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《电波科学学报》2022年第37卷第2期“超视距传播与探测”专题优秀论文评选结果

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优先发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
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居住环境宽带电磁辐射的分析与预测
李若凡, 宋欣蔚, 岳云涛, 计赛阁
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022085
摘要(0) HTML全文(0) PDF(0)
摘要:
针对居住环境内电磁辐射在周期性规律中混有较多高频分量,导致传统时序建模方法和神经网络方法预测性能受限的问题,提出了一种小波分解与季节性差分自回归滑动平均(seasonal autoregressive integrated moving average, SARIMA)模型相结合的混合预测方法. 该方法根据辐射数据的时频特性,利用SARIMA模型对小波分解得到的主要周期分量和细节分量进行分层预测,以适应居住环境内多种发射源形成的复杂电磁辐射状况. 实验结果表明,该方法不仅比单一时序建模方法以及神经网络方法具有更高的预测准确度,而且具有更强的异常值适应性与稳定性.
基于阶梯波形的高效时间调制多波束天线
陈峤羽, 张金栋, 罗登月, 吴文
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022093
摘要(0) HTML全文(0) PDF(0)
摘要:
时间调制阵列(time-modulated array, TMA)可产生不同指向的边带多波束,但存在效率低、波束幅度一致性差等缺陷. 本文基于阶梯波形提出了一种低成本高效率的时间调制边带多波束实现方法. 首先根据任意多波束空间覆盖需求得到TMA的频谱和时域波形,然后基于数控衰减器和0/π移相器的硬件特性实现对理论调制波形的拟合,最终通过阶梯波形优化抑制无用边带功率和边带波动,实现稳定高效的多波束扫描. 本文以8单元时间调制天线阵列为例实现基频、±1、±2次边带对应的5边带,通过调整数控衰减器的衰减步进值寻求调制波形最优解,最终仿真结果显示边带电平抑制在−31.20 dB,工作边带功率波动仅为0.68 dB. 该多波束时间调制天线具有低成本、高效率、波束幅度一致性好、无用边带抑制度高等优点,提升了时间调制技术在多波束天线领域的应用价值.
超材料智能表面在MIMO无线网络中辅助应用的仿真研究
刘晨阳, 王国刚, 潘多涛, 袁德成
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022046
摘要(2) HTML全文(0) PDF(0)
摘要:
在当今5G或未来无线通信中,广泛采用智能新材料和深度学习算法,在提高波谱利用率、降低能源消耗等方面,开始展现出诱人的发展态势。本文以毫米波和大容量多输入所输出(multiple-input multiple-output, MIMO)无线网络数据集作为移动通信场景,研究信道模型估计。进一步引入具有少量反射单元可灵活配置的大规模智能表面,设计了以信道特征参数为输入、以可达接收速率为输出标签的多感知神经元网络模型。综合应用包括仿真基准、智能超表面、深度学习等技术,仿真评价了智能超表面的反射单元组成、有源单元数量,以及发射功率、训练数据集大小等因素,对移动用户可达速率的影响,计算结果表明,通过这些选项的适当设计,能增加深度学习在无线网络环境特性感知方面应用的有效性。
室内X波段离体信道传播特性的测量与建模
常浩飞, 孙君
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022053
摘要(2) HTML全文(0) PDF(0)
摘要:
本文研究了在X频段以人体为中心环境的无线信道衰落模型建模方法,围绕可穿戴天线在体表不同部位的无线信道进行了实验和分析. 分别在离体(off-body, OFF-B)与无体(no-body, NO-B)场景下测量视距(line-of-sight, LOS)和非视距(non-line-of-sight, NLOS)两种路径的信道衰落,对比分析人体不同部位的阴影效应和穿透损耗,结果表明改变天线穿戴部位,信道衰落曲线的损耗指数和截距均会发生变化;人体穿透损耗与信道频率、收发端天线之间的距离无关. 基于现有的模型对实验数据进行拟合,提出一种与人体不同部位相关的带有体表阴影效应、穿透损耗修正因子的OFF-B信道衰落模型. 该模型细化了人体不同部位的信道特性,与通用模型相比能更加精地确描述离体信道传播环境.
