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应用于超高速流场电子密度分布测量的七通道微波干涉仪测量系统

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物理学报 2024年第17期73卷 138-150页

作者：马平田径田得阳张宁吴明兴唐璞中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳651000 电子科技大学电子科学与工程学院成都611731 西安电子科技大学空间科学与技术学院西安710126

高超声速飞行器在临近空间飞行时,由于飞行器与空气剧烈的相互作用,形成包含等离子体鞘套和尾迹的等离子体流场,研究其电子密度分布特性对高超声速飞行器的目标识别、测控通信等具有重要意义.地面模拟实验测量是研究等离子体包覆高超声... 详细信息

高超声速飞行器在临近空间飞行时,由于飞行器与空气剧烈的相互作用,形成包含等离子体鞘套和尾迹的等离子体流场,研究其电子密度分布特性对高超声速飞行器的目标识别、测控通信等具有重要意义.地面模拟实验测量是研究等离子体包覆高超声速飞行器电磁散射特性的有效方法之一,为满足地面模拟实验瞬态等离子体流场电子密度分布的测量需求,本文提出了一种Ka波段七通道微波干涉仪测量系统研制方案.该系统采用单发七收的方式,利用单曲面透镜将波导开口天线辐射的电磁波转化为近似平面波,将7个平行且非对称排列的开口波导作为接收通道天线,缩减了接收天线的尺寸以及天线之间的距离,提高了测量的空间分辨率.基于七通道微波干涉仪测量系统在弹道靶和激波管设备开展了动态实验,测量了超高速流场电子密度二维分布,结果表明该系统具备瞬时大动态范围信号的接收能力,幅度线性动态范围优于65 dB,相位动态范围180°,响应时间优于1μs;所测量的超高速流场等离子体电子密度二维分布,能够较好地反映弹道靶设备与激波管设备产生的瞬态等离子体细节变化,电子密度测量动态范围为(10^(10)-10^(13))cm^(-3)量级,电子密度测量误差不超过0.5个数量级,径向空间分辨率优于15 mm.

关键词：超高速流场等离子体微波干涉仪电子密度分布测量

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小型宽频带双极化电磁兼容性测试天线的设计与实现

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兵工学报 2024年第9期45卷 3253-3260页

作者：秦阳榛路宏敏乌扶临陈鹏刘玄西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710071 西北核技术研究所陕西西安710024 中国空间技术研究院西安分院陕西西安710100

为解决飞行器舱段等特定狭小空间内的电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)现场测试需求,设计与实现一款新型的小型宽频带双极化EMC测试天线。基于传统Vivaldi天线性能分析,采用修型设计并优化天线表面电流分布,设计一款新型... 详细信息

为解决飞行器舱段等特定狭小空间内的电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)现场测试需求,设计与实现一款新型的小型宽频带双极化EMC测试天线。基于传统Vivaldi天线性能分析,采用修型设计并优化天线表面电流分布,设计一款新型宽频带单极化天线;运用非对称双极化设计方法,并组合两幅新型单极化天线,设计一款高隔离度的双极化EMC测试天线。仿真分析和实测结果表明:双极化EMC测试天线的工作频带为0.33~3.40 GHz(电压驻波比小于2),工作频带内天线方向图无裂瓣且增益平坦,天线系数达到17~36 dB/m,双端口隔离度优于35 dB;双极化EMC测试天线的尺寸为450 mm×450 mm×450 mm,适用于飞行器舱段等狭小空间内EMC辐射发射现场测试,有助于测试效率提升。

关键词：飞行器电磁兼容性测试天线双极化天线宽频带天线

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含植被地面布儒斯特角特性分析

电波科学学报 2024年

作者：魏奇昊孟肖林善伟董春雷郭立新西安电子科技大学物理学院

在超低空对抗场景中，多径效应严重影响超低空雷达对目标的探测精度。利用布儒斯特角特性能够有效削减多径效应。实际地面环境复杂多变，其中地表植被的多重散射作用以及植被与地面之间的耦合作用使得含植被地面散射特性与单纯随机粗糙... 详细信息

