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.     

相控阵多址系统中通道间群时延不一致性分析

首先从数学公式分析了多用户相控阵通信系统的通道时延将会引起调制数据过零点出现偏移;再针对多通道时延不一致的情况,通过理论和仿真分析发现,如果空分处理前不进行通道间时延均衡而直接进行数字波束形成处理,会使得输出信号失真,系统误码性能恶化.     

异步旋转扫描式综合孔径干涉成像方法

综合孔径干涉成像技术在光学、射电天文学和微波遥感等领域都有很深的应用背景,随着应用需求的增长,其面临的一个主要障碍是系统结构过于复杂,这尤其不利于星载应用.为解决此问题,提出了一种异步旋转扫描分时采样成像方法,即采用两组子孔径阵绕同一中心以不同的转速进行异步旋转扫描.这种方式既可以得到较均匀的扫描轨迹,又可以自由灵活地实现系统复杂度和时间分辨率之间的平衡转换,从而可以在牺牲时间分辨率的情况下进一步稀疏子孔径阵列,以至于特定情况下简化到只需要两个子孔径.对异步旋转扫描的基本规律和设计方法进行了研究,并利用Gridding算法对其螺旋采样数据进行成像处理,最后针对地球同步轨道对地观测和太阳极轨射电天文观测两种潜在应用背景进行成像仿真,验证了此方法的实际可行性和有效性.     

应用GNSS TEC技术观测行星际激波对等离子体层的压缩

2015年3月17日一个强太阳风激波到达地球,同时地面GPS接收机网络观测到TEC的突然变化,在Hao等人(2017)的工作中把TEC变化初步归因于激波对向阳面磁层的压缩,本文进一步分析北斗接收机和更高时间分辨率的GPS接收机的观测,并推断等离子体沿垂直地磁场磁力线的方向朝向地球运动,会在低纬赤道面附近形成一个等离子体汇聚的区域,所有穿过该区域的GPS和北斗卫星信号都会观测到TEC的变化.此外,本文考察了多个LEO卫星上搭载的GPS接收机观测,没有发现相关的TEC扰动,原因可能是事件发生的瞬间LEO卫星没有处于最佳的观测位置.通过考察上述多种观测数据,我们认为GNSS TEC技术可用于对激波压缩磁层过程的遥感观测,未来有望成为卫星实地探测技术的有效补充.     

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.     

HSDPA系统中的Turbo迭代均衡

为了提高第三代移动通信系统增强技术HSDPA的性能, 提出了一种Turbo迭代码片均衡接收机结构. 该接收机主要由码片均衡器, 软入软出（SISO）的多码道检测器与Turbo解码器构成. 码片均衡器对信道进行均衡参与第一次迭代, 其后的每次迭代中, 检测器输出的外信息作为解码器输入的先验信息, 而解码器输出的外信息则作为检测器输入的先验信息. 计算机仿真表明Turbo迭代均衡接收机性能明显优于传统的接收机.     

Ⅲ型太阳射电爆发精细结构的观测研究

Ⅲ型太阳射电爆发是一种瞬时的太阳射电辐射增强现象,在动态频谱上常常表现为由高频向低频快速漂移的宽带射电信号;为能量电子沿磁力线从日冕向外传播过程中激发的等离子体辐射,辐射的基频频率接近当地等离子体频率.某些Ⅲ型暴具有特殊的形态或精细结构,包括J,U和N型暴,反向Ⅲ型暴和Ⅲ型暴对,Ⅲb型暴,以及Ⅲ-L型暴.这些精细结构可...     

信源数目未知和动态变化时的盲信号分离

研究源信号数目未知与／或动态变化情况下的盲信号分离问题．首先证明若混合矩阵满列秩（观测信号的数目m不小于源信号的数目n），则互信息是盲信号分离的对比函数；在互信息的全局极小值点即分离点处，盲信号分离系统的输出除了零分量外，其他非零分量；黾希望提取的源信号．其次，利用混合矩阵的转置和m个观测信号向量构成的矩阵以概率1具有相同的零空间这一性质，只需少量观测样本就可以估计源信号的数目n，进而检测其动态变化情况．源信号数目未知且动态变化的盲信号分离计算机仿真验证了所提出理论和算法的有效性。     