多场景卫星通信信道动态建模与仿真实现
何遵文, 杜川, 张焱, 顾霖昊, 张万成
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2022064
摘要(3) HTML全文(1) PDF(0)
摘要:
面向智慧海洋、智慧农业等垂直行业场景的广覆盖无线接入需求,低轨卫星通信因其可靠的连接性、更宽广的覆盖能力以及超大带宽连接的巨大潜力而成为了下一代移动通信技术的重要组成部分. 目前,针对低轨卫星通信的系统性信道建模流程与仿真方法仍相对匮乏,对于低轨卫星信道的高动态特性仍缺乏有效的建模方法,且大多模型仅能支持单场景通信环境. 基于此,本文提出了一种模块化、高动态的多场景卫星通信信道建模机制,并据此设计实现了一套动态卫星信道建模仿真系统. 该系统实现了流程化的建模思路,并引入了基于卫星信道高动态特性的动态参数更新方法. 所设计的卫星通信信道建模与仿真机制能够生成卫星通信的信道大、小尺度参数与信道冲激响应,且对不同场景具有较好的适用性.
带限周期函数的Fourier插值法在天线测量中的应用
付煜洲, 杨佳蔚, 王朕, 商锋
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2021157
摘要(112) HTML全文(42) PDF(13)
摘要:
天线远场测量是获得其辐射特性的一种常用方法,为得到方向图的细节,测量方向图的角度间隔一般应小于待测天线半功率波束宽度的1/10,否则会导致方向图相关参数如半功率波束宽度、副瓣电平等的不准确. 针对高增益、窄波束天线的远场测量,为了得到精确测量结果,测量间隔要求非常小,导致测试时间长,测试效率低下. 文中提出了一种基于带限周期函数的Fourier插值法的高效率方向图测试方法,此方法将采样间隔增加到待测天线半功率波束宽度量级,仍然可以准确重构出角度间隔任意小的方向图,从而能够显著提高测试效率. 仿真和实测结果证明了本方法的可行性.
基于神经网络的室内单站精确被动定位技术研究
张倩倩, 尹成友, 李安琪
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2021164
摘要(247) HTML全文(49) PDF(15)
摘要:
为了提高室内环境下对目标的定位精度,提出一种室内单站精确定位技术. 该技术利用室内电波传播多径效应构成的复杂信道信息,基于机器学习,构建卷积神经网络架构,通过卷积提取不同位置目标到达接收传感器的多径时延特征信息;然后通过多层全连接层深度神经网络的模型训练,将基于复杂信道的定位问题转化为回归模型的问题,建立信道指纹与位置之间的非线性关系来完成被动定位. 训练和仿真结果表明,在室内复杂电波传播环境下,基于神经网络的室内单站精确定位技术能够实现单接收站情况下对目标的精确定位. 本文主要对3×3网格大小的金属散射体进行定位,接收站位于室内时,平均定位误差为0.621个网格(12.42 cm);接收站位于室外时,能够分别实现信噪比20 dB、30 dB、40 dB情况下44.09 cm、21.42 cm、20.96 cm的平均定位误差. 本文方法为室内复杂环境下的目标定位提供了一种新的定位方法.
太赫兹光谱成像龋齿检测
才家华, 周江平, 王倩倩, 光梦凯, 金洁琪, 杨玉平, 吴晓君
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2021348
摘要(74) HTML全文(28) PDF(18)
摘要:
龋齿是一种广泛存在的慢性传染病,如果不及时采取治疗措施,可能会引发一系列口腔和人体健康问题,因此龋齿的早期筛查和治疗后的恢复跟踪诊疗非常重要. 太赫兹电磁波对牙齿拥有较强的穿透性和非电离辐射,使其成为未来龋齿早筛的重要潜在手段之一. 本文使用太赫兹时域光谱成像分析仪对含有龋病的牙齿切片进行了二维太赫兹脉冲透射扫描成像. 实验结果表明:由于牙齿中不同组织对太赫兹脉冲的响应不同,该技术可有效对牙釉质、牙本质和牙釉质龋进行区分和检测;采用频域成像分析,也可对牙本质龋进行检测. 太赫兹谱学成像技术可为龋齿早期筛查提供一种无电离辐射、非接触、高可靠性的新手段.
基于SISL的介质填充双通带滤波器设计
李双旭, 马凯学, 闫宁宁, 陈雄, 傅海鹏
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2021011
摘要(281) HTML全文(58) PDF(22)
摘要:
为实现滤波器的小型化,基于介质集成悬置线(substrate integrated suspended line, SISL)结构提出了一种介质填充双通带滤波器的设计方案. 首先将高介电常数的介质块填充入SISL的空气腔中,提升SISL的等效介电常数,实现电路的小型化,高介电常数介质块可以直接被SISL固定;然后利用T型结连接两组工作在不同频段的滤波器从而使得两个通带相对独立;最后利用仿真软件进行优化,确定介质填充双通带滤波器的尺寸,并进行加工与测试. 仿真与测试结果表明,二者具有较好的一致性,两个通带频率内的回波损耗均优于15 dB,电路的核心尺寸为0.058λg×0.139λg(λg为SISL在第一通带中心频率处的导波波长). 此双通带滤波器具有小尺寸、自封装等优势,且所有层介质基板均采用低成本的FR4板材,降低了制造成本.
