基于光子谐振环的波束合成网络可实现重量轻、损耗小和成本低的相控阵天线,同时可获得宽角扫描时的大瞬时带宽和无波束偏斜扫描。为了节约光电链路的带宽,设计了一种适用于光子谐振环的光控相控阵天线波束合成网络非载波再入技术。区别于双边带调制或单边带调制加滤波和载波载入技术,利用谐振环的周期特性,将光载波和边带分置于不同的周期通带内,避免了载波载入的功分器件和滤波器件的使用、大孔径时的退相干导致的信号恶化,以及载波和边带的功率不平衡。

微带六端口电路器件中包括直角拐角、阶梯跳变和T型接头不连续性结构,产生了一定的传输损耗,影响到整个通信系统的性能,因此准确地分析其影响十分必要。运用传统连接散射矩阵法和微带线不连续性等效电路模型,提出了一种新颖的微带六端口电路器件的分析方法。介绍了连接散射矩阵法的基本原理,推导出任意微带多端口网络的散射参数计算公式,在此基础上引入已有的微带线不连续性等效电路模型,克服了传统的连接散射矩阵法要求各单元子网连接的传输线特性阻抗相同的局限性。将微带六端口电路器件划分为功分器、分支耦合器、直角拐角和传输线等单元子网进行了散射参数的计算,其结果与IE3D软件仿真结果一致性较好,充分证明了该分析方法的正确性和适用性。

散射通信链路的站址选择高度依赖于链路的地形地貌,而传统的预计方法只能借助于纸质地图的图上作业,因此存在效率低下、准确度差的缺陷。针对这一不足,拟借助国产化地理信息平台,开发辅助功能软件。基于国产Super Map 7C,对组件和应用接口进行开发,设计了软件,对散射链路剖面数据和链路分析数据进行图形化表示和集成应用,为散射链路的规划提供决策支持,提高了工作效率,使得散射通信的战术化应用成为可能。应用结果表明,软件可以较为准确地为用户选择散射通信站址。

针对多星观测任务优化这一复杂度高的问题,在构建观测任务模型和任务规划模型的基础上,较为全面地考虑了观测窗口时间约束、姿态调整约束、观测过渡时间约束、光照条件及能量平衡约束和存储资源约束等条件,并建立了相应的数学模型。针对一般遗传算法在观测任务规划中应用时收敛速度慢的问题,设计了基于贪婪策略的遗传算法,采用STK生成多星观测任务列表,并在Matlab中编程求解观测任务规划方案,通过对比基于贪婪策略的遗传算法和一般遗传算法的性能,说明该方法在保证遗传算法收敛精度的前提下能提高算法的收敛速度,有效解决多星观测任务优化问题。

为了满足系统对工作频段宽带化的需求,设计了一种宽带Ka频段上变频模块,其功能是将C频段信号(2.0～4.0 GHz)上变频到Ka频段信号(25.0～27.0 GHz,29.0～31.0 GHz)。通过合理的链路频率配置和电平分配,减小了混频非线性导致的组合频率干扰,输出杂散降低到-60 d Bc。运用MMIC-1对本振输出信号进行二次、三次倍频。根据倍数次数不同,运用2组滤波器进行分段滤波来消除谐波杂散。测试结果表明,输出信号在100 k Hz处的相位噪声指标优于-100 d Bc/Hz。

为满足自动控制、电子测量等领域数据采集的需求,设计了一种基于ADS1256模数转换器和STM32单片机的数据采集卡。该数据采集装置有8个24位通道,可以配置为单端8通道模式和双端4组模式,直接测量电压范围为0～5 V,具备串口通信接口和CAN总线接口。测试结果表明,该数据采集卡的电压测量相对误差小于0.5%。

针对新型星载存储系统的超高速读写需求,基于XILINX FPGA平台对Micron公司的同步NANDFlash存储芯片的应用进行了研究,分析了该NANDFlash芯片硬件设计的信号完整性,对NANDFlash操作时序进行了分析,并设计了一种支持ONFI2. 2标准源同步模式的NANDFlash控制器,通过Modelsim对所设计的控制器进行了仿真并在存储板上进行了验证。仿真与测试结果表明,设计的控制器工作稳定,其单芯片读写速率可达1 598/1 340 Mbps,能够满足新一代星载高速存储系统的需求。

