相控阵多普勒测速技术研究

为测出载体对地的二维速度，常规的多普勒计程仪使用3到4个活塞型收发共用换能器形成3－4个独立的指向性波速。这往往需要进行声速补偿，才能保证得到足够的测速精度。在要求对底跟踪深度较大而不得不采用较低的工作频率时，基阵尺寸将急剧增大，不便于安装。相控阵多普勒计程仪采用一个多元平面相控阵形成4个所需的指向性波速，无需进行声速补偿。结果使基阵尺寸显著减小，因而已得到较多的应用。本文从基阵理论出发分析了这类多普勒计程仪的平面相控阵的基本设计思想。文中首先利用复合阵概念分析了等间距线列阵指向性的合成方法，在此基础上给出了相控发射的接收方案，并已经设计和制作了一个包括平面相控阵和硬件电路的试验系统。文中简要介绍了这一系统的组成，也给出了基阵实测指向性和水池测速试验的部分结构。     

暂态信号相控参量阵的研究

本文研究了暂态信号的相控参量发射阵.用所得的理论对传播衰减、方向特性及波形随距离和相控角的变化进行了数值计算,并用平板阵进行了系统的实验.理论结果与实验结果基本上取得了一致.     

含波束宽度的平面相控阵扫描空域分析

平面阵列扫描空域基本求解方法不考虑波束宽度的影响,扩大了实际扫描范围,不利于阵列设计和对目标信号的快速捕捉。针对这一弊端,在基本扫描空域求解方法的基础上引入阵列波束宽度约束。通过坐标变换、平移和三角形几何分析得到水平放置的矩形栅格平面相控阵的扫描空域求解方法和公式。实验仿真结果表明,该方法缩小了平面阵列无用扫描空域范围,便于对阵列工作空间的准确定位,对平面阵列天线的实际工程应用提供了较高的参考价值。     

相控超声激发系统的设计

针对相控阵列声涡旋中的多路相控信号的激发问题,选用波形存储和窄带滤波谐振相结合的信号发生芯片MD2134实现信号的输出和功率放大,并利用FPGA编程技术控制输出信号的相位,设计了一个相位可调的8路相控超声激发系统,达到高集成度、操控灵活、相位差可控的目标. 在设计中,用Quartus Ⅱ软件编写寄存器代码,控制信号发生电路输出带有相位差的信号,经过D/A转换和功率放大后驱动换能器形成谐振. 将同步输出的8路中心频率约为500 kHz,相位差为π/4的信号分别激励8个换能器,用示波器采集水听器所接收到的声波波形,并测量各路声波的相位差. 结果表明设计系统的集成度高,输出信号幅度和相位稳定,各路声波相位差和理论结果一致,可在相控超声系统中推广和应用.     

基于交替投影算法的宽带确定性最大似然测向

宽带测向是通信与信号处理研究领域中的重要课题,在诸多领域都有重要应用．在高斯噪声和确定性信号假定下,文中推导出宽带确定性最大似然测向算法的代价函数,然后应用交替投影算法进行优化,即可得到波达方向估计值．与相干信号子空间方法相比,该算法不需要对波达方向进行预估计,因此就避免了预估计误差对最终估计结果的影响．把该算法应用到均匀线阵上,仿真实验结果证明了该算法的有效性,在宽带测向方面具有很好的应用前景。     

基于牛顿迭代法的频不变响应阵设计

为了避免空间指向性随频率变化造成发射或接收信号失真,目标检测与分类用主动声呐常采用频不变响应阵.频域加权矢量的计算是设计频不变响应阵的关键技术.首先根据基阵对空间信号的接收模型给出频不变响应阵的定义,接着从描述基阵实际空间响应和预成空间响应之间差异的数学表达式出发,提出了频不变指数的概念,进而结合所研究问题的目标函数特性给出了利用牛顿迭代法获得实现频不变响应阵所需频域加权矢量的新算法.针对均匀线阵和圆弧阵所作的计算机仿真结果表明,新算法不但收敛速度快、计算精度高,而且不受基阵类型和阵元指向性的限制.     

应用FRFT的矢量水听器阵方位估计

采用FRFT方法研究矢量水听器阵的宽带信号多目标方位估计问题.进行了与FRFT的二维矢量水听器线阵方位估计算法相结合的理论推导与仿真实验.研究证明,采用二维矢量水听器阵可以实现全空间无模糊定向,该方法在处理多源信号时可以避免交叉项的干扰,对于宽带信号的处理,不需要进行频率搜索或频率聚焦变换就可以进行方位估计.该方法在信噪比不低于-10 dB时都具有较好的估计精度.     