基于点云重建复杂城市建筑环境的电磁计算
李玉峰, 周晨, 张富彬, 夏国臻, 朱建桦
当前状态:  doi: 10.12265/j.cjors.2021198
摘要(178) HTML全文(72) PDF(15)
摘要:
在现代城市环境中,地形地貌地物复杂,精确评估电波传播效应十分困难. 针对传统城市建筑环境电磁计算物理建模不够精确的问题,提出利用多视角立体视觉的方法对城市复杂建筑环境进行基于点云的三维重建,获取精确的三角网格模型,并通过机器学习图像分割的方法获取城市环境边界电磁属性;在此基础上进行基于一致性绕射理论的射线追踪电磁计算,从而获取厦门大学翔安校区的电磁态势分布. 通过在不同分辨率网格模型上计算,并与COST231-Hata模型和实际测量结果对比,高分辨率网格模型的均方根误差为6.065 5 dB,证明了本文建模及计算方法的有效性.
栏目
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2022 年 3 期目录
2022, 37(3): 1-2.  
摘要(27) HTML全文(15) PDF(18)
摘要:
论文
曲靖非相干散射雷达电离层E-F谷区电子密度日间变化特征初步分析
丁宗华, 代连东, 杨嵩, 苗建苏, 吴健
2022, 37(3): 357-363.   doi: 10.12265/j.cjors.2021091
摘要(326) HTML全文(103) PDF(28)
摘要:
电离层E-F谷区是电离层探测和研究的薄弱环节之一. 文中利用曲靖非相干散射雷达日间120~200 km的电子密度观测数据,初步分析了曲靖地区电离层E-F谷区的变化特征. 发现E-F谷区结构依赖于地方时与季节,相对于正午存在对称性,同时表现为两种形态:一种在120~160 km存在明显谷区结构,谷底位于134~144 km;另一种的谷区很宽,谷底位于约130 m,在120~150 km电子密度随高度缓慢变化,160 km以上电子密度快速单调增加. 一次耀斑爆发后129 km以下电子密度迅速增加,D层电子密度突然增强,而134 km以上变化不明显,可能与X射线增强有关. 一次磁暴期间 139~158 km电子密度变化不明显,177~196 km的电子密度出现了增强现象,可能与氧原子含量增加有关.
基于多站观测的短波电离层信道一致性与相参性研究
刘桐辛, 周晨, 杨国斌, 姜春华, 赵正予, 张宏
2022, 37(3): 364-371.   doi: 10.12265/j.cjors.2021127
摘要(190) HTML全文(95) PDF(27)
摘要:
对分布式短波雷达系统与短波时差定位而言,短波电离层信道特性参数的一致性与相参性是需要重点考虑的因素. 本文利用自主设备在武汉、道孚、乐山三处初步开展了同步组网的多站短波电离层信道斜向探测实验. 结果表明,太阳地磁活动平静期间,武汉-道孚、武汉-乐山两条相近链路信道群距离日变化、群距离展宽、多普勒频移、多普勒展宽等相关特性的统计特征基本相同,道孚、乐山接收到的武汉所发信号经电离层传播后仍可得到明显的相关峰,并同时具有线性相位变化规律和稳定的相位差. 研究表明,在相距不远的范围上,临近的短波电离层信道可以有着较好的参数一致性和相参性.
基于机器学习和卫星图像的路径损耗预测
何丹萍, 徐卓成, 曹惠云, 殷玥, 吴丽娜, 官科
2022, 37(3): 372-379.   doi: 10.12265/j.cjors.2021064
摘要(342) HTML全文(133) PDF(30)
摘要:
基于反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)构建了一种路径损耗预测模型. 通过卫星图像的红、绿、蓝(red, green and blue,RGB)通道的颜色信息来表征无线通信电波传播路径的环境特征,结合路测点与基站的距离特征构建数据集,迭代训练网络参数,以预测传播路径损耗. 结果表明,对跨基站路测点的预测结果与实测数据之间的相关系数达到0.83,绝对平均误差控制在0.66 dB,标准差控制在6.65 dB,说明在缺乏某一场景的详细模型和材质参数时,本文模型也能可靠预测无线通信电波的传播路径损耗. 此外,本文信道模型与传统信道建模方法多方面的对比与分析表明,本文模型在相同计算资源下可以提供和传统信道建模方法相差很小的预测结果,同时大大缩短预测所需的时间,说明本文模型对传播路径损耗做出快速预测的能力可以用于无线通信网络系统的优化.