为测试分集接收设备的分集增益,提出了一种基于实时载噪比测量的分集增益测试方法,通过给分集接收设备输入2路不同信噪比、独立衰落的信号,利用功率计监测得到输入、输出信号和噪声的功率值,计算得出分集接收设备的分集增益。应用结果表明,方法能够测试分集接收设备的分集增益,具有较好的有效性和可行性。

针对航天器在轨运行三维可视化显示中姿态数据使用时的野值剔除、插值及平滑等问题,对欧拉角和四元数2类常见姿态表达形式下的姿态数据处理方法进行了探讨。基于工程实际情况分别给出了未采用卡尔曼滤波的解决方法,并采用某实测数据进行了效果检验,实验结果及可视化原型软件的应用表明该方法可行。研究结果对航天器姿态计算、可视化使用时的数据处理等均有一定参考意义。

为满足VLBI等高精度空间测量技术对时间频率稳定度和准确度提出的更高要求,深空测控系统都配置了高性能的氢原子钟。但由于部件老化、环境变化等影响,氢原子钟输出频率会发生漂移变化,需要对此频移进行校准;同时备份原子钟需要追踪并保持与主钟的输出相位一致,必须进行相位的无损切换才能保障时频信号的连续性。分析了氢原子钟的工作原理和调频移相技术,设计了一种氢钟追踪外部授时系统进行频率漂移校准、主备钟相位无损切换的工程实施方法。应用结果表明,72 h测试时间内,与GPS相比,氢钟的稳定度由原来1.1×10-13提高到3.2×10-14,主备氢钟相位差由原来1.03o减小至0.08o,满足了VLBI长时间高精度测量的精度需求。

为了实现大功率激光器的高功率输出,必须考虑激光晶体的热效应。针对激光晶体的热效应控制提出了一种以PIC为核心的大功率激光器温度控制系统。为了确保大功率激光器在合适的温度下正常运行,系统采用铂丝热电阻PT100、XTR105自带传感器激励源及内置线性化电路变送器组成温度传感器,温度传感器将采集的温度送入PIC单片机进行处理,对水流及电磁阀进行控制,从而达到控温的目的。系统还具备水流、液位监测报警功能,可有效保护大功率激光器关键部件。测试结果表明,系统温度的有效测试范围为0～40℃,控制精度≤±1℃。目前系统已投入工程化应用,可有效提高泵浦模块的效率,改善光束质量。

杂波背景下低空小型无人机的检测已成为非常具有挑战的问题。采用电磁仿真计算某小型无人机的雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS),根据雷达方程仿真分析了大气衰减及地杂波背景下的雷达探测距离。结果表明:在一定功率下,考虑大气衰减和地杂波的影响,有最佳的探测频率。进一步分析,如果采用地杂波动目标显示(Moving Target Display,MTI)抑制技术,可将最大探测距离提高25.76%。

随着电子用品的普及和需求量的上升,其主要组成部分PCBA的生产量也十分巨大。为了保证产品的功能性完备,对PCBA的检测也是不可或缺的,现在大部分PCBA生产公司中还在使用人工检测。对于每天的生产量而言,人工检测的成本高、效率低,时间性价比不高,针对目前印刷电路板组装件(PCBA)元器件检测存在的问题,从经济、快捷、可靠的角度出发,提出了一款新的基于机器视觉的检测系统。以流水线上实时检测为目标,以Lab VIEW14.0作为开发平台,将硬件设备和软件相结合,运用虚拟仪器LABVIEW中的IMAQ Vision模块进行图像处理,对PCBA元器件进行高效、精确地实时检测,实验结果表明,系统能够适应高速流水线上的实时PCBA板元器件的精准快速检测,实现人工智能。

