超声相控阵系统中高精度相控发射的实现

相控阵超声发射波束形成中的关键环节是对各阵元的发射相位延时进行精确控制。提出了一种新颖的高精度相控发射电路,它采用波形激励方式,通过D/A转换器将任意复杂的数字波形转换成模拟信号,经放大驱动后激励各阵元发射超声。以波形激励为基础,采用D/A输出时钟和直接数字频率合成(directdigitalsynthesis,DDS)技术相结合的方法实现了高精度的发射相控延时。基于D/A输出时钟的相控发射粗延时分辨率为15ns。基于DDS的相控发射细延时可达到1.41°的相位分辨率,对应3.096MHz发射信号下1.25ns的相位延时。实验表明,该相控发射电路能够达到很高的相控发射精度。     

球面超声相控阵列及其相位与幅度调控精度

研究了一种不等间距排列的球面相控阵列及其相位和幅度调控量化误差对声场的影响,结果表明,不等间距排列大大降低了栅瓣,同时其相位与幅度调控精度不会改变焦点声场的主瓣和栅瓣的益,但对主瓣由于表明显的影响,4位的调相和调幅精度可以较好地满足设计要求。     

基于过程控制的分离式多通道超声探伤方案

通过对制约超声探伤在过程控制应用中的因素分析，提出了分离式多通道探伤方案，采用RS-485通信方式实现各通道与主机联系；单通道采用闸门，连续A/D和单点A/D等技术，有效地减少采样时间和噪声影响，提高了探伤的准确性，保证了系统的可靠性；实践结果证明该方案的有效性和可行性。     

奥氏体不锈钢焊缝的相控阵超声检测

由于奥氏体不锈钢焊缝晶粒组织粗大以及结构的各向异性导致超声声束的散射和畸变,其超声检测比较困难。本文分析了奥氏体不锈钢焊缝超声检测特性,在奥氏体不锈钢焊缝试块上进行了常规超声和相控阵超声检测试验。研究结果表明:对于10 mm深焊缝缺陷,相控阵超声检测信噪比可达14 dB,而常规超声技术仅获得6 dB的信噪比,对于30 mm深内部缺陷,均未取得较好的效果。     

全相位算法在相控阵天线幅相校正测量中的应用

相控阵天线波束的精确指向对各阵元通道幅相一致性提出了很高的要求,在实际的相控阵天线系统中,各阵元通道幅度和相位不可能完全保持一致,需要对阵列通道幅相误差进行实时地监测和校正。阵列单元校正的本质是对通道幅相误差的精确测量或估计,在现有幅相测量方法的基础上,提出一种全相位时移相位差算法。该算法需对存在时移关系的两输入序列分别进行全相位FFT,直接取主谱线的相位值无需校正即可得到输入信号的中间点相位信息,利用两序列主谱线的相位差求解信号的幅度值。由于全相位FFT具有"相位不变性",此方法能够很好地抑制频谱泄漏。仿真结果表明,该方法可有效避免第一类相位差法在不同步采样时误差较大的情形,测量结果明显优于第一类相位差法。     

基于相位交织的相控阵雷达通道幅相误差在线监测和校正方法

针对相控阵雷达天线通道间存在幅度和相位误差,使得天线系统性能恶化的问题,该文采用一种相位交织算法实时提取一维相控阵雷达天线阵元幅度相位值,实现了天线性能在线监测和校正;并利用提取的阵元幅相信息形成方向图,根据波瓣统计特征,对天线性能进行评估。仿真和试验数据验证了该文方法是有效可行的。     

基于二维阵列的相控阵超声三维成像实现

基于二维阵列的三维成像在实现上具有阵元多、通道数多、系统复杂、回波信号弱等困难。从阵列探头的设计着手,分析了时间空间信号在离散有限长窗函数下的行为特点,推导出阵列探头设计的一般规则;在此基础上,利用脉冲回波场理论,通过计算机模拟,设计了8×8二维阵列探头,并利用该阵列实现了相控阵超声三维体数据的扫查和显示。实验表明,该系统和阵列探头具有良好的性能,扫查所得人工缺陷的三维超声图像提供了很好的轮廓、走向等信息。     

油井超声互相关流量测量方法

提出了一种用超声互相关测量油井流量的方法,设计了专用超声传感器和互相关器,试验结果证明,用该方法测量油井流量是可行的,但在获得工业应用之前要解决一些实际问题。     

塔康相控阵天线相位校准算法

由于天线要形成旋转的9瓣心脏形方向图,工作中必须对控制天线辐射信号的移相器相位进行实时控制,而移相器的初始相位决定了天线方向图形成的准确性,因此塔康相控阵天线必须进行相位校准后才能正常工作.在对塔康相控阵天线方向图形成原理和天线相位校准方法进行分析的基础上,运用傅里叶变换理论和矢量叠加原理,提出了一种基于矢量叠加的相位校准算法.通过该算法可减少运算量,在保证相位校准精度的前提下,提高了相位校准速度,降低了对硬件平台的要求.实验表明:该算法合理有效、相位校准速度快、相位计算精度高,在塔康相控阵天线中得到了成功应用.     