低频脉冲磁场中磁屏蔽体磁饱和效应的试验研究
潘征, 李跃波, 熊久良, 石立华, 闫民华
2022, 37(3): 380-387.   doi: 10.12265/j.cjors.2021130
摘要(256) HTML全文(104) PDF(22)
摘要:
针对磁屏蔽体在低频脉冲磁场环境中可能存在的磁饱和问题,利用试验方法开展了磁饱和效应研究,证实了常规工程屏蔽体可在低频脉冲磁场环境中达到磁饱和状态,并通过观测屏蔽效能的变化获得了磁饱和规律,同时分析了磁饱和效应对屏蔽效能的影响及其与屏蔽体的材料磁导率、壳体厚度、外形尺寸等参数的关系. 研究表明:磁屏蔽体屏蔽效能在磁饱和效应影响下,呈现出明显的动态变化特点,具有与屏蔽壳体磁导率类似的变化趋势;壳体厚度2 mm以内、长宽高为2 m×2 m×2 m左右的屏蔽体在上升时间为300 μs、持续时间为1.2 ms的磁场环境中,达到磁饱和状态的磁化场强度约为10 mT,其磁饱和难易程度与磁导率及外形尺寸负相关,与壳体厚度正相关. 试验研究结果与理论分析结论一致,可为磁屏蔽体的科学合理设计提供参考,具有较高的工程应用价值.
时间调制阵列天线的非理想波形调制研究
罗玉川, 向磊, 高彦昌, 倪刚, 陈靖峰, 贺冲, 梁仙灵
2022, 37(3): 388-393.   doi: 10.12265/j.cjors.2021148
摘要(334) HTML全文(110) PDF(39)
摘要:
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.
从S波段到毫米波段的可重构功分器设计研究
高伟男, 耿军平, 周晗, 陈念, 王堃, 任超凡, 苏达, 贺冲, 梁仙灵, 金荣洪
2022, 37(3): 394-404.   doi: 10.12265/j.cjors.2021049
摘要(96) HTML全文(39) PDF(30)
摘要:
为满足毫米波可重构通信系统需要,文中设计了毫米波可重构威尔金森功分器. 首先在S波段设计了基于PIN二极管的可重构功分器电路和原型;然后在此基础上把原理外推到K/Ka频段,通过参数提取方法重点研究PIN二极管寄生参数的影响及其最佳匹配方式;最后设计了K/Ka频段的可重构功分器原型,并进行了仿真和测试. 实测结果表明,K/Ka频段可重构功分器在工作带宽内,双路导通模式下端口1到传输端口(端口2和端口3)的插入损耗小于4.92 dB,传输端口之间的隔离度大于15.8 dB;单路导通模式下插入损耗小于1.65 dB,端口1和隔离端口之间的隔离度大于22.4 dB,实测结果与仿真结果基本一致. 使用场路联合仿真的方法基于PIN二极管设计可重构功分器,在K/Ka频段考虑寄生参数的影响,设计的可重构功分器模型准确、结构简单,适合可重构系统应用.
基于慢波基片集成波导的X波段功分器设计
黄文, 陈肖, 任仪, 周正宜, 朱泓宇, 曾婷
2022, 37(3): 405-410.   doi: 10.12265/j.cjors.2021142
摘要(457) HTML全文(166) PDF(37)
摘要:
针对传统基片集成波导(substrate integrated waveguide,SIW)功分器设计中宽带化和小型化不易兼顾的问题,提出了一种基于慢波SIW(slow-wave SIW, SW-SIW)的功分器. 采用微带折线构成的慢波结构单元加载于SIW金属表面上,代替传统SIW连续的金属表面,与同尺寸的SIW相比,SW-SIW的截止频率下降了40%,能够实现横向尺寸的缩减,尤其当SW-SIW达到与SIW相同的相移量时,SW-SIW所需纵向尺寸更小. 所提出的基于SW-SIW的功分器在具有较宽带宽的同时实现了器件尺寸的减小. 通过测试结果可得,该功分器在8.25~12.8 GHz频带内的反射系数|S11|<−10 dB,相对带宽达到了43.2%,相位一致性良好且小型化效果明显,适用于紧凑型微波射频前端.
一种基于不连续伽辽金方法求解多区域目标散射问题的优化预处理器
张慧雯, 黄晓伟, 吴比翼, 盛新庆
2022, 37(3): 411-418.   doi: 10.12265/j.cjors.2021065
摘要(212) HTML全文(44) PDF(25)
摘要:
在电磁散射问题中,由均匀介质和金属组合而成的多区域结构目标在天线仿真、雷达成像等工程问题中有着广泛应用. 针对多区域目标的散射问题,研究了不连续伽辽金(discontinuous Galerkin, GD)方法在多区域面积分(surface integral equation, SIE)矩量法中的使用,同时提出了一种优化的距离稀疏预处理(optimized distance sparse preconditioner, O-DSP)方法。该方法根据阻抗矩阵中不同积分算子随距离变化的特性来个性化选择预处理矩阵,进一步增加了预处理矩阵的稀疏性. 数值计算表明,相比之前的距离稀疏预处理方法,优化的预处理矩阵非零元素仅为以前的一半,而且具有相同加速迭代效果.
