毫米波宽带太阳射电观测系统的信号平坦度补偿方法

在太阳射电观测系统中,接收机作为核心部分将天线接收到的太阳射电信号进行放大、滤波、数字化处理等操作后生成射电频谱.但接收机内部各种器件的幅频特性不一致性将导致接收机输出信号失真,这种失真在宽带信号时更加严重,使系统输出信号平坦度变差,进而影响观测系统数据的准确性.通过分析,信号不平坦主要来源于系统固定增益的不平坦度及随机噪声.针对这一问题,本文提出一种应用于毫米波宽带太阳射电观测系统的信号平坦度补偿方法.首先,将观测信号减去背景辐射噪声尝试补偿系统固定增益的不平坦度.随后,针对宽带信号利用分位图分析系统固定增益的不平坦度补偿是否完成,视不同情形进行下一步处理:(1)若分位图不符合正态分布,则需重新选取背景数据进行补偿操作直至分位图符合正态分布或超过尝试次数后丢弃这组数据;(2)若分位图符合正态分布,可认为系统固定增益的不平坦度补偿完成.最后,根据信号的方差和均值拟合得到白噪声函数积分次数与噪声抑制的关系,进而选择合适的积分次数抑制噪声以得到符合平坦度要求的补偿后信号.该模拟结果可对上位机实时数据处理算法提供参考,在高带宽内对信号的平坦度进行补偿,使接收机获取较为准确的观测数据(精细动态频谱).该方法已应用于山东大学槎山太阳射电观测站的35～40 GHz宽频太阳射电观测系统,并得到了较好的补偿效果.     

前向散射雷达地表杂波物理建模及频谱扩展分析

文中通过对前向散射雷达杂波实测数据的处理,观测到前向散射雷达杂波谱的扩展对风速和载频极不敏感这一特殊现象.首次引入钟摆模型对前向散射雷达植被杂波进行物理建模和形成机理的分析,并给出了定量的理论分析结果,可很好地解释前向散射雷达杂波谱扩展的特殊现象.钟摆模型假设下分析得到的结果与实测数据处理结果非常一致,充分地验证了这一模型的合理性,揭示了前向散射雷达杂波谱的形成规律.并且基于杂波谱扩展对载频和风速的稳定性特征,可得到最优的杂波抑制带宽,有效地进行杂波抑制,为运动目标的检测和精确参数估计奠定了基础.     

高阶效应对超短光孤子脉冲传输特性的影响及其抑制方法

采用时域和频域复合控制方法,建立了光脉冲的传输方程,研究了高阶效应条件下飞秒和短皮秒光孤子系统中抑制孤子自频移(SSFS)和定时抖动影响的可行性和有效性采用变分法分析了高速啁啾高斯准孤子在高阶色散、自陡峭效应和自频移条件下的传输演化特性针对高阶效应对孤子传输特性的影响和产生定时抖动机理,采用时频复合控制方法,消除了自陡峭和受激Raman散射效应的影响,稳定了孤子中心频率,有效抑制了由高阶效应产生的系统定时抖动.设计了160Gb/s长距离高速孤子传输系统并对传输特性进行了数值模拟,所得结果与理论分析完全一致,结果对高速长距离通信系统的设计有指导意义.     

基于化学反应优化的多无人机地面移动目标协同观测航迹规划

随着无人机技术的飞跃式发展,利用无人机跟踪地面目标在军事和民用领域得到了广泛的应用.鉴于目标所在环境以及运动状态的不确定性,单一无人机已不能胜任日益复杂的应用环境,利用多无人机协同跟踪目标成为改善目标跟踪任务鲁棒性的一种有效手段.本文针对多无人机协同跟踪观测航路难以求解的特点,提出了一种基于进化算法的近似求解方法,以解决多无人机对被跟踪目标观测航路的时空优化问题.本文通过分析与机身以固定安装角连接的传感器在地面有效观测区域模型,提出了包括目标观测时间和航路安全在内的控制方案,并采用了一种基于化学反应优化(chemical reaction optimization,CRO)理论框架的启发式求解策略,规划无人机的最优协同观测航路.仿真的结果表明,本文所提出的方法能够实现多无人机协同跟踪地面移动目标的要求,在满足无人机性能约束和飞行安全的情况下,具有更长的对目标监测时间.     