磁暴时ULF波多卫星联合观测研究

利用Cluster C1,GOES10,12和Polar四颗卫星的观测数据,研究了在2003年10月31日21：00～23：00 UT磁暴恢复相期间,地球磁层内大尺度ULF波的全球分布特征.数据分析结果表明,位于磁层不同区域的卫星观测到的ULF波的幅度、周期等性质差别很大.对ULF波幅度的全球分布来说,ClusterC1观测到的环向模最强,这可以解释为Cluster C1所在区域内发生了磁力线共振：空腔共振的压缩波模将能量耦合传递给磁力线共振的剪切阿尔芬波,从而观测到了到的很强的环向模.对ULF波周期的全球分布来说,ClusterC1观测到的波的频谱峰值周期最短,同步轨道高度的GOES卫星观测到的峰值周期较长,而位于更远处的Polar卫星观测到的峰值周期最长.Cluster C1在L=11.7～5.3范围内观测到环向模的周期几乎相同.GOES10和Cluster C1的三种波模的平方小波相关分析表明磁力线共振区域在向日面磁层至少扩展了四个地方时的宽度范围.Polar卫星观测的环向模是驻波,而极向模是行波,这可能是开放的磁尾波导模作用的结果.由于在时段内的太阳风速度很高而动压变化不明显,因此推测观测到的ULF波是高速太阳风在磁层顶激发的Kelvin-Helmholtz不稳定性激发的.     

用于光通信与互连、集成差分光电探测器的标准CMOS全差分跨阻放大器

基于标准CMOS技术,提出和研究了一种用于光通信与光互连、集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器(TIA).为实现全差分特性,提出了一种新型全差分光电探测器,其作用是将入射光信号转换成一对全差分光生电流信号,并保证电路结构和模型的全差分对称性.理论分析和仿真结果均表明:与常规的、集成光电探测器的差分跨阻放大器相比,该全差分跨阻放大器的带宽更高,灵敏度也同时被提高一倍.基于该集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器,采用特许3.3V,0.35μm标准CMOS工艺设计和制造了一种单片全差分光电集成接收机.其跨阻增益为98.75dBΩ,从1Hz至-3dB频率点间的等效输入积分噪声电流为0.334μA.该光接收机采用了单一的3.3V电源;跨阻放大器与限幅放大器的总功耗为100mW;50Ω输出缓冲器的功耗为138mW.对于850nm的入射光、-12.2dBm的峰峰光功率和231–1位伪随机二进制序列输入信号,该光接收机达到了1.1GHz的3dB带宽和1.6Gbit/s的数据率.     

FFH/MFSK噪声归一化合并接收机在部分频带干扰Rayleigh衰落信道下的性能分析

快速跳频系统能减少干扰对系统性能带来的性能损伤.文中分析了快速跳频M元频移键控(FFH/MFSK)噪声归一化接收机在部分频带噪声干扰非频率选择性Rayleigh信道下的性能.不同于以往的研究结果,利用数值计算的方法来近似计算误比特率,文中采用复变函数的相关理论,给出了误比特率的闭合表达式.最后对系统性能进行了仿真,仿真结果与理论分析结果完全一致;系统性能不会随着分集度的不继增大而持续变好,而是存在一个最佳分集度;最佳分集度的大小随着信道条件的变化而不同;增大系统的调制阶数会提高系统性能.     

基于VLBI站接收的火星探测器信号研究行星际闪烁

利用VLBI单站对欧洲火星快车探测器(MEX)的太阳掩星过程进行观测,记录了太阳偏距(太阳中心到信号传播路径的垂直距离)在11 R⊙~160 R⊙范围内的MEX发射的X波段主载波信号,并通过VLBI宽带记录终端,提取了太阳风湍动导致的相位闪烁信息及相位闪烁功率谱,通过谱分析,测量了太阳风空间折射谱指数、折射结构常数与相位闪烁指数,探讨了利用相位闪烁指数反演沿视线方向的总电子含量(TEC)的可行性,分析表明,近太阳区域的相位闪烁显著强于远太阳区域;在3 mHz~0.3 Hz范围内,相位闪烁功率谱呈幂律分布,太阳风空间折射谱指数为-3.3±0.25,与Kolmogorov理论一致,且谱指数与太阳偏距无相关;表明在11 R⊙~160R⊙范围内,Kolmogorov理论可用于解释太阳风湍动及结构,太阳风折射结构常数与R近似满足~R~(-1.98±0.27)的关系,表明近太阳区域湍动强于远太阳区,利用相位闪烁指数获得的TEC与太阳活跃与平静期间模型计算值的变化趋势一致,试验表明,基于VLBI测站的多普勒测量及行星际闪烁研究可用于我国未来火星探测器的太阳掩星观测.     