一种基于离散余弦变换-惩罚最小二乘回归的区域高分辨率电离层TEC地图重构方法
欧明, 陈龙江, 吴家燕, 甄卫民, 吕梦海
2022, 37(3): 419-425.   doi: 10.12265/j.cjors.2021211
摘要(238) HTML全文(91) PDF(19)
摘要:
高时空分辨率的电离层TEC地图对中小尺度电离层扰动的分析和建模具有重要的应用价值. 利用中国大陆构造环境监测网络和国际GNSS服务(international GNSS service, IGS)的地基GNSS监测数据,基于离散余弦变换-惩罚最小二乘回归(discrete cosine transform and penalized least square regression, DCT-PLS)算法,实现了区域高时空分辨率(1°×1°×15 min)电离层TEC地图的重构. 通过与2014年和2018年部分Madrigal高精度TEC数据的对比结果表明,DCT-PLS算法给出的垂直TEC一致性和稳定性相比欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)的全球TEC地图(global ionospheric map, GIM)数据有明显提升,其中TEC平均误差由3.9 TECU下降为2.0 TECU,标准差由3.7 TECU下降为2.7 TECU. 对2017-09一次磁暴期间的电离层重构结果表明,本文算法能够较好地再现磁暴期间电离层精细化的扰动结构特征,相关研究结果可为实现区域高分辨率电离层监测和应用提供技术支撑.
张衡一号卫星三频信标载荷典型事件观测
鲁恒新, 申旭辉, 赵庶凡, 廖力, 林剑, 黄建平, 泽仁志玛, 孙芳, 郭峰
2022, 37(3): 426-433.   doi: 10.12265/j.cjors.2021106
摘要(322) HTML全文(170) PDF(32)
摘要:
“张衡一号(简称ZH-1)”卫星搭载的三频信标机(tri-band beacon,TBB)载荷,能够对站链上空的电离层进行高精度测量. 为检验TBB载荷在电离层监测中的应用效果,本文利用2018—2019我国中低纬地区TBB观测数据,采用求均值及多项式拟合的方法对各月份F2层峰值电子密度(NmF2)数据进行处理,分析NmF2的半年变化特征;将2018-08-26磁暴当天与宁静日的电子密度作差值,分析电子密度对磁暴事件的响应特征. 结果表明:TBB观测数据能够有效监测电离层变化,正确反映站链上空电离层变化规律;在磁暴事件中,观测到了电子密度的变化过程,其准确地反映了正暴相的特征,证明在重要天气事件中,这一手段能够获得较为准确的观测数据.
基于多目标优化的联合作战用频规划方法
刘铭, 查淞, 黄纪军, 刘继斌, 郝谢东, 马晨
2022, 37(3): 434-442.   doi: 10.12265/j.cjors.2021060
摘要(521) HTML全文(133) PDF(24)
摘要:
为全面描述联合作战用频规划问题,引入多目标优化理论,以干扰冲突最少、需求满足最高和邻频风险最低作为优化目标建立了多目标的联合作战用频规划模型,并提出一种求解联合作战用频规划问题的非支配排序蚁群算法. 在蚁群初始化阶段使用带贪心策略的爬山算法获取次优解集合以提升蚁群前期收敛速度,并运用社团检测机制将用频装备分簇以减少电磁干扰分析的计算复杂度从而加快算法进程. 同时,在算法每次迭代中对得到的用频规划方案执行调度改进操作,并自适应调整信息素挥发系数等参数,以提升算法全局优化性能. 仿真实验验证了模型的有效性,并通过反转世代距离与超体积指标证明了算法在收敛性、分布性与收敛速度上的优越性.
具有小型化与高选择性的双频带通滤波器的设计
王远, 刘超, 南敬昌, 高明明
2022, 37(3): 443-448.   doi: 10.12265/j.cjors.2021138
摘要(351) HTML全文(110) PDF(33)
摘要:
为了满足C波段卫星通信系统的应用需求,提出了一种具有小型化与高选择性的双频带通基片集成波导滤波器. 滤波器第一通带由蚀刻在四分之一模基片集成波导腔顶层的L型谐振槽提供,第二通带由新型左右手结构提供. 其中L型谐振槽可以充当四分之一波长谐振器,激励腔内基本模式产生低频处的响应;新型左右手结构较传统结构增大了叉指电容值,降低了谐振频率. 通过仿真优化和测试,双频带通滤波器的中心频率为3.9 GHz和6.2 GHz,相对带宽为3.3%和2.1%,通带之间的衰减优于70 dB,且在通带外存在三个传输零点,具有良好的频率选择性. 表明了所提滤波器具有体积小、选择性高的特性,非常适合集成于卫星通信前端系统中.
