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Broadband high-efficiency plasmonic metalens with negative dispersion characteristic

Photonics Research 2024年第4期12卷 813-820页

作者： YONG-QIANG LIU YONG ZHU HONGCHENG YIN JINHAI SUN YAN WANG YONGXING CHE National Key Laboratory of Scattering and Radiation Beijing 100854China

Controlling the dispersion characteristic of metasurfaces(or metalenses) along a broad bandwidth is of great importance to develop high-performance broadband metadevices. Different from traditional lenses that rely on the material refractive index along the light trajectory, metasurfaces or metalenses provide a new regime of dispersion control via a sub-wavelength metastructure, which is known as negative chromatic ***, broadband metalenses design with high-performance focusing especially with a reduced device dimension is a significant challenge in society. Here, we design, fabricate, and demonstrate a broadband highperformance diffractive-type plasmonic metalens based on a circular split-ring resonator metasurface with a relative working bandwidth of 28.6%. The metalens thickness is only 0.09λ0(λ0is at the central wavelength),which is much thinner than previous broadband all-dielectric metalenses. The full-wave simulation results show that both high transmissive efficiency above 80%(the maximum is even above 90%) and high average focusing efficiency above 45%(the maximum is 56%) are achieved within the entire working bandwidth of 9–12 ***, an average high numerical aperture of 0.7(NA = 0.7) of high-efficiency microwave metalens is obtained in the simulations. The broadband high-performance metalens is also fabricated and experimental measurements verify its much higher average focusing efficiency of 55%(the maximum is above 65% within the broad bandwidth) and a moderate high NA of 0.6. The proposed plasmonic metalens can facilitate the development of wavelength-dependent broadband diffractive devices and is also meaningful to further studies on arbitrary dispersion control in diffractive optics based on plasmonic metasurfaces.

关键词： resonator dispersion high

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Time-varying parameters estimation with adaptive neural network EKF for missile-dual control system

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Journal of Systems Engineering and Electronics 2024年第2期35卷 451-462页

作者： YUAN Yuqi ZHOU Di LI Junlong LOU Chaofei School of Astronautics Harbin Institute of TechnologyHarbin 150001China Beijing Institute of Electronic System Engineering Beijing 100854China

In this paper, a filtering method is presented to estimate time-varying parameters of a missile dual control system with tail fins and reaction jets as control variables. In this method, the long-short-term memory(LSTM) neural network is nested into the extended Kalman filter(EKF) to modify the Kalman gain such that the filtering performance is improved in the presence of large model uncertainties. To avoid the unstable network output caused by the abrupt changes of system states,an adaptive correction factor is introduced to correct the network output online. In the process of training the network, a multi-gradient descent learning mode is proposed to better fit the internal state of the system, and a rolling training is used to implement an online prediction logic. Based on the Lyapunov second method, we discuss the stability of the system, the result shows that when the training error of neural network is sufficiently small, the system is asymptotically stable. With its application to the estimation of time-varying parameters of a missile dual control system, the LSTM-EKF shows better filtering performance than the EKF and adaptive EKF(AEKF) when there exist large uncertainties in the system model.

关键词： long-short-term memory(LSTM)neural network extended Kalman filter(EKF) rolling training time-varying parameters estimation missile dual control system

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基于大指令变化率下的防空导弹姿态控制方法

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系统工程与电子技术 2024年第7期46卷 2465-2474页

作者：闫帅豪魏明英郑勇斌北京电子工程总体研究所北京100854 北京仿真中心北京100854

针对防空导弹的目标机动性较强带来的姿态控制品质变差的问题,提出一种事件触发控制方法。首先分析了由于目标机动性过强导致的指令变化率未知,以及指令变化率过大导致稳态误差较大的原因。针对此问题引入非线性最速跟踪微分器获取指令... 详细信息

针对防空导弹的目标机动性较强带来的姿态控制品质变差的问题,提出一种事件触发控制方法。首先分析了由于目标机动性过强导致的指令变化率未知,以及指令变化率过大导致稳态误差较大的原因。针对此问题引入非线性最速跟踪微分器获取指令变化率,研究指令变化率与姿态角误差之间关系,定义稳态效应指标,并在该指标基础上设计了基于事件触发的新增控制量。采用滑模控制和扰动观测器使系统在指令变化率较大条件下的稳态误差被抑制在5%误差带之内。在工程实践的背景下,数值仿真考虑了气动参数拉偏以及执行机构限幅,仿真结果验证了设计的控制系统的有效性。

关键词：防空导弹姿态控制触发控制微分器稳态效应指标

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Investigations on High-Speed Flash Boiling Atomization of Fuel Based on Numerical Simulations