随机非线性系统的最小阶状态观测器及输出反馈镇定控制设计

对一类具有不可观测状态、未建模动态特性和随机干扰的单输入多输出随机非线性系统, 给出了最小阶状态观测器和输出反馈镇定控制器的设计方法. 基于所设计的最小阶状态观测器, 给出了系统全部状态的估计, 分析了状态估计误差的收敛性. 进一步, 结合Back-Stepping法, 构造性地设计出了输出反馈镇定控制, 给出了闭环系统全局渐近稳定和概率意义下有界稳定的充分条件.     

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.     

群时延和放大器非线性对TDRSS系统误码性能的影响

为研究群时延失真和行波管放大器(TWTA)非线性两者对TDRS系统误码性能影响的关系,首先介绍了群时延和TWTA非线性的概念以及对应的数学推导;然后使用MATLAB/SIMULINK仿真软件包搭建基于TDRS系统的群时延失真和TWTA非线性特性的联合仿真模型;通过对QPSK调制信号在该模型下的仿真分析,得出了群时延失真和TWTA非线性特性对TDRS系统误码性能的影响是不相关的关系。     

内掩式日冕仪衍射杂散光抑制方法

日冕仪是一种对太阳大气层进行观测的望远镜系统,衍射杂光是系统中除太阳辐射之外最强的杂散光源,必须对其进行有效抑制.本文针对一台内掩式日冕仪,结合光线追迹和Gabor变换两种方式模拟衍射杂光在系统内的传输特性,得到衍射杂光的聚焦平面及其光强分布,并由此确定Lyot光阑的过遮拦比例为6%.在千级洁净暗室内,利用模拟太阳光源对Lyot光阑安装前后系统的杂散光水平进行检测.实验结果表明,该Loyt光阑安装后像面处的杂光强度下降约2个数量级,衍射杂光得到有效抑制.衍射杂光消除之后,日冕仪的观测能力将得到显著提高.     

包含有界切换增益的空间惯性传感器输出调节积分模型参考自适应控制

基于输出调节的多变量模型参考自适应控制(model reference adaptive control, MRAC)用于解决系统状态不可直接获取时,多变量系统向参考系统的稳定输出跟踪问题.在空间引力波探测航天器内部惯性传感器静电悬浮控制中,考虑到其作为航天器平台惯性基准的稳定需求,双质量块动力学中存在的不连续干扰影响,以及应对不同工作模式的瞬态切换,提出一种基于积分输出调节MRAC的静电悬浮控制方案,引入有界的切换自适应校正增益及自适应积分修正项,用于系统不连续情况下的抗输入饱和、瞬态抑制及惯性传感器非敏感轴各自由度向参考状态的稳定逼近.基于Filippov集与广义梯度的Lyapunov分析验证该方案下,不连续系统中各闭环信号的收敛性,数值仿真验证样例空间引力波探测航天器中,作为关键载荷的双质量块空间惯性传感器各非敏感轴自由度针对位移噪声及残余加速度及切换瞬态的良好抑制效果.     

高中频CPM数字接收机设计

本文给出了一种适用于软件无线电的突发模式非相干二进制CPM接收机。该接收机采用前馈结构,利用FFT算法对前导进行捕获和分析,可以快速实现载波频偏和符号定时误差的联合估计,采用多符号检测算法来对CPM信号实现解调。通过仿真和对硬件的需求分析验证了本接收机可以有效检测信号的到来,快速实现载波和符号的联合同步,且比传统接收机具有更低的误码率。相对较低的硬件复杂度也使得接收机容易在FPGA上实现。     

热毛细对流自由面微弱位移信号高灵敏度相位检测系统

在流体力学的研究领域,流体自由面的变化是一种非常重要的物理现象.针对自由面的形变位移,研制一套双频激光相位光电检测系统.将光学干涉技术与相位计相结合,实时获得相位计输出的反映流体表面形变的信号.本文详述了此双频激光相位光电检测系统的原理和装置.通过高精度PI步进电机驱动物体移动,标定系统的性能特性.应用激光位移传感器验证该系统的精度,同时分析环境对干涉测量系统的影响.将该系统应用于浮力热毛细对流自由面形变测量中,获得有意义的实验结果.     

高充电致高电压太阳阵持续飞弧放电的实验研究

空间高压太阳阵表面静电放电（ESD）引起持续飞弧放电而导致航天器大功率电源系统永久性损坏的事件在国外已有多次报道．针对砷化镓和硅高压太阳阵进行ESD地面模拟实验，通过两类高压太阳阵样品充放电对比实验，重点分析高压太阳阵持续飞弧放电形成机理．实验表明持续飞弧放电引起高压太阳阵串间击穿短路，导致太阳阵自身功率持续输出并形成永久性短路回路．持续飞弧放电的发生与高压阵结构、高压阵工作电压、ESD特征以及电池材料等多种因素相关．