随钻电磁波在矿产识别中的应用分析
李富凯, 陈健, 姬勇力, 杨志强, 范业活
2022, 37(3): 449-456.   doi: 10.12265/j.cjors.2021093
摘要(168) HTML全文(32) PDF(13)
摘要:
相比泥浆脉冲传输而言,随钻电磁波传输方式具有不依赖钻井泥浆介质循环、信息传输快等优点,此外,电磁波对于地层电阻率反映灵敏度高,便于及时发现矿产目的层. 正是基于上述特点,近年来随钻电磁波传输系统越来越广泛地应用于石油、天然气和煤层气(煤矿)等矿产资源的开发. 文中采用不同于以往的随钻电磁波传输分析方法,即根据电磁波在地层中传播规律和极低频(extremely low frequency, ELF)电磁波的近场辐射特性,采用等效电路法对随钻电磁波在地层信道中的传输进行分析. 此外,根据等效电路分析结果,利用地面接收电磁波信号幅度包络瞬时变化率大小来作为判断地层电阻率特性的条件. 山西沁水煤层探测案例实际结果验证了提出的方法在煤炭等矿产资源探测方面具有明显时效性,进一步证明了随钻电磁波信息传输系统可以同时兼作一种有效的实时测井系统.
基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像
国少卿, 何姿, 陈如山
2022, 37(3): 457-464.   doi: 10.12265/j.cjors.2021070
摘要(394) HTML全文(108) PDF(39)
摘要:
合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)能够突破天线孔径对分辨率的限制,因而得到了广泛应用. 本文提出了一种基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像方法,通过设计合适的成像几何构型,利用涡旋电磁波的相位特性实现对高度维的分辨,并推导得到高度维分辨率与模式数及雷达参数之间的关系. 考虑到回波信号中引入的涡旋相位项,对后向投影算法进行改进,实现对观测区域的三维成像,并引入稀疏重构算法减少对模式数的需求. 仿真结果表明,利用多模式聚合型涡旋电磁波束能够对分布在不同高度的目标进行准确重构,利用稀疏重构算法能够用少数模式实现高分辨三维成像. 本文提出的方法为新体制雷达成像研究提供了一定的参考.
论文
基于软阈值深度学习的自动调制识别算法
何荣荣, 徐逸凡, 刘洁, 姚凯凌
2022, 37(3): 465-470.   doi: 10.12265/j.cjors.2021052
摘要(202) HTML全文(224) PDF(49)
摘要:
自动调制识别是认知无线电、电子侦察、电磁态势生成中重要的环节. 由于电磁环境日益复杂,噪声对能否正确调制识别影响显著. 本文针对低信噪比(signal-noise ratio,SNR)环境条件设计了一种基于软阈值的深度学习模型,在卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)的基础上加入软阈值函数. 将IQ数据转化为幅度相位信息作为模型的输入,CNN用于提取幅度相位数据中的特征,软阈值学习网络可以针对不同特征设置不同阈值,用于滤除样本噪声,提高低SNR条件下的识别率. 在开源数据集RML2016.10a上验证了所提算法的有效性,对比其他网络结构,本文提出的模型识别率更高且效率更高.
一种采用吸波透波超表面的天线RCS宽带减缩新方法
马于惠, 刘璐, 贾帅宇, 王祎昊, 李妍
2022, 37(3): 471-477.   doi: 10.12265/j.cjors.2021116
摘要(462) HTML全文(142) PDF(207)
摘要:
设计了一款具有吸波/透波双重特性的超表面,并将其用于微带天线的覆层,实现天线雷达散射截面(radar cross section, RCS)的宽带减缩. 将传统的结构性吸波材料金属单元用氮化钽材料置换,提升了吸波带宽. 同时,将吸波材料与频率选择表面相结合,实现了覆层对于不同来波方向的电磁波分别呈现吸波/透波两种截然不同的电磁特性. 将覆层置于天线上方,当天线工作时,天线辐射的电磁波可以完美穿过覆层,因此对于天线的辐射特性不会造成影响. 当雷达波照射至天线时,覆层所呈现的宽带吸波特性可最大程度降低天线的RCS. 仿真结果表明:使用本文所设计的吸波/透波超表面作为天线覆层时,天线的辐射特性几乎未发生变化;而天线的单站RCS最大减缩量可达20 dB以上,减缩带宽可达5~19 GHz;同时,天线的单、双站RCS在较宽的角度范围内也得到明显的缩减.