利用工程散射片测量太阳光谱观测设备的平场

针对大口径小视场的太阳光谱观测设备,提出一套基于工程散射片的平场测量装置和方法.根据太阳观测的视场角以及太阳光谱观测设备的参数,确定了采用散射角为1°、强度分布为平顶的工程散射片.模拟了日面中心宁静区189″×189″观测视场内太阳光经过工程散射片后,在焦面处获得散射光场的均匀性,结果表明其均匀度为99.24%,接近理想的均匀面光源.利用国家天文台怀柔太阳观测基地的太阳光谱观测系统开展了平场测量,将工程散射片置于焦面附近,可有效缩小工程散射片的口径,同时利用小角度转动光栅有限位置的方法测量了该光谱观测设备的平场,包括狭缝和光谱方向的不均匀性.实测结果表明,平场改正后狭缝方向的大尺度强度变化和日震磁像仪(HMI)相同视场的强度接近,光谱方向高频的探测器脏点得到有效校正,通过交叉定标和自定标验证了平场测量的有效性.     

太阳射电观测系统多通道变频电路一致性补偿方法与实现

地基太阳射电观测系统观测信号频带较宽,覆盖十米至毫米波段.限于ADC采样率和输入带宽,通常需要通过变频电路将射电信号分段变频后再进行模数转换.由于模拟器件的差异性,多通道变频电路存在幅相不一致的情况,造成通道间幅相误差,影响接收机测量精度,对极化测量影响尤为严重.本文通过测量太阳射电观测系统中变频电路各通道之间的幅频和相频偏差,计算出每个频点的补偿系数,存入太阳射电观测系统数字接收机的FPGA中.观测时,在FPGA中将ADC输入的数据进行FFT处理,每个通道各频点数据乘以相应补偿系数,削弱通道间不一致性,提升数据质量.选取山东大学槎山太阳射电观测站150～500 MHz太阳射电观测系统进行实验验证,经补偿后通道间幅度差降低至0.5 dBm以下,一些频点差值为0 dBm,相位一致性得到显著提升.实际应用表明,本方法为提升宽频带变频电路一致性提供了解决方案,为低频对周天线阵数字波束合成、同频段多天线相干测量的多通道一致性校正提供了有效参考.     

表面凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征研究

表面凹坑阵列结构具有良好的陷光特性,能有效地降低电池表面的光能反射和延长光在电池吸收层中的光程,因此在光伏领域,特别是在硅薄膜太阳能电池中具有良好的应用前景.本文采用理论分析与实验验证相结合的方法,对凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征进行研究,并讨论了凹坑阵列结构的衍射效应对硅薄膜太阳能电池吸收特性的影响.研究结果发现,凹坑阵列陷光结构的深宽比越大,其衍射效率越好,越有利于光的均匀散射,越有利于电池对入射光的吸收和电池效率的提升.另外,凹坑阵列结构的衍射特性还与入射波的波长有关,入射波长越长,其衍射效果越好.本研究对于高效表面陷光阵列的设计以及高效衍射效率光栅的制备具有重要的参考价值.     

空间智能桁架的传感器作动器位置优化和分散化自适应模糊振动控制

提出了作动器和传感器配置优化和分散化自适应控制方法以解决桁架系统的振动控制问题.建立了主动杆的机电耦合方程,提出了不依赖于控制方法的优化准则,采用遗传算法得到了作动器和传感器在大型空间智能桁架系统中的最优位置.而且设计了一种分散化自适应模糊振动控制器来控制大型空间智能桁架系统.推导了大型空间智能桁架系统考虑剩余模态影响的动力学方程,利用滑模控制方法改进了自适应模糊控制方案,并以T字型桁架结构为例进行了验证性实验.实验结果表明,遗传算法对于作动器和传感器的配置优化是可靠的、有效的,自适应模糊控制器能有效地抑制大型空间智能桁架系统的振动,且没有控制溢出和观测溢出问题.     

一种新的顺序数据同化方法

将Monte Carlo方法和H∞滤波技术结合起来,提出了一种适用于非线性系统在不知道观测资料误差统计特性情况下的Monte Carlo H∞滤波顺序数据同化新方法.分别利用Lorenz（1963）系统和浅水方程组对在实际应用中遇到的观测误差时间相关和空间相关问题与集合Kalman滤波同化方法进行了对比数值试验.在观测误差时间或者空间相关且不知道相关统计特性的情况下,新方法的同化结果比集合Kalman滤波方法的更好.结果表明Monte Carlo H∞滤波同化方法对非线性系统是有效和适用的,它不依赖于观测资料的误差估计,对观测误差统计特性的变化具有较好的鲁棒性.另外,新方法中用搜索法寻找到的最小水平因子是随流型演变的.     