低信噪比的空间谱估计通道幅相误差校正算法

针对低信噪比情况下空间谱估计算法性能下降的问题,建立了低信噪比的阵列误差模型.该模型不仅考虑了通道幅相误差对接收信号的影响,还考虑了它对接收机通道噪声的影响.利用该模型提出了一种通道幅相误差校正算法,该算法结合阵列接收数据自相关矩阵的特征值分解和迭代方法,可以在低信噪比情况下准确求得阵列通道幅相误差,使得高分辨率的空间谱估计算法能够很好地应用于毫米波热辐射阵列接收系统.最后通过仿真和实验验证了所建立的阵列误差模型和算法的正确性和有效性.     

基于Cortex-M4的超声相控阵探测系统的设计

设计了一种以Cortex-M4微控制器STM32F407为核心,采用超声相控阵技术对障碍物进行探测的系统。实验结果表明,该系统聚焦探测区域的实际声场强度大于常规的超声波技术,声波能量更为集中。系统的探测范围在0.3~5.5 m,探测精度±1 cm,稳定性好,准确方便。     

基于超声相控阵平面波检测的金属指纹标签识别系统

重要物品被伪造替换将造成重大损失. 文章提出了超声指纹标签的概念,利用超声相控阵平面波检测采集每个金属材料独有的超声回波,将其保存为指纹标签,与形状材料完全一致的仿制件混淆后,利用指纹标签识别算法准确识别出目标物体. 结果表明,超声相控阵识别系统可以稳定提取金属样品的超声信号,快速计算其超声指纹标签,并准确完成目标样品的识别,为贵重物品的保护和识别提供了新的方法.     

光折变掺铜钾钠铌酸锶钡晶体中双波耦合的信噪比研究

测量了在不同实验设置下光折变掺铜钾钠铌酸锶钡晶体 (Cu:KNSBN) 中双波耦合的能量耦合系数ξ, 并从耦合光波强度随时间变化的实验数据中计算了双波耦合信号光的信噪比(SNR).对比双波耦合能量系数ξ和信号光的信噪比(SNR),结果表明与理论预计的一样,随着信噪比的提高双波耦合能量系数ξ增大.这是因为设计的实验条件大大地降低了晶体内反射光对立体折射率光栅的影响.     

基于反正切变换的相控阵天线相位校准方法

初始相位校准是影响相控阵天线工作性能的关键环节之一,为实现无人机微波着陆引导设备对飞行器的精确引导,需要对其相控阵扫描天线各阵元的初始相位误差进行精确估计与补偿.针对这一问题,提出一种相控阵天线初始相位校准方法.该方法在固定角度测量随阵元移相器相移值改变而变化的合成信号功率值,通过反正切变换建立初始相位误差与测得功率值的关系.对曲线拟合法、旋转矢量法以及反正切变换法的仿真及对比分析表明,反正切变换法的相位校准精度优于其他2种方法,并且工作时间缩短,从而验证了反正切变换法的可行性.     

超声平测法检测钢筋混凝土结构裂缝深度

已有的理论和试验研究主要解决的是裂缝的宽度检测,裂缝深度检测技术仍然是当今最热门的研究课题。文章介绍了超声平测法检测钢筋混凝土结构裂缝深度的基本原理,在此基础上推导了超声波在经过钢筋混凝土中的传播速度计算式;并验证了计算公式和试验原理的可行性;最后讨论了该检测方法的适用范围。     

风廓线雷达有源相控阵天线的设计与实现

为了在气象雷达设计中使有源相控阵天线的性能与成本最优化,采用400个交叉极化半波振子作为天线辐射单元,提高了天线的效率和可靠性,获得了低副瓣天线性能.采用20个发/收模块组成的固态有源阵,减少了内部发热,可以采用自然风冷,降低了对发射机散热系统的要求;采用40个一分二十功率分配器和一个功率合成器,减少了馈电网络的传输损耗.结果表明,设计出的有源相控阵天线满足了风廓线雷达的总体要求.     

相控阵天线阵面通道故障数量预测方法

为预测定期维修条件下相控阵雷达天线阵面通道故障数量,提出一种改进的GM(1,1)方法。分析了传统GM(1,1)方法在预测天线阵面通道故障数量时存在的问题,针对天线阵面通道故障历史数据的波动性,通过滑动平均法对数据进行预处理,改善了原始数据用于灰色预测的适应性;针对固定背景值不能反映数据波动规律的问题,通过引入自适应算子对背景值进行重构;针对预测过程中的数据不便更新问题,引入新陈代谢方法对模型的初始数据进行更新。建立了改进GM(1,1)模型,给出了具体的计算步骤,并通过实例仿真与算法比较,验证了所提预测方法的有效性。