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2024年第5期139卷 1427-1453页

作者： Wei Zhong Zhenfang Xin Lihua Wang Haiping Liu School of Aerospace Engineering and Applied Mechanics Tongji UniversityShanghai200092China Beijing Mechanical Equipment Research Institute Beijing100854China

Flash boiling atomization(FBA)is a promising approach for enhancing spray atomization,which can generate a fine and more evenly distributed spray by increasing the fuel injection temperature or reducing the ambient ***,when the outlet speed of the nozzle exceeds 400 m/s,investigating high-speed flash boiling atomization(HFBA)becomes quite *** difficulty arises fromthe involvement ofmany complex physical processes and the requirement for a very fine mesh in numerical *** this study,an HFBA model for gasoline direct injection(GDI)is *** model incorporates primary and secondary atomization,as well as vaporization and boilingmodels,to describe the development process of the flash boiling *** to lowspeed FBA,these physical processes significantly impact *** this model,the Eulerian description is utilized for modeling the gas,and the Lagrangian description is applied to model the droplets,which effectively captures the movement of the droplets and avoids excessive mesh in the Eulerian *** various conditions,numerical solutions of the Sauter mean diameter(SMD)for GDI show good agreement with experimental data,validating the proposed model’s *** based on this HFBA model investigate the influences of fuel injection temperature and ambient pressure on the atomization *** analyses of the velocity field,temperature field,vapor mass fraction distribution,particle size distribution,and spray penetration length under different superheat degrees reveal that high injection temperature or low ambient pressure significantly affects the formation of small and dispersed droplet *** effect is conducive to the refinement of spray particles and enhances atomization.

关键词： High-speed flash boiling atomization numerical simulations Eulerian description Lagrangian description gasoline direct injection

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基于散射模型的球头锥目标几何结构参数估计

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系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 892-897页

作者：陈汪翔田鹤王吉儿田单北京环境特性研究所北京100854

针对传统几何参数估计方法对成像质量要求较高,对低信噪比、稀疏孔径的散射回波数据估计精度低的问题,选择球头锥目标为研究对象,提出了一种使用几何参数散射模型和正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)算法相结合的方法,简... 详细信息

针对传统几何参数估计方法对成像质量要求较高,对低信噪比、稀疏孔径的散射回波数据估计精度低的问题,选择球头锥目标为研究对象,提出了一种使用几何参数散射模型和正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)算法相结合的方法,简化了计算过程,提升了参数估计精度。该方法首先根据先验信息确定代估参数的取值范围,并等间隔地在取值范围内设置参数网格,再根据对应的参数值计算散射模型,生成二维像,之后通过OMP算法拟合回波信号的成像结果,得到精确的几何参数估计值。所提方法实现了在原始回波数据质量较差的情况下,对球头锥类目标的几何参数精确估计与重构。

关键词：参数估计散射模型正交匹配追踪

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Reward Function Design Method for Long Episode Pursuit Tasks Under Polar Coordinate in Multi-Agent Reinforcement Learning

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Journal of Shanghai Jiaotong university(Science) 2024年第4期29卷 646-655页

作者： DONG Yubo CUI Tao ZHOU Yufan SONG Xun ZHU Yue DONG Peng School of Aeronautics and Astronautics Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai200240China Beijing Institute of Electronic System Engineering Beijing100854China

Multi-agent reinforcement learning has recently been applied to solve pursuit ***,it suffers from a large number of time steps per training episode,thus always struggling to converge effectively,resulting in low rewards and an inability for agents to learn *** paper proposes a deep reinforcement learning(DRL)training method that employs an ensemble segmented multi-reward function design approach to address the convergence problem mentioned *** ensemble reward function combines the advantages of two reward functions,which enhances the training effect of agents in long ***,we eliminate the non-monotonic behavior in reward function introduced by the trigonometric functions in the traditional 2D polar coordinates observation *** results demonstrate that this method outperforms the traditional single reward function mechanism in the pursuit scenario by enhancing agents’policy scores of the *** ideas offer a solution to the convergence challenges faced by DRL models in long episode pursuit problems,leading to an improved model training performance.