线性菲涅尔系统空管预热模型分析及变占空比跟随控制应用研究

通过分析影响线性菲涅尔集热效率的关键因素,建立线性菲涅尔系统光热效率模型,基于该模型提出了一种适用于线性菲涅尔系统空管预热的变占空比跟随控制方法.通过实时数据计算每个预热周期内系统的聚光占空比,实现线性菲涅尔系统恒速率预热控制.通过MATLAB模拟不同时刻及不同辐照(DNI)下预热过程系统聚焦占空比,并将该方法应用于敦煌熔盐菲涅尔示范电站空管预热.实验结果表明,该控制方法能够很好地实现线性菲涅尔系统集热管空管恒速率预热控制.与常规定占空比预热方式相比,在满足真空集热管温升速率要求的前提下,该方法能够有效缩短系统整体预热时间,实现最大效率太阳资源利用.     

窄通道内导线绝缘层着火先期特性的研究

利用窄通道提供的弱浮力环境,研究了通道高度对导线绝缘层及其附近流场的温升特性、导线绝缘层着火前期的烟气流动规律和着火延迟时间等导线绝缘层着火先期特性的影响.实验结果表明10～15mm窄通道内的实验可以有效地抑制浮力作用,提供了一种模拟微重力环境下导线绝缘层着火先期特性的有效方法.     

一种面向下垫面不均一的森林碳通量监测方法

特定时刻内通量塔观测结果只能代表其上风向下垫面贡献区域的CO2通量值,当下垫面不均一时,通量塔观测结果是不能真实反映观测区域实际碳通量的.如何将通量观测塔的空间代表性进行有效的由点到面的扩展,亟需一种能够对观测区域采取多点同步精确观测的可行方法.完全的利用现有的无线传感器网络(WSN)技术虽然具有实时多点同步观测的优势,但精度不能满足通量观测的要求.本研究将利用通量塔观测数据对无线传感器接收数据进行校正,通过校正后数据计算观测区域内的通量值,力求解决下垫面不均一时通量塔观测结果不具代表性的问题.根据涡度相关技术和FSAM模型(fux-source area model),采用仿真数据分析方法,研究结果表明通过通量塔观测数据对WSN进行校正能够提高WSN观测精度;利用WSN多点同步监测的优势能够很好地解决下垫面不均一情景下通量塔观测结果不具代表性的问题.WSN结合通量塔进行陆地生态系统碳通量观测上具有很大的应用前景.     

微波成像谱变形旁瓣抑制方法

由于微波成像系统获取的二维空间频谱通常是有限支撑区分布的,成像时存在高旁瓣问题,需要进行旁瓣抑制以得到高质量图像.以探寻微波成像中的旁瓣抑制新方法为目的,论文首先介绍了Fourier成像技术的基本原理,而后推导了谱域矩形支撑区下的点扩展函数.探讨了频谱支撑区变形与图像旁瓣走向变化的关系,基于谱变形产生旁瓣走向差异信息以实现主旁瓣相互分离的思想,提出了一种不展宽主瓣同时又可以有效抑制旁瓣的全新方法,并对其性能进行了详尽分析.最后通过典型微波成像系统(合成孔径雷达、逆合成孔径雷达及实孔径雷达)的仿真与实测数据处理完成了文中所提方法的基本效能评估.     

基于 ZigBee的新型无线楼层呼叫系统设计

针对当前建筑工地所使用施工升降机的应用要求,利用新兴的 ZigBee无线技术设计了一种新型楼层呼叫系统.该系统使用 CC2430无线单片机,并对2.4GHz高频天线和 PCB制板进行了良好的设计,可应用于恶劣的工业环境中,同时减少了布线带来的困难.通过现场试验,得出该无线楼层呼叫系统能有效实现复杂网络组建和数据通信功能,具有安装方便等特点     

中内磁层低能电子通量分布模式

本文根据磁层粒子动力学的基本原理,假定中内磁层的带电粒子为绝热运动,并通过波-粒相互作用,投掷角为各向同性分布,在随时间变化的电磁场中跟踪粒子弹跳平均的对流运动,包括电场漂移、磁场梯度和曲率漂移,同时考虑电子沉降造成的损失,建立了中内磁层低能电子通量分布模式.利用该模式,本文模拟了磁暴期间中内磁层低能电子通量的变化过程,并与卫星观测数据进行了比较.结果表明,模式计算结果与卫星观测数据的变化趋势吻合,对数通量相对于卫星观测结果的均方根（rsm）误差在0.5～1.0.     