在超低空对抗场景中，多径效应严重影响超低空雷达对目标的探测精度。利用布儒斯特角特性能够有效削减多径效应。实际地面环境复杂多变，其中地表植被的多重散射作用以及植被与地面之间的耦合作用使得含植被地面散射特性与单纯随机粗糙地面散射存在明显差异。含植被地面的电磁散射特性研究仍然面临诸多挑战，针对含植被地面背景下超低空探测的多径效应问题，本文从电磁散射建模角度出发，使用结合了基尔霍夫近似(Kirchhoff approximate， KA)和积分方程模型(integral equation model， IEM)优点的基于面元的改进双尺度法(facet-based modified two-scale model， FMTSM)进行粗糙地面电磁散射建模，相较于传统的双尺度方法(two-scale model， TSM)，精度更高、应用范围更广。然后，利用FMTSM针对粗糙地面的布儒斯特角特性进行了分析，讨论了入射频率、相关长度以及均方根高度对粗糙地面布儒斯特角特性的影响。在此基础上，将FMTSM与矢量辐射传输理论(vector radiative transfer theory， VRT)相结合，利用FMTSM-VRT对VV极化下的双层植被地面电磁散射特性进行计算，并对其布儒斯特角特性进行分析，探究了不同入射频率、植被高度以及叶子密度下布儒斯特角的变化规律。含植被地面布儒斯特角随入射频率的增加，呈先减小后增大的趋势；随植被高度以及叶子密度的增加，呈现减小趋势。本文的研究成果将为超低空预警系统中有效削弱多径效应提供理论基础。

关键词：含双层植被电磁散射基于面元的改进双尺度法(FMTSM) 矢量辐射传输理论(VRT) 布儒斯特角特性多径效应

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基于面积坐标形函数的阵列天线变形检测方法

仪器仪表学报 2024年

作者：关迪陈鸣商晨冷国俊电磁空间安全全国重点实验室西安电子科技大学机电工程学院

本研究针对薄板变形的畸变问题，提出了基于面积坐标形函数的重构方法。不同于传统的基于雅克比矩阵的等参转换方法，该方法引入面积坐标作为等参坐标与笛卡尔坐标之间的过渡，确保线性转换关系和形函数的二阶完备性。消除了等参转换中... 详细信息

本研究针对薄板变形的畸变问题，提出了基于面积坐标形函数的重构方法。不同于传统的基于雅克比矩阵的等参转换方法，该方法引入面积坐标作为等参坐标与笛卡尔坐标之间的过渡，确保线性转换关系和形函数的二阶完备性。消除了等参转换中因单元畸变造成的精度下降隐患，增强了复杂结构变形重构模型的普适性。并考虑到工程实际中的传感器粘贴限制，基于经典Kirchhoff板的一阶剪切变形理论，提出了单面应变的重构方法。通过建立多目标粒子群优化模型，得到传感器单面布置的最优方案。在天线结构模型的仿真和实验验证中，最大变形60mm时，均方根误差RMSE为0.72mm，百分比误差PD为2.89%。该方法实现了天线结构变形的高精度重构，有望应用于可变形天线结构的设计制造中。

关键词：天线结构变形重构单元畸变边界元理论

针对回波数据异常时的雷达前视超分辨快速成像方法

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雷达学报（中英文） 2024年第3期13卷 667-681页

作者：李维新李明陈洪猛左磊王东杨磊辛东金济南大学信息科学与工程学院济南250022 西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室西安710071 北京无线电测量研究所北京100854

机载扫描雷达前视成像可广泛应用于态势感知、自主导航和地形跟随。在雷达扫描过程中受到不经意的电磁脉冲干扰或设备性能异常等影响时,雷达回波数据出现异常值。已有的超分辨方法可以抑制回波中的异常值、提高角度分辨率,但没有考虑计... 详细信息

机载扫描雷达前视成像可广泛应用于态势感知、自主导航和地形跟随。在雷达扫描过程中受到不经意的电磁脉冲干扰或设备性能异常等影响时,雷达回波数据出现异常值。已有的超分辨方法可以抑制回波中的异常值、提高角度分辨率,但没有考虑计算实时性问题。针对上述问题,该文提出了一种机载雷达超分辨方法实现回波数据异常时的快速前视成像。为了更好地拟合回波噪声,引入对异常值更加鲁棒的学生t分布,并采用期望最大化方法对成像参数进行估计。受截断奇异值分解方法的启发,将截断的酉矩阵引入目标散射系数的估计公式中。通过矩阵变换降低了求逆矩阵的尺寸,从而降低了参数估计的计算复杂度。仿真结果表明该文提出加速方法可以用更短的时间提高前视成像的角度分辨率,抑制回波数据中的异常值。

