混凝土检测的超声波发射系统研究与设计

用锆钛酸铅（PZT）陶瓷制成超声换能器向结构体中发射超声波,以实现结构损伤的在线无损检测．针对混凝土结构损伤中主动超声检测的技术特点,研制了一种基于PA96的PZT高压大功率驱动放大电路,详细说明了该电路的设计原理、性能及影响因素．实验结果表明,该功率放大电路具有输出电压高、频带宽、驱动力强、稳定性和线性度好等优点。可满足超声波发射系统中超声波发射驱动的要求．     

基于压缩感知的OFDM系统非线性失真恢复算法

针对OFDM系统中对信号直接限幅造成的非线性失真和信道估计性能下降,提出1种级联限幅及基于压缩感知的非线性失真恢复算法.该算法通过发送端的2次限幅操作,降低了导频处的非线性失真.在接收端利用压缩感知技术对非线性噪声进行估计并补偿.仿真表明,该算法能够有效消除非线性噪声对信道估计影响,提高信道估计性能,与迭代消除非线性失真算法相比,具有更好的峰均比抑制能力.     

多媒体传感网中限幅OFDM的信道估计算法

针对限幅正交频分复用（OFDM）系统中非线性失真导致信道估计性能瓶颈的问题,提出一种利用时间相关性的迭代信道估计算法.获取信道响应时,该算法综合运用了导频信息和历史信道信息,首先对硬判决后的OFDM符号进行限幅滤波,然后估计导频及数据子载波的非线性失真,最后进行信道再估计及符号再判决.理论分析及仿真结果表明：算法提高了信道估计和符号检测的准确度,而且算法只需1次再估计即可达到传统算法的均方误差理论极限,误码率性能提升了0.8dB.     

基于改进k-means算法的可见光通信非线性补偿技术

可见光通信系统中,正交频分复用技术的高峰均功率比会加大发射信号产生非线性失真的概率。为了降低系统的误码率,提出了一种改进的k均值(k-means)算法的非线性补偿技术。该算法考虑了信号的传输特性,运用Dijkstra算法优化了k-means算法中初始点的选择,能够准确地找到接收信号星座图的聚类中心,避免了传统k-means算法在选择初始聚类点时陷入局部最优解。仿真结果表明,相比于传统的k-means算法,改进的k-means算法能更准确地找到非线性失真后信号的星座点位置,因此能有效地解决可见光通信系统的非线性问题,降低了系统的误码率。     

基于高分辨距离像的UWB雷达信号设计

根据目标冲激响应设计相应的雷达信号,可使回波能量最大化,从而提高检测性能.本文针对目标检测的超宽带雷达信号设计发射-接收联合优化的问题,提出基于相位编码的超宽带雷达波形优化方法.该方法充分发挥了雷达发射机的发射能力,即对于固定的发射机来说,以发射更大的能量来得到更大的输出信干噪比.首先针对目标高分辨率距离像的多相编码超宽带雷达信号设计,建立了信号设计优化计算的目标函数,提出了一种恒模共轭梯度(CM-CG)算法实现优化计算.最后仿真结果表明,该方法设计得到的多相编码雷达信号性能很好地逼近最优发射波形,该方法具有收敛速度快、运算量小的特点. 号,可使回波能量最大化,从而提高检测性能.本文针对目标检测的超宽带雷达信号设计发射一接收联合优化的问题,提出基于相位编码的超宽带雷达波形优化方法.该方法充分发挥了雷达发射机的发射能力,即对于固定的发射机来说,以发射更大的能量来得到更大的输出信干噪比.首先针对目标高分辨率距离像的多相编码超宽带雷达信号设计,建立了信号设计优化计算的目标函数,提出了一种恒模共轭梯度(CM-CG)算法实现优化计算.最后仿真结果表明,该方法设计得到的多相编码雷达信号性能很好地逼近最优发射波形,该方法具 收敛速度快、运算     

基于CNN的MIMO-OFDM可见光通信接收机研究

限制可见光通信（VLC）系统传输性能的主要因素是发光二极管（LED）的有限带宽以及它的非线性效应导致的信号失真。多输入多输出（MIMO）-正交频分复用（OFDM）技术虽然可以提升系统容量、频谱效率,但由于OFDM技术较高的峰均功率比(PAPR),使得VLC系统受到更多的非线性损伤。针对以上问题,本文提出一种基于卷积神经网络（CNN）的VLC接收机。该接收机通过对接收端失真信号和发射端原始信号的学习,能够实现MIMO-OFDM可见光系统的信号解调,有效提升系统对非线性失真的抑制能力并具有较低的复杂度。实验结果表明,与最小二乘法（LS）接收机相比,CNN接收机能有效补偿信号受到的线性和非线性失真以及不同用户间的信号串扰,平均误码率（BER）提升超过一个数量级,同时有效克服LED带宽受限问题,比特传输速率提升53%。     

含非线性失真的OFDM系统压缩感知信道估计

针对5G高频段大带宽通信引入的器件非线性因素,利用信道与非线性噪声的双重稀疏性,提出一种含有非线性失真影响的OFDM系统压缩感知信道估计方法.在发射机中提出分组导频结合级联限幅方案,以保护第1组导频不受非线性失真影响;在接收机中基于第1组导频进行压缩感知信道估计,再将信道响应作为先验信息,利用第2组导频进行压缩感知非线性失真估计.仿真表明,该方法具有良好的性能,且无需迭代运算及先验信息.     