开槽深度和坡度对高频高阶模带宽和中心频移的影响
丁学用, 王连胜
2022, 37(3): 478-483.   doi: 10.12265/j.cjors.2021136
摘要(247) HTML全文(78) PDF(19)
摘要:
为对构建太赫兹频率下高阶单模工作的同轴布喇格谐振腔提供理论依据,基于模式耦合理论,比较研究了不同开槽深度和不同开槽坡度形状及坡度角对工作在太赫兹频率高频高阶耦合模式下工作模式和竞争模式带宽、中心频率偏移特性的影响. 结果表明:工作模式和竞争模式的带宽随着开槽深度的加深都变宽,但中心谐振频率点几乎没有偏移,槽深加深,带隙重叠现象会恶化,不利于模式选择;正圆锥形坡度方式时随着坡度角的增加,工作模式的中心频率点没有发生偏移,竞争模式中心频率点靠近工作模式中心频率点,不利于带隙重叠现象的抑制;倒圆锥形坡度方式时,随着坡度角的增大,竞争模式的中心频率点远离工作模式中心频率点,很好地抑制了带隙重叠;正圆锥形坡度和倒圆锥形坡度对带宽的影响都不大. 这些特性有利于拓展同轴布喇格结构作为反射器和滤波器的性能.
一种小型化的高隔离度UWB-MIMO天线
高明明, 宋杨, 南敬昌, 李春晨
2022, 37(3): 484-490.   doi: 10.12265/j.cjors.2021129
摘要(357) HTML全文(131) PDF(51)
摘要:
提出了一种紧凑、高性能、形状新颖的具有高隔离度的超宽带多输入多输出(ultra-wideband multiple-input multiple-output, UWB-MIMO)天线. 天线由两个圆形辐射元件组成,享有共同的类F形接地平面,尺寸为30 mm×18 mm. 在天线的接地平面中引入类F形短截线,在MIMO天线元件之间产生高度隔离. 所设计的UWB-MIMO天线具有极低耦合(S21<−22 dB)、低包络相关系数 (ECC<0.003)、高分集增益 (DG>9.98 dB),适用于便携式通信设备.
2020年6月21日日环食电离层Es响应研究
刘瑶, 张鹦琪, 胡艳莉, 张雅彬, 邓忠新, 徐彬, 徐朝辉, 李江华
2022, 37(3): 491-496.   doi: 10.12265/j.cjors.2020278
摘要(210) HTML全文(104) PDF(14)
摘要:
为研究日环食期间电离层Es演化过程,利用VHF相干散射雷达和便携式垂测仪在2020年6月21日日环食期间开展联合观测试验,得到日环食期间h′Es和foEs均呈现出先降低再增强的变化形态. 分析表明,该演化过程类似于快速日出日落对电离层Es的影响,其成因是日环食期间太阳活动作为辐射源经历了快速减弱、复原的一个过程. 本次试验观测结果对研究和完善电离层Es形成机制、机理有重要意义.
多频段环焦型椭圆波束天线优化设计
刘兴隆, 杜彪, 周建寨, 解磊
2022, 37(3): 497-504.   doi: 10.12265/j.cjors.2021284
摘要(193) HTML全文(52) PDF(12)
摘要:
针对小口径低剖面天线的多频段、低旁瓣和高效率的需求,提出一种基于切割赋形环焦天线和非均匀有理B样条(non-uniform rational B-spline,NURBS)曲面的环焦型椭圆波束天线的综合优化设计方法. 该方法首先采用样条函数将一维口面场参数化,针对赋形切割环焦天线进行第一次快速优化设计;然后,用NURBS曲面将优化后的天线主副反射面再次参数化,引入多目标优化差分进化算法,以天线效率和第一旁瓣为优化目标,对该环焦型椭圆波束天线进行第二次优化设计. 应用该方法设计并加工了一个410 mm×720 mm的环焦椭圆波束天线,工作频率覆盖了Ku/K/Ka三个频段,天线总效率达到49%以上,第一旁瓣低于–14 dB,电压驻波比小于1.44∶1. 实测结果和全波仿真结果吻合良好,验证了本文设计方法的有效性.