基于并行离散事件模拟的大规模P2P系统行为预测

P2P应用在当今的互联网中占有了越来越重要的地位.由于这类系统往往由数千至数百万台计算机组成,没有一个大规模分布式系统模拟器是很难预测其行为的.文中尝试通过建立一个并行模拟器AegeanSim来预测大规模P2P系统的行为,该模拟器提供这类系统在高性能服务器集群上的的并行离散事件模拟.我们将P2P应用程序执行抽象成一个具体的事件模型,然后在一个集群上并行这些事件,从而不但扩展了模拟规模而且大大提高了模拟效率.文中还提出了一种提高性能的单步同步方法,并为研究人员设计了一个事件回调接口,使得在保持模拟器独立性的同时很容易地执行应用程序逻辑.用AegeanSim预测了一个典型的P2P系统:BitTorrent.比较了模拟的BT行为和目前BT相关的研究,证实了它的效率、可扩展性和准确性.文中还尝试预测BT系统受到各种人为攻击后的行为,得到一些合理的结果:(1)因为苛刻的攻击时间要求,Tracker隔离很难起作用;(2)限制BT的带宽可能是控制它的一种有效的方法.     

遥感信息质量提升的源端方法及其地学-光电参量关联物理基础

遥感信息质量提升是高分辨率遥感定量化发展的基础和追求目标.本文提出了一种从成像系统源端提升遥感信息质量的新方法,实现了地学-光电参量的相互转换,通过连续调整成像传感器光电参量使得地物观测影像误差最小化,即提升遥感信息质量.具体是通过外场定标实验获得的影像DN值,利用地物L的校正模型DN=kL+g,调整光电参量使得真实拟合系数k逼近1和偏差g逼近0,此时影像DN值接近地物真值L.进一步地,当k偏离1, g偏离0时,地物观测误差增大,仪器退化.然后根据光电参量分解方程可得到仪器退化的具体部件,得以跟踪仪器性能并进行改进.以此建立的地学-光电参量转换遥感成像载荷品质度量、研发新机制,建立地表参量与成像系统光电参量有效关联,从光电成像系统源头破解遥感成像误差难以等效度量的难题.理论和实验证明其有效可行.     

三掺杂化学计量比钽酸锂晶体的非挥发光存储性能

采用顶部籽晶助熔剂法生长了三掺杂近化学计量比Mg:Fe:Mn:Li Ta O3晶体,通过红外吸收光谱和居里温度研究了晶体缺陷结构.以蓝色激光为光源,获得了优异的光折变性质;采用多波长技术,研究了单晶的非挥发全息存储性能,得到了较高的固定衍射效率和灵敏度.蓝光具有较高能量,足以激发深(Mn)浅(Fe)陷阱中心的空穴,这大大提高了蓝光光折变性质和非挥发存储能力.在蓝色激光下,Mg2+不再是光损伤离子,而可以提高光折变特性.采用476 nm激光记录光栅,633 nm激光读取,在2.0 mol%Mg2+掺杂的晶体中获得了62.5%的固定衍射效率,非挥发全息存储的灵敏度提高到0.335 cm/J.     

STPV系统中辐射吸收器热分析及优化

对太阳能热光伏系统中的能量吸收装置进行了数值模拟，研究了太阳光不平行度对其聚光性能的影响，对不同入口条件下辐射器空腔内的流场分布及壁面温度进行了对比，发现在开口系统中，空气自然对流对辐射器壁温有很大影响，从开口处泄漏的空气会带走壁面及辐射器空腔中的热量，使得壁面温度降低，从而减小了电池的输出功率．最后提出在辐射器开口处布置一种优化设计的选择性薄膜，可减少辐射损失，有效提高辐射器温度及系统输出电功率．     

基于光学衍射的纳米尺度深度重建

传统的离焦深度恢复方法（depth from defocus,DFD）在计算离焦图像的模糊程度时,均是基于几何光学成像原理,并没有考虑光波衍射对图像模糊的影响.然而,衍射现象是波的基本特性,以针孔成像为基础的光学成像系统中必然存在光波衍射.本文基于光学衍射和图像模糊机理,提出了一种精确的单目视觉全局景物3D深度信息获取方法.首先,详细分析了光学成像系统中的菲涅耳衍射机理,建立了衍射模糊与景物深度之间的关系曲线;然后,采用曲线拟合的方式建立了衍射模糊的模糊程度（点扩散函数扩散程度）与景物深度的数学关系模型,结合热辐射和图像相对模糊原理,构建了衍射模糊热辐射方程组,并把衍射模糊深度获取问题转换成一个深度信息动态优化问题.最后,使用标准的纳米栅格模板验证了衍射模糊深度重建算法在纳米尺度相对深度和绝对深度重建中的有效性和精确性.