近周期声子晶体开孔结构的大辐射面夹心式纵振换能器的优化研究

大尺寸夹心式纵振压电陶瓷换能器中径向振动的存在不仅会导致换能器纵向辐射声功率的降低,还会缩短换能器的使用寿命,严重影响其性能和可靠性.为了减少大尺寸换能器中纵、径振动之间的强烈耦合,保证较高的纵向工作效率和可靠性,克服工作带宽较窄、振幅分布均匀度较差、位移振幅较小的缺陷,本文基于多点变形缺陷近周期声子晶体结构对大尺寸夹心式纵振压电陶瓷换能器进行了优化.利用仿真软件对优化后的换能器的性能指标进行了模拟分析,并进行了实验验证.结果表明,基于多点变形缺陷近周期声子晶体结构的大尺寸压电陶瓷换能器的纵向振动模态更加单一,可以有效提高大尺寸换能器辐射面的位移振幅和振幅分布均匀度,拓宽工作带宽.     

新型宽带圆管换能器研究

提出了一种实现圆管换能器宽带指向性发射的方法.从压电陶瓷圆管模态激励方式和换能器宽带形成机理研究出发,应用有限元方法对压电圆管换能器进行研究.利用Ansys软件建立了圆管换能器的有限元模型,旨在优化换能器结构,分析换能器振动特性、电导特性和辐射特性.在此基础上,设计和制作了一个采用复合激励方式、利用压电圆管一阶呼吸模态和二阶偶极子模态的宽带指向性圆管换能器.结果表明:换能器工作带宽为15~30 kHz,发送电压响应起伏不超过±4dB,具有良好的心形指向性.     

声子晶体结构在换能器匹配层中的应用

将声子晶体结构用于换能器匹配层中,利用声子晶体的能带特性改善换能器的匹配性能。研究了厚度振动超声换能器中声子晶体型匹配层的参数变化对换能器频带宽度、发射电压响应和辐射特性的影响,建立了声子晶体型匹配层厚度振动换能器等效电路模型,并利用传输矩阵计算了匹配层的声能量透射系数。研究结果表明:合理选择声子晶体型匹配层的材料和厚度,可以使换能器的频带宽度扩大一倍;并且将换能器的共振频率处于声子晶体结构的通带范围内,可以使声能量透射系数接近于1。     

基于几何聚类映射采样机制的无线传感网超宽带传输算法

为解决无线传感网超宽带传输领域存在的传输性能不高、拥塞控制能力较差等不足,提出了一种基于几何聚类映射采样机制的无线传感网超宽带传输算法。首先,根据无线传感网信道存在的频率干涉特性,采取并发正交传输及周期采样方式对传输数据予以正交处理,以增强节点及链路的网络传输性能,提升超宽带传输质量;随后,基于能量估测机制提出了功率阈值稳定方法,利用最低功率模型对运行不稳定的节点及时进行休眠处理,降低因节点失效而导致数据拥塞的概率,以改善网络的拥塞控制性能。仿真实验结果表明：与当前无线传感网超宽带传输领域常用的基于NMF和2-SVD-QR混合矩阵分解的WSN优化传输算法和基于SWIPT机制的WSN节能传输算法相比,所提算法具有网络传输带宽较高及累计拥塞发生频次较低的特点,实际部署价值较高。     

一种新型超宽带杯形单极子天线设计

针对现代无线通信设备多模、多频带工作、小型化的趋势,结合圆环微带天线频带宽和单板子微带天线结构简单等优点,设计了一种新型杯型单极子超宽带天线.通过打孔的方式改变辐射元的结构,使其同时具备圆环天线和单极子天线的优点,天线的性能因此大大得到改善.根据制作天线的实测结果表明,带孔杯型单极子天线在频率范围2.9～25.0 GHz内VSWR≤2,覆盖了从S至K波段.该天线覆盖频带宽、结构紧凑,适用于现代无线通信.     

Design of a CPW-fed uitra-wideband antenna

文章设计了一种共面波导馈电的小型平面超宽带天线.天线由树形辐射单元和共面波导构成,体积小,在工作带宽内具有稳定的方向特性.利用电磁仿真软件对影响天线性能的主要参数进行了仿真、分析和优化,得到了天线的理想尺寸.对优化后的超宽带天线进行制作和测试,测试结果显示天线的工作带宽为3～11 GHz.测试结果与仿真结果吻合,从而证明利用共面波导馈电的超宽带天线设计方法的有效性.     

