表明,所提方法可显著提高目的端的接收信噪比,且算法具有较强的全局搜索和快速寻优能力。     

On airborne measurement of the sea surface wind vector by a scatterometer (altimeter) with a nadir-looking wide-beam antenna

A pilot needs operational information about wind over sea as well as wave height to provide safety for a hydroplane landing on water. Near-surface wind speed and direction can be obtained with an airborne microwave scatterometer, a radar designed for measuring the scatter characteristics of a surface. Mostly narrow-beam antennas are applied for such wind measurement. Unfortunately, a microwave narrow-beam antenna has considerable size that hampers its placement on flying apparatus. In this connection, a possibility to apply a conventional airborne radar altimeter as a scatterometer with a nadir-looking wide-beam antenna in conjunction with Doppler filtering for recovering the wind vector over sea is discussed, and measuring algorithms of sea surface wind speed and direction are proposed. The obtained result can be interesting for many studies in oceanography, meteorology, air-sea interaction, and climate change and for creation of an airborne radar system for amphibious airplane safe landing on the sea surface, in particular for search and rescue operations in coastal areas.     

利用闪烁和到达角起伏测量横向风速的对比研究

基于湍流冻结假说,利用时空相关函数分析了使用大气相干长度仪(DIMM)测量横向平均风速的原理,并通过闪烁和到达角起伏测量风速的路径权重函数确定风速传感器的安装位置。在弱湍流条件下,根据水平1 km传输实验测量的到达角起伏和光强起伏数据,分别计算横向风速并与风速传感器同时测量的参考风速对比,发现利用到达角起伏计算的风速与参考风速有一定的相关性。该实验拓展了大气相干长度仪的使用功能。     

分布式空频编码协同通信系统分段ML迭代检测算法

该文针对频率选择性衰落下的多中继分布式空频编码协同通信系统,提出了一种分段最大似然迭代检测算法。目的节点将每一个分布式空频编码的频域向量划分成若干小段,分别对其进行最大似然迭代检测。理论分析和仿真结果表明,该迭代最大似然检测算法收敛速度快,且显著降低了分布式空频编码协同通信系统检测算法的复杂度,具有较高的实用价值。     

异步协同系统频选信道下基于线性预处理的DSTC结构设计

在协同中继系统中,应用分布式空时码(Distributed Space Time Coding, DSTC),可以在有效提高系统效率的同时获得全协同分集。但是,各中继节点的异步传输和节点间的多径衰落会破坏空时码字的结构,使之不能获得全分集。本文针对两中继的异步协同系统,提出了一种频率选择性信道下的基于线性预处理的DSTC传输结构。在此传输结构中,源节点对发送数据块进行预处理后发送给中继节点,中继节点对接收信号进行简单的共轭重排等处理,使得在目的节点形成DSTC的结构。其中,为抵抗异步传输和多径衰落引入的符号间干扰(Inter-symbol Interference, ISI),在源节点处和中继节点处均加入循环前缀(Cyclic Prefix, CP)。于是目的节点对接收到的信号进行DFT处理后,可以运用ML算法对数据信息进行检测。理论分析和仿真表明,当存在定时误差和节点间为频率选择性信道时,目的节点运用ML检测算法该传输结构可获得全空间分集和全多径分集。然后,本文考虑了信道各径延迟为整数倍符号周期的情况,并且证明了该传输结构的分集增益只与节点间信道的有效信道长度有关。      

双激光雷达的水平风场估计方法

针对民航机场区域内单部激光雷达探测水平风场存在较大误差的问题,提出一种基于支持向量回归的双激光雷达水平风场估计模型。该模型以两部激光雷达重叠扫描区域风速为基础,对非重叠区雷达径向的其他数据点水平风速进行估计。首先,提取重叠区的径向风速、水平风速和距离三个特征,以重叠区域数据点为训练集,在同一维度规范化后设定惩罚因子和核函数参数,用支持向量回归得到初始估计值。然后,以单部激光雷达的径向风速为先验条件,估计出非重叠区相邻径向点水平风速。将估计的结果扩展为新的训练集,依次逐步扩大训练集进而估计出非重叠区的水平风速。最后,通过实测数据分析了该方法逐步估计的误差,分析了风速大小和回波信噪比对该方法估计性能的影响,结果表明该方法估计的风场的均方根误差较单部雷达的均方根误差更小,减小了水平风速误差,扩大了双激光雷达探测水平风场范围,提高了雷达的利用率。     