光学相控阵扫描的理论研究

本文给出近场光学相控阵扫描的理论分析及计算，并得出结论：当相控阵单元规则排列并发生近场干涉时，相控单元的尺寸可取得比波长长，而且相控阵在给定的扫描方向上只有一个扫描亮点。     

相控阵超声检测计算模型的建立

以探讨相控阵超声检测计算模型的建立为目的,从相控阵超声检测原理着手,模拟相控阵超声探头声束发射和信号接收的物理过程,结合单晶片探头的声场计算模型,建立完整的相控阵超声检测的计算模型.采用该模型计算模拟一维阵列相控阵探头检测试块中横孔所得缺陷回波信号,经过相应的信号处理得到B显图,并与对比实际相控阵超声检测得到的B显结果进行对比,对比结果表明所建立的模型与实际检测结果吻合较好.该模型的建立能帮助检测人员加深对其检测过程的理解,并有助于分析检测结果.     

三种脉冲荷载作用下脆性材料层裂现象分析

介绍了三种典型脉冲荷载下的层裂现象 ,对多层层裂厚度变化趋势作出了判断 .对于矩形脉冲 ,不会有多层层裂 .对于按线性衰减的三角形脉冲 ,裂片厚度逐次相同 ;对于按指数衰减的三角形脉冲 (0 1) ,裂片厚度逐次减小 .     

线阵相干源方位估计的波束域WSF算法实验验证

波束域加权子空间拟合（ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｓｕｂｓｐａｃｅ ｆｉｔｔｉｎｇ－－ＷＳＦ）算法保留了阵元域ＷＳＦ算法最佳的目标方位估计性能,而其运算量则有所降低。本针对声呐系统中常用的线阵,通过计算机模拟实验和消声水池物理仿真实验研究了波束域ＷＳＦ算法解相干信源的性能。计算机模拟结果表明波束域ＷＳＦ算法可在低至－８ｄＢ的信噪比上分辨半常规束宽的强相关等功率信源,而水池实验则进一步表明算法可分辨不等功率     

Iterative beamforming method for the millimeter wave phased array

This paper presents an iterative beamforming method for the millimeter wave phased array. This method uses the approximate orthogonal property for the different paths in the millimeter-wave channel in the case of a large array, and obtains the path with the largest gain in the millimeter-wave channel by iteratively sending the received signal to the other side. The array responses correspond to the path with the maximum gain are used as a beamforming vector for both the transmitter and receiver. Simulation results show that the spectral efficiency obtained by this method is close to the spectral efficiency obtained by the singular value decomposition(SVD) method and has a performance promotion compared with the existing IEEE802.15.3c method. The proposed method has a fast convergence rate and convergence is generally obtained in 3 iterations.     

基于幅度加权的均匀线阵近场波束聚焦方法

为了降低相控阵列相移器和控制器的复杂度与成本,基于对阵元辐射振幅加权,提出运用函数逼近方法来计算各阵元辐射振幅．针对一维线阵,将空间辐射振幅分布设为δ(r-r₀),可计算出每个阵元辐射振幅的取值,实现阵列波束在近场r₀处会聚．举例说明了该方法的有效性．该方法容易推广到面阵和阵元辐射具有不同偏振方向的横波或纵波近场空间波束聚焦计算中．     

基于相位调整的三维超声微操纵技术

为了将超声辐射力应用到微机电系统领域,以达到对微构件进行无损、非接触遥操纵的目的,开展了三维超声辐射力场合成的理论与实验研究,提出了基于相位调整的三维超声微操纵技术.在研究单个圆形平面活塞换能器声场分布以及声场和辐射力关系的基础上,将以相同频率驱动的4个平面活塞换能器呈正四面体放置,利用声波合成原理获得三维超声驻波场,通过调整各个换能器发射信号相位之间的关系实现对微构件在空间范围内的俘获、移动、释放等操纵.实验结果表明,该技术能够有效地实现对微构件的三维操纵,具有响应速度快、定位精度高、易于控制、操纵范围广等优点     

三角形栅格波导端头有限缝隙相控阵的扫描盲区分析

采用矩量法对矩形波导端头缝隙为辐射单元的三角形排布相控阵进行了扫描盲区分析.通过单独增加E面单元数、单独增加H面单元数的方法计算各有限阵中心单元反射系数,发现三角形有限阵盲区效应随E面单元数增加变化很大,随H面单元数增加几乎不变的现象,并从阵元间耦合角度对此给出了解释.从矩量法数值计算理论出发,推导出有限阵单元方向图与中心单元反射系数间的函数关系式,发现了二者在分析盲区问题时不统一的现象,得出全阵等幅激励且反射系数相位为零(谐振)是二者统一的充分条件.     

宽带测向研究现状及展望

宽带测向是雷达与电子对抗领域的关键技术之一.由于宽带信号相对带宽大的特点,当它入射到阵列的各个传感器上,其复包络就不能假设为恒定.因此,与窄带测向相比,宽带测向不能在时域进行,处理起来也就困难得多.介绍了与宽带测向相关的基本概念,包括数学模型、影响波达方向估计结果的因素和性能参数,叙述了它的研究现状,对现有各种宽带测向算法进行了分析,指出宽带测向技术当前面临的难题,并且对其发展方向进行预测,以期推动我国在该领域的研究工作.     