关键词：前视成像超分辨数据异常矩阵变换

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复实验模态下相控阵天线阵面变形的虚拟感知

振动工程学报 2024年

作者：周金柱赵征王林徐文华成东明中国电子科技集团公司第十四研究所西安电子科技大学高性能电子装备机电集成制造全国重点实验室

相控阵天线阵面变形对电磁性能的影响较大，如何用稀疏光纤光栅应变传感器的应变测量信息实时感知天线阵面形状是实现结构健康监测和电磁性能调控的关键。本文提出了复实验模态下结构变形的虚拟感知方法。在该方法中，利用复模态转化方... 详细信息

相控阵天线阵面变形对电磁性能的影响较大，如何用稀疏光纤光栅应变传感器的应变测量信息实时感知天线阵面形状是实现结构健康监测和电磁性能调控的关键。本文提出了复实验模态下结构变形的虚拟感知方法。在该方法中，利用复模态转化方法处理模态测试获得的复模态数据以获得对应的实位移模态；利用模态扩展实现有限量实位移模态的全场扩展；结合扩展的实位移模态和有限元模态数据，推导了两个表征稀疏应变测量信息与全场位移映射关系的变形虚拟感知方程CMT-SEREP (Complex Mode Transformation-System Equivalent Reduction Expansion Process)和CMT-LC (Complex Mode Transformation-Local Correspondence)，以实现从稀疏应变测量信息估计变形阵面结构形状。研制了大型相控阵天线阵面变形实验平台，并开展了三种工况下不同感知方法的对比实验。实验结果表明，提出的方法能利用稀疏应变测试信息重构出天线阵面结构的全场位移，并且CMT-LC比CMT-SEREP的感知精度高；对比传统的模态法，CMT-LC变形感知的相对百分比误差至少降低了6.105%。该方法不仅适用于非比例阻尼天线结构的变形感知，而且也适用于其它复杂工程结构的健康监测，应用潜力大。

关键词：相控阵天线光纤光栅应变传感器结构变形虚拟感知模态扩展

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“智能调控电磁超材料理论与技术”专题导读

电讯技术 2024年第10期64卷 1533-1534页

作者：吴微微刘能武国防科技大学电子科学学院西安电子科技大学电子工程学院天线与微波技术重点实验室

当今世界,宽带、多频带和捷变频雷达系统,卫星通信与导航系统,以及第五代移动通信系统(5G)等无线电系统高速发展,对它们的设计也提出了更多更高的要求,例如减小雷达系统的雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)、增强其抗干扰能力。

关键词：雷达散射截面无线电系统捷变频雷达雷达系统第五代移动通信系统多频带卫星通信与导航智能调控

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基于电磁散射模型的海上舰船双基SAR图像仿真

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电波科学学报 2024年第2期39卷 271-279页

作者：范文娜李金星张民西安航空学院电子工程学院西安710077 西安电子科技大学物理学院西安710071

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在地海环境遥感和目标探测识别中发挥着重要作用。相对于单基SAR,双基SAR能够通过调整发射机和接收机的角度对场景进行多方位观测,因此开展海上舰船目标双基SAR图像仿真可为非合作目标的特... 详细信息

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在地海环境遥感和目标探测识别中发挥着重要作用。相对于单基SAR,双基SAR能够通过调整发射机和接收机的角度对场景进行多方位观测,因此开展海上舰船目标双基SAR图像仿真可为非合作目标的特征研究和探测识别提供方法和手段,在目标探测识别方面有着重要意义。为此,本文利用基于面元化的简化小斜率近似(facet-based simplified small slope approximation,FBS-SSA)方法与几何光学/物理光学(geometrical optics/physical optics,GO/PO)混合方法,提出了一种基于电磁散射模型的海上舰船目标复合场景双基SAR图像仿真方法,实现了不同双基角下的海上舰船SAR图像仿真,并分析了雷达飞行方向与舰船角度、发射机和接收机相对位置、极化、海况对雷达图像的影响。结果表明,双基角、极化、舰船朝向都会对双基SAR图像产生较大的影响,因此可以通过获取不同双基角度下的复合场景SAR图像特征从而可以更好地开展舰船识别。此外,SAR图像中的阴影特征也可作为舰船识别的辅助手段。