面向空间复用系统的抗干扰空频自适应均衡方法

针对多天线空间复用系统中各天线发射信号互相干扰,进而降低系统通信质量的问题,提出了一种抗干扰空频自适应均衡方法。首先,在发射端将待发射信号以空间复用的形式发送至接收端;然后,基于最小均方误差(MMSE)准则,利用各接收天线接收到的导频信息进行自适应均衡器的参数估计;最后,利用估计所得参数,进一步通过迭代优化的方法实现数据检测。在参数估计的过程中,通过引入相关移位矢量集的方法对抗多天线发射信号间的相互干扰,从而降低这种内部干扰对系统性能的影响。与传统针对空间复用结构的自适应空时、空频均衡方法相比,所提自适应均衡方法在性能上有显著提升。仿真结果表明:相较传统针对空间复用结构的自适应空时、空频均衡方法,在误比特率为10~(-5)时,所提自适应均衡方法有约2.5 dB的性能提升;在外界干扰影响下,传统针对空间复用结构的自适应空时、空频均衡方法具有明显误比特率平台,而所提自适应均衡方法表现出了更强的抗干扰能力,没有明显的性能平台。     

共面波导馈电的超宽带天线设计

文章设计了一种共面波导馈电的小型平面超宽带天线。天线由树形辐射单元和共面波导构成,体积小,在工作带宽内具有稳定的方向特性。利用电磁仿真软件对影响天线性能的主要参数进行了仿真、分析和优化,得到了天线的理想尺寸。对优化后的超宽带天线进行制作和测试,测试结果显示天线的工作带宽为3～11GHz。测试结果与仿真结果吻合,从而证明利用共面波导馈电的超宽带天线设计方法的有效性。     

基于压缩感知的非线性 OFDM 系统迭代信道估计算法

针对因非线性失真引起的正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing,OFDM）系统信道估计性能下降的问题,提出了一种基于压缩感知的非线性OFDM系统迭代信道估计算法。在算法实现过程中,利用信道与非线性噪声的双重稀疏性,将导频信息作为观测矩阵进行压缩感知信道估计,再将所得信道信息看作观测矩阵进行压缩感知非线性失真估计,进而对信号进行非线性补偿,并逐步循环迭代至算法收敛。仿真表明,在稀疏信道下,该算法在较少的迭代次数下即可有效减小非线性失真对信道估计的影响,且比现有方法性能更优,仿真证明了该方法在性能上的优越性。     

一种新型超宽带平面单极子天线的设计

介绍了一种新型超宽带平面单极子天线,利用仿真软件分析比较了天线各部分参数对其性能的影响.采用介质敷铜板替代常规的金属面板作为辐射单元并在上面开孔,使天线的阻抗特性得以改善.按照仿真优化的参数制作的天线,经测试,该天线在1.2 GHz～3.5 GHz的频率范围内VSWR＜2,具有超宽带的工作特性.该天线结构简单,加工方便,制造成本低,具有较大的实用价值.     

四轮独立电驱动车辆全轮纵向力优化分配方法

为了充分发挥四轮独立电驱动型式在直接横摆力矩控制系统中对改善车辆动力学性能的优势,提出了一种新的全轮纵向力优化分配方法。基于四轮独立驱动特点建立了侧重提高稳定性和侧重改善机动性的两种目标函数,分别用于降低整车路面附着负荷和降低整车横摆响应滞后。综合直接横摆力矩需求、地面附着及电机驱动限制得出全轮纵向力优化分配的约束条件。基于模糊理论设计了以车辆质心侧偏角为变量的权重函数,并对约束优化两种目标函数得出的纵向力分配值进行实时动态调整。该方法进一步提高了车辆在直接横摆力矩控制下的整车路面附着潜力并改善横摆响应速度,提升了车辆稳定性和机动性。     

可产生耳声发射的耳蜗非线性传输线模型

耳声发射是近年来耳科学领域很受重视的研究课题。本文的目的是从生理系统的仿真与建模的角度研究耳声发射的产生机理。基于电声学等效关系，本文给出了耳蜗的一维非线性传输线模型。该模型中引入非线性受控源做为耳声发射信号的产生源。计算结果表明，该模型除具有与耳蜗生理基本一致的选频特性外，还可成功地仿真两种重要的耳声发射信号、瞬时诱发耳声发射（ＴＥＯＡＥ）及变调失真耳声发射（ＤＰＯＡＥ）。     

基于小孔径超视距目标探测的OFDM-LFM发射波形设计

针对传统天波超视距雷达接收阵列孔径大的问题,提出一种基于小孔径的超视距目标探测方法。分析了阵列孔径减小后信号接收与处理的性能损失,在此基础上采用正交频分复用线性调频信号,从发射信号设计方面提升系统性能。首先对信号进行建模,重点提出一种基于凸优化的脉压信号峰值旁瓣抑制算法,建立了优化模型并进行求解。仿真表明,采用正交频分复用线性调频信号可以提升距离分辨率,采用凸优化的算法后脉压峰值旁瓣为-26.28dB,旁瓣电平平均值小于-50dB,距离门内和距离门外噪声/干扰的抑制能力得到提升,改善了小孔径超视距目标探测的处理性能。