5G相控阵近场多探头OTA校准

为解决1.8~6.0 GHz频段内5G相控阵的大批量、快速、高效的幅相校准,该文提出一种新型近场多探头空口幅相校准方法。该方法先用多探头阵列,从校准阵获取基准的校准参数,然后利用校准阵近/远场之间的传递函数关系,对待测阵各通道进行幅相校准。文中分析了校准误差的来源与影响,并用4×4多探头近场测量阵列,研制出了测试系统,对方法的可行性与准确性进行了实测验证。仿真与实测结果表明,幅度校准误差在±0.5 dB之内、相位校准误差在±5°之内。相比已有空口校准系统,该系统体积更小、效率更高,校准精度与远场校准基本相当,展现出对大批量小型5G相控阵进行产线快速幅相校准的能力。     

面向舰船应用的直线电机泵控制策略及振动试验研究

为了解决传统船用泵振动噪声大、流量脉动高以及控制方式单一等问题,提出了一种新型直线电机驱动柱塞泵结构.以直线电机驱动柱塞泵系统为研究对象,研究了直驱泵的恒流量工作原理,构建了不同运动曲线的数学模型,仿真分析了直线电机对于不同运动控制模式和运动曲线的动态响应特性,并经过样机试验验证了控制策略的可靠性及减振效果.试验结果表明:基于Labview的速度规划控制程序具有良好的操控特性,直线电机的速度特性满足直驱柱塞泵高频高速往复运动的要求;泵用电机以PVT运动模式下三角波和S形波速度规划运行,直线电机最大跟随误差为87.5μm和91μm,均小于Spline运动模式下的三角波和S形速度曲线,有利于减小直驱柱塞泵组合流量的脉动和系统振动;试验系统的振动幅值在径向得到了约70%的削弱,其他方向也有较好的减振效果,验证了直驱柱塞泵系统以三角波/PVT模式运行时振动响应特性较为良好,系统振动得到了较大程度的削弱.     

宽角扫描相控阵天线测量方法

提出了一种基于坐标变换技术的宽角扫描相控阵天线测量的新方法,用于解决常规平面近场测量方法难以对宽角扫描相控阵天线进行精确测量的问题.在对用于宽角扫描相控阵天线测量的坐标变换技术进行理论分析的基础上,采用计算机模拟对该测试方法进行了数值仿真,制作天线实物进行了试验验证.数值仿真结果和试验结果均表明,该方法用于宽角扫描相控阵天线的测试具有较高的准确性.     

Vibration Absorption Efficiency and Higher Branches Elimination of Variable-Stiffness Nonlinear Energy Sink

变刚度非线性能量阱的吸振效能及高分支响应抑制研究

钟锐^1,2，陈建恩^1,2*，葛为民^1,2，刘军^1,2，王肖锋^1,2

（1.天津理工大学 天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室，天津 300384；2.天津理工大学 机电工程国家级实验教学示范中心，天津 300384)

创新点说明：

非线性能量阱只能在一定输入能量范围内保持吸振效能，本文提出一种可变刚度的非线性能量阱，根据外部激励大小，合理改变其刚度可以消除高分支响应，并且可以使系统呈现强调制响应，提高吸振效能。

研究目的：

消除连接非线性能量阱的系统在大幅激励下的高分支响应，并在激励大范围变化的环境下提高非线性能量阱的吸振效能。

研究方法：

1）使用复变量-平均法推导出连接变刚度非线性能量阱的系统的慢变动力学模型

2）使用龙格-库塔法验证所推导出的近似模型的准确性。

3）使用Maple和MATLAB软件求出系统在不同幅值的简谐和冲击载荷激励下的系统响应。

研究结果：

1）简谐激励幅值增大后系统频响出现了高、低两个分支，随着激励幅值的进一步增大，高、低分支合并，使非线性能量阱接近失效。通过使用变刚度非线性能量阱，合理减小非线性能量阱的刚度可以消除高分支，降低主振子振幅。

2）在系统即将出现高分支响应之前，随着简谐激励幅值增加，系统固有频率附近的不稳定解的频带会变宽。

3）在冲击激励下，使用合理调整刚度后的变刚度非线性能量阱，相比于普通定刚度非线性能量阱，可以较大幅度提高系统的能量耗散率。

结论：

使用变刚度设计的非线性能量阱可以通过合理减小刚度来消除由外部激励幅值增大而产生的高分支响应，从而使其在更宽的输入能量变化范围内保持较高的吸振效能。值得注意的是，有利于吸振的强调制响应对应的频带加宽到一定程度后，系统会产生高分支响应，因此，应该控制非线性能量阱的刚度以使系统的强调制响应处于较窄的频带内。

关键词：非线性能量阱；吸振效能；变刚度；振动抑制；高分支