空间调制是一种新型多天线传输技术,在隐蔽通信中具有广阔的应用前景。针对传统空间调制主要集中在地面通信场景下,而极少涉及地空场景应用研究的现状,在对空间调制通信模型简要介绍的基础上,提出了改进的空间调制系统地空通信信道模型,并分别研究了此信道模型中空对地通信传输场景和地对空通信传输场景的信道相关性,以及应用空间调制的适应性。并对上述理论分析的有效性及传输性能进行了仿真验证,从而为空间调制在地空通信中的工程应用提供了重要参考。

对流层散射通信作为一种重要的军用通信手段,其发展历程是二战以后各国政治、军事和经济角逐的缩影。散射通信固定站作为一种特殊的散射通信站型,随着国际环境的变化和技术水平的发展,其应用领域也发生了巨大的变化。在探讨散射固定站国内外发展和应用现状的基础上,根据国内散射固定站建设经验,给出了海上散射固定站建设要求以及未来应用展望,对散射通信固定站今后的发展具有借鉴意义。

卫星通信由于其通信容量大、通信距离远、覆盖面积大、机动性好等优点,是未来战争中一种不可或缺的传输手段,也是赢得战争主动权的重要保证。以美国为代表的世界军事强国经过多年的发展,已经构建了较为完备的军事卫星通信系统。但美军认为其当前卫星通信系统仍不足以满足10年后作战需求,于是出台了一系列计划和项目,试图打造面向更长远未来的军事卫星通信体系。在分析介绍美军新一代卫星通信系统现状和几个未来发展计划的基础上,归纳总结了美军未来军事卫星通信发展思路,即卫星系统弹性抗毁,利用分散体系,更广泛使用商用卫星等。

针对高速跳频通信系统的需求,设计并实现了一款工作在C波段、带宽为1 GHz、步进为3 MHz的宽带频率源。该频率源采用DDS激励PLL方案,用FPGA控制DDS实现低频段的小步进跳频,再用乒乓式锁相环进行倍频得到最终输出。采用2路DDS基准时钟来保证杂散指标,并对跳频时间和相位噪声等指标进行简单预算,得到整个系统最大跳频时间小于1μs,相位噪声优于-106 dBc/Hz/10 kHz,杂散优于-60 dBc。

指向精度是车载天线的关键技术指标,直接影响到整个系统工作的可靠性,而影响车载天线指向精度的因素众多,介绍了车载天线系统的组成和对指向精度的要求,给出了指向精度的计算方法,分析了指向精度的组成和产生原因,改进了车体、天线结构、天线驱动的设计方法,提高了系统的指向精度,在实际测试和使用中指向精度有明显提高,和理论计算结果相符,对车载天线系统的设计具有指导作用。

为了改善相控阵天线系统T/R组件间群时延特性差异,降低群时延对系统合成信噪比的影响,对群时延补偿均衡网络进行了研究。在全通网络理论基础上,根据系统可重构需求,提出了一种新型可重构的网络拓扑结构,利用可调元件解决了群时延调整问题;提出了利用微机电系统(MEMS)工艺技术,在硅基上制造可调高Q值电感、电容的思路。以某S频段相控阵系统为例,统计了组件射频通道群时延特性差异,利用新型拓扑网络结构,设计了群时延均衡单元。软件仿真表明:均衡单元谐振频率调节范围达到450 MHz,群时延大小可调范围可达20 ns以上,指标满足系统对群时延均衡网络的要求。

软件无线电中,插值滤波的算法是利用DSP来实现的,虽然其执行起来可移植性较好,开发周期较短,但存在运行速度慢、效率低的问题。使用硬件来实现有诸多优点,如运行速度快、效率高、可提高数据吞吐量和降低功耗。提出一种针对该算法的硬件实现方法,将内插滤波算法适配到一个合理的VLSI体系结构中。在拉格朗日立方插值器的基础上,为获得内插估计值而采用的分段抛物线内插滤波器,采用Farrow结构来提高滤波器的运算速率,并在FPGA上仿真,运行实现。仿真结果表明该方法正确、有效。