关键词： multi-agent reinforcement learning deep reinforcement learning(DRL) long episode reward function

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单参考阵元旋转电场矢量法校准相控阵天线

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系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1525-1534页

作者：张勇芳高晶钰刘涓北京遥感设备研究所北京100854

针对经典的旋转电场矢量法仅适用于校准小规模相控阵天线的不足,提出了一种适用于校准大规模相控阵天线的改进旋转电场矢量法。该方法选取单个阵元作参考通道并依次选取其他阵元作测试通道。通过测量这两种通道的合成电场幅度完成相控... 详细信息

针对经典的旋转电场矢量法仅适用于校准小规模相控阵天线的不足,提出了一种适用于校准大规模相控阵天线的改进旋转电场矢量法。该方法选取单个阵元作参考通道并依次选取其他阵元作测试通道。通过测量这两种通道的合成电场幅度完成相控阵天线的幅度与相位校准。实测结果表明,该方法得到的校准数据具有较高的精度,可用于补偿大规模相控阵天线且能获得优良的远场方向图。

关键词：相控阵天线校准单参考阵元旋转电场矢量

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基于改进自抗扰控制的电动伺服系统机械谐振抑制方法

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系统工程与电子技术 2024年第1期46卷 309-317页

作者：莫昱唐旭东北京机械设备研究所北京100854

导弹发射和飞行过程中,电动伺服系统受发动机点火、气动负载、舵面冲击等载荷作用下,加大结构的磨损,导致系统结构间隙的存在,极大地降低了传动刚度,并加剧谐振带来的危害。本文提出改进自抗扰控制器(active disturbance rejection cont... 详细信息

导弹发射和飞行过程中,电动伺服系统受发动机点火、气动负载、舵面冲击等载荷作用下,加大结构的磨损,导致系统结构间隙的存在,极大地降低了传动刚度,并加剧谐振带来的危害。本文提出改进自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)以改善电动伺服系统的位置跟踪特性。首先分析了电动伺服系统的机械谐振机理,设计了线性自抗扰控制器,利用改进粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法进行控制参数寻优,并进行了仿真分析验证了该方法的可行性,最后电动伺服系统试验结果验证了改进ADRC的有效性,提高电动伺服系统的动态和稳态性能。

关键词：电动伺服系统谐振自抗扰控制器改进粒子群优化算法

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“群对群”协同对抗的规划与制导问题研究

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 377-390页

作者：江涌王林波王蒙一中国长峰机电技术研究设计院北京100854 北京电子工程总体研究所北京100854

随着未来空天飞行器的飞行速度和机动性不断增强,以及集群规模化攻击样式的发展,防御方传统的“一对一”对抗模式已经难以适用,采用多个飞行器形成集群,以“群对群”的协同方式进行对抗,将成为一种有效的技术途径.本文针对群体目标的对... 详细信息

随着未来空天飞行器的飞行速度和机动性不断增强,以及集群规模化攻击样式的发展,防御方传统的“一对一”对抗模式已经难以适用,采用多个飞行器形成集群,以“群对群”的协同方式进行对抗,将成为一种有效的技术途径.本文针对群体目标的对抗场景,探讨了“群对群”协同对抗的规划与制导问题.首先系统介绍了空天目标攻击样式和目标特性的发展,总结提炼研究的背景需求与典型场景;再针对典型场景提出了群对群协同对抗的初步方案,简述了国内外研究情况,并梳理了规划与制导的关键技术,包括编组构建与目标分配、集群目标建模与估计、集群协同围捕与制导、集群编队随动保持与控制等;然后结合部分关键技术的研究进展,对重点问题进行了数字仿真,初步验证其可行性;最后针对群对群协同对抗的规划与制导技术的应用前景与发展方向进行了展望.

关键词： “群对群” 协同对抗规划与制导协同围捕

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微波宽带超高精度双向时间比对技术研究

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仪器仪表学报 2024年第2期45卷 152-159页

作者：王海峰王学运易航张升康葛军北京无线电计量测试研究所北京100854 计量与校准技术重点实验室北京100854

当前微波双向时间比对技术广泛应用于视距区域站间时间同步领域,能够达到纳秒站间时间同步水平,对于时间同步指标更高的应用场景还有待进一步提升。本文利用大带宽扩频信号和载波相位在时间测量性能方面的潜在优异性能,提出了基于宽带... 详细信息

当前微波双向时间比对技术广泛应用于视距区域站间时间同步领域,能够达到纳秒站间时间同步水平,对于时间同步指标更高的应用场景还有待进一步提升。本文利用大带宽扩频信号和载波相位在时间测量性能方面的潜在优异性能,提出了基于宽带信号调制解调技术的微波双向载波相位时间比对方法,设计了原型试验系统,利用氢原子钟和相位微跃计验证了实验室条件下系统的测量不确定度(A类)0.27 ps和分辨力4 ps,达到了预期效果,为后续远距离试验和应用推广奠定了坚实的技术和试验基础。

关键词：双向时间比对宽带信号载波相位。

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