分布式空频编码协同通信系统中基于导频转发新时序的信道估计算法

该文针对频率选择性衰落下的多中继分布式空频编码协同通信系统,提出了基于导频转发新时序的频域信道估计算法,包括最小二乘(LS)估计算法和低阶近似的线性最小均方误差(Lr-LMMSE)估计算法。互相协同的各中继节点在收到源节点广播发送的频域导频符号向量后,通过互不相同的时隙将其转发给目的节点,从而避免了各中继节点转发的导频符号在目的节点上的混叠干扰。理论分析和仿真结果表明,该算法成功地分辨了多中继协同通信系统的所有频域信道系数,其估计精度高,算法复杂度低,具有较高的实用价值。     

面向5G雾计算中基于Q-learning的安全中继节点选择方法

提出了一种基于 Q-learning 的最优双中继节点选择方法。首先构建了基于社会意识的安全雾计算结构模型,然后在该模型下设计了基于 Q-learning 算法的最优双中继节点选择方法,实现了在动态环境下对最优双中继节点的选择,最后对密钥生成速率、双中继节点选择速度和动态环境中双中继节点的选择准确率进行了分析。实验结果表明,该方案能有效地在动态环境中选择最优双中继节点,算法迅速收敛达到稳定,最优中继节点选择速度得到有效提升。     

Relaying Schemes Using Matrix Triangularization for MIMO Wireless Networks

Multiple input multiple output (MIMO) relay networks are wireless communication systems comprising of multiple nodes, each of which is equipped with multiple antennas. Information theories have shown that using multiple nodes to simultaneously relay a message can improve the capacity of source-to-destination communications. In this paper, we propose new relaying schemes for MIMO relay networks. The major concept behind the proposed schemes is to transform each of the MIMO relay channels into an equivalent triangular channel with positive real diagonal entries. By doing so, the resultant MIMO relay channel can simultaneously offer both distributed array gain (diversity gain obtained among relay nodes) and intranode array gain (diversity gain realized by multiple antennas of individual relay node) while maintaining the maximum spatial multiplexing gain (number of parallel data pipes). Based on this concept, three relaying schemes are derived that perform QR decomposition and phase control. Numerical results confirm that at least one of the proposed schemes outperforms the amplify-and-forward and the zero-forcing relaying schemes under various conditions. Moreover, we show that ratios of noise power level at relay and destination node have a great impact on capacities.     

带有广义反馈的多址接入中继信道的可达速率区域的研究

多址接入中继信道是含有多个接入节点、1个中继节点和1个目的接收节点的无线多用户信道,同时考虑接入节点之间能够接收彼此含噪的广义反馈信息,此种模型存在于接入节点之间协作通信能力较差的多跳无线网络和无线传感器网络。论文给出了带有此种广义反馈的离散无记忆多址接入中继信道的可达速率区域,并将这一结果推广到高斯信道。提出一个新的编码方案,主要基于速率划分和译码前传策略,并通过采用分组Markov叠加编码建立各接入源节点之间以及源节点和中继节点之间的协作通信,在可达性证明中还采用规则编码和反向译码策略。结果表明,在离散无记忆信道环境下可达速率区域相比较以往结果更具一般性,在高斯信道环境下可达速率区域被扩展。     

非正交多址中继系统复数域网络编码优化设计

无线中继与网络编码是提高通信系统数据可靠性和吞吐率的重要技术手段,重点研究了单中继非正交多址系统复数域网络编码的优化设计问题.首先,在限制源节点和中继节点的总发送功率并假设各个源节点发送功率相同的条件下,证明了当源节点与中继节点发送功率相等时基于复数域网络编码的单中继非正交多址系统误符号率(SEP)性能最佳.其次,以编码增益为目标函数,提出了一种复数域网络编码的优化设计方法.与已有的复数域网络编码系数设计方法相比,此方法能满足任意源节点个数条件下复数域网络编码系数的优化设计要求,同时可以有效地避免因为网络编码系数选择不当造成信号重叠的现象,提升和改进系统的SEP性能.