关键词：合成孔径雷达(SAR) 电磁散射目标识别双基地图像仿真

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高选择性带吸频率选择结构研究

高选择性带吸频率选择结构研究

作者：张聪会杭州电子科技大学

学位级别：硕士

天线作为各种雷达或通讯系统中的重要组件,在外来电磁波的照射下,具有较大的雷达散射截面（Radar Cross Section,RCS）而成为强散射源,极大降低了通讯平台的隐身性能。吸收式频率选择结构（Frequency Selective Rasorber,FSR）作为新的... 详细信息

天线作为各种雷达或通讯系统中的重要组件,在外来电磁波的照射下,具有较大的雷达散射截面（Radar Cross Section,RCS）而成为强散射源,极大降低了通讯平台的隐身性能。吸收式频率选择结构（Frequency Selective Rasorber,FSR）作为新的周期性人工电磁结构,旨在天线工作频段以极低的插损传输电磁波,而在带外高效吸收电磁波,有效降低了双站/多站RCS,在雷达隐身领域有巨大应用前景。对于频谱监测系统的多款低频宽带天线,带吸FSR完美匹配其天线罩的需求。随着电磁环境的日益复杂,对带吸FSR的选择性、吸波带、极化等特性提出了更高需求。本文着眼上述需求,基于有效的分析方法以及新颖的结构设计了几款高性能的带吸FSR结构。主要工作内容可概括如下:1.设计了一款双极化高选择性带吸FSR。对有耗层高选择性原理分析指出,谐振频率不变,电感值大的谐振结构具有更高选择性,从而设计了等效电感较大的曲折线结构,使有耗层从反射带到吸波带间具有陡峭的滚降特性。另外,双层带阻FSS级联带来了带阻FSS更高的选择性。基于微波吸波体原理,结合有耗层与带阻FSS,构成基于曲折线的高选择性双极化带吸FSR。对带阻FSS部分优化设计,采用谐振频率相隔一小部分的两层带阻FSS级联,实现了斜入射下的平坦反射带。并且巧妙地用三维结构将有耗层与带阻FSS设计在同一平面,对结构进行旋转复制,得到了斜入射稳定的三维双极化高选择性带吸FSR。测试结果与仿真结果高度吻合,吸波带为5.37-8.95 GHz（相对带宽为46.2%）,低频透波截止频率为3.02 GHz,用来衡量选择性的参数FR为1.77,在选择性方面具有显著优势。2.基于目前已报道的宽带带阻FSS采用的高介电常数介质成本高且重的这一弱项,将慢波结构应用于平行板波导结构中,实现了一款基于低介电常数介质设计的三维宽带带阻FSS。从电磁理论与全波仿真软件两个角度,分别分析了传输线间加电容对传输相位的影响,从而验证了采用低介电常数介质在结构上的设计实现高选择性介电常数介质特能的可行性。另外,通过构造介质谐振器与空气谐振器,基于相位相消原理,设计了一款三维宽带带阻FSS。3.在宽带带阻FSS设计的基础上,使用电阻膜结构作为有耗层,设计了一款高选择性带吸FSR结构,具备双极化吸波单极化透波的功能。基于慢波结构的带阻FSS具有一个带阻模式与一个全反射模式,因此有耗层采用对这两种模式均响应的设计。将有耗层与三维带阻FSS级联,得到在带阻模式具有高选择性的带吸FSR,吸波带为4.55-7.36 GHz（相对带宽为47.2%）,低频透波截止频率为3.02 GHz,用来衡量选择性的参数FR为1.5,在选择性方面有显著优势;在全反射模式为超宽带吸波体,吸波带为2.58-7.79 GHz（相对带宽为100.4%）。

关键词：吸收式频率选择结构高选择性微波吸波体雷达散射截面