一次大气波导过程天气雷达超视距海面回波分析
章晗, 王红光, 李建儒
2022, 37(3): 505-511.   doi: 10.12265/j.cjors.2021090
摘要(228) HTML全文(50) PDF(37)
摘要:
大气波导引起的反常地物回波是影响天气雷达数据质量的重要因素,本文针对大气波导对天气雷达海面回波的影响及应用,利用青岛多普勒天气雷达资料,结合探空数据对2014年7月18和19日一次大气波导过程造成的超视距海面回波进行了分析. 通过分析处理探空剖面数据,得到18日20时存在表面波导,而雷达资料显示该时刻雷达存在明显的超视距海面回波. 此次大气波导超视距过程持续约24 h,雷达超视距海面回波总体趋势是先从弱到强,再变弱直至消失,其空间分布和时间变化非常复杂. 进一步基于实测雷达回波数据,采用抛物方程和粒子群算法反演获得了水平不均匀的大气波导剖面,比较了实测回波功率和以反演剖面为输入的计算回波功率,两者之间相差较小,表明基于天气雷达回波的大气波导反演方法具有有效性.
5.835 GHz微带阵列天线的设计
朱福冉, 吴爱婷, 张鹏泉, 张忠海, 官伯然
2022, 37(3): 512-517.   doi: 10.12265/j.cjors.2021066
摘要(372) HTML全文(138) PDF(42)
摘要:
为了降低目前电子不停车收费(electronic toll collection, ETC)系统中存在的邻道干扰、跟车干扰等问题,设计了一种5.835 GHz的微带阵列天线. 首先使用对方形贴片切角的方式实现了天线的圆极化,然后通过对4个天线单元运用旋转与相位补偿的方式进行了轴比(axial ratio, AR)带宽的提升,并最终以改进后的4单元作为微带阵列天线的辐射单元. 在低旁瓣和高定向方面,本文基于道尔夫-切比雪夫幅度分布的方法进行了不等幅馈电的馈电网络设计. 通过大量的电磁仿真,最终确定了天线的最优结构,并进行了实物加工和测量. 实测结果表明,阻抗带宽为5.67~5.88 GHz,在5.7~5.9 GHz频段内,增益大于15 dB,AR小于3 dB,E面半功率波瓣宽度小于12°,实测结果与仿真结果具有较好的一致性. 该天线具有低旁瓣、圆极化、高定向的特点,为ETC系统路侧单元阵列天线提供了一种新颖的天线结构.
我国中纬地区卫星信号失锁现象初步研究
赵伟华, 张清和, 王成, 王勇, 邢赞扬
2022, 37(3): 518-525.   doi: 10.12265/j.cjors.2021076
摘要(289) HTML全文(76) PDF(28)
摘要:
利用山东威海槎山站(122.296°E,36.866°N)地面GNSS电离层电子总含量(total electron content, TEC)与闪烁接收机2018—2019年的观测数据,初步探索了我国中纬度地区卫星信号失锁现象及其可能的成因。依据定义的卫星信号失锁判定标准,结合全球电离层TEC数据,展示了典型的信号失锁现象并进一步开展事件分析及初步统计研究。结果表明:在太阳活动低年,我国中纬地区地面接收机捕获到卫星信号失锁现象,其持续时间从1 min到10 min多不等;信号失锁前经常出现信噪比下降、闪烁强度增强等现象。结合相应区域的Madrigal TEC数据,初步推断电离层的等离子体密度或TEC在时间和空间上的较快减少可导致信号失锁。本文研究揭示了我国中纬度地区卫星信号失锁现象的特点及可能的形成原因,具有一定的科学意义和应用价值。
某型电台的HEMP辐照效应试验及电磁损伤评估方法研究
卢治钢, 陈岳承, 刘树中, 崔燕舞, 王涛
2022, 37(3): 526-534.   doi: 10.12265/j.cjors.2021071
摘要(120) HTML全文(73) PDF(22)
摘要:
为检验电台类装备在高空核爆电磁脉冲(high-altitude electromagnetic pulse, HEMP)环境下的生存能力,降低系统电磁脉冲易损性评估中的不确定度,设计了系统级HEMP辐照试验方案及易损性试验评估流程,建立了基于故障树模型的电台电磁损伤评估算法. 以欧讯SG-7200型超短波电台的电磁易损性评估为例,应用电磁损伤评估算法开展威胁级辐照试验. 试验结果表明:电台在50 kV/m的辐照试验中发生跳频现象,通信故障;在故障树模型中,根据多次试验数据得到该型电台在50 kV/m的威胁级辐照试验中系统失效概率为78.83%.
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摘要:

1986年创刊,双月刊

主管单位:中国科学技术协会

主办单位:中国电子学会

主       编:董庆生

标准刊号:
ISSN 1005-0388
CN 41-1185/TN

国内邮发代号:36-260

国外发行代号:BM1942

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