2022, 20(8):747-753. DOI: 10.11805/TKYDA2022071
摘要:为构建现代综合交通运输体系,支撑我国高速铁路向智能化方向发展,基于第五代移动通信技术(5G)的铁路5G专用移动通信(5G-R)系统将成为铁路智能联接的首选。2.1 GHz频段有望承载5G-R系统,支持铁路产业不断涌现的新业务。高速铁路枢纽场景是列车行车指挥和客货调度的中枢,具有业务量大、业务类型复杂等特点,对铁路通信系统提出了更高的要求。本文以厦门北站铁路枢纽为研究场景,基于电子地图建立三维场景模型,采用射线跟踪方法,仿真并分析场景的信道与传播特性,并提出了通信系统设计的相关建议。本文的研究结果将有助于为铁路枢纽场景5G-R系统设计与优化提供参考,提高铁路枢纽场景无线覆盖质量。
2022, 20(8):754-761. DOI: 10.11805/TKYDA2022047
摘要:高速磁悬浮列车因其高速便捷将是未来非常有竞争力的地面交通工具,但是高速磁浮车地通信面临多普勒频移大、越区切换频繁、传输实时性要求高以及需承载多种业务等技术问题。本文研究了无线局域网(WLAN)、38 GHz毫米波和地铁长期演进通信系统(LTE-M)/5G等常见民用通信和铁路地铁通信技术在高速磁悬浮系统中的适应性,并对这些通信技术在高速磁悬浮系统车地通信环境中的应用进行了详细分析,提出了改进和应用这些通信技术的方向和技术路线。
2022, 20(8):762-768. DOI: 10.11805/TKYDA2021355
摘要:高铁车地移动通信系统的吞吐量不仅受到频谱的限制,而且受到高移动性的限制,已成为制约智能高铁发展的重要瓶颈。一种提高系统吞吐量的有效方法是使用拥有较宽连续频谱的毫米波频段以及使用大规模多输入多输出(MIMO)和多波束成形技术。然而,使用固定波束宽度的多波束流在列车高速行驶过程中会产生严重的波束间干扰,因此,论文提出了基于最优波束宽度的自适应波束成形和联合传输方案。当列车距离基站较近时,激活全部波束,实现波束的空间复用,提高系统容量和传输可靠性。当列车距离基站较远时,为了避免波束间的严重干扰,用更多的天线阵元形成较少的波束,获得更大的波束增益,并与相邻基站进行波束联合传输,提升系统的吞吐量。仿真结果表明,与现有波束成形及传统自适应选择方案相比,所提方案吞吐量在小区边缘附近可以提升超过150%。
2022, 20(8):769-774. DOI: DOI:10.11805/TKYDA2022048
摘要:为推进智能铁路总体建设,实现高速铁路智能化,高铁信息基础设施将应用第五代移动通信技术(5G)建设铁路5G专用移动通信系统,2.1 GHz有望成为铁路5G专用移动通信系统的承载频段。高铁站台作为客货乘降与调度中转的功能核心,其在2.1 GHz下的电波传播特性亟待研究。本文以厦门北站高铁站台为研究场景,利用射线跟踪(RT)技术仿真2.1 GHz频段下的电波传播,基于仿真结果分析此场景无线信道特性,包括均方根时延扩展(RMS DS)、到达/离开方位角扩展、到达/离开俯仰角扩展(ASA/ASD, ESA/ESD)、交叉极化比(XPR)和以上参数的互相关。根据以上结果,对高铁站台场景中铁路5G专用移动通信系统的设计和评估提出相关建议。
2022, 20(8):775-780. DOI: 10.11805/TKYDA2022027
摘要:针对铁路5G专用移动通信(5G-R)系统基站布置密集、单体功耗高的特点,结合铁路无线通信的需求,研究采用太阳能(PV)为5G-R系统基站的射频拉远单元(RRU)设备供电的方案。对比分析5G-R系统RRU设备日用电规律及太阳能电池日发电规律,确定了采用太阳能结合储能与外电源的供电体系,通过比较几种太阳能电池与外电源组合供电架构的经济性与可靠性,推荐采用直流侧切换的供电架构,并进一步提出了采用直流侧智能配电的太阳能供电方案。本研究在保证5G-R系统运行安全可靠的同时,通过采用太阳能供电方式降低了铁路5G-R系统对外电源的需求。
2022, 20(8):781-789. DOI: 10.11805/TKYDA2022045
摘要:2018年10月,IEEE发布了最新的WiFi标准协议802.11ax(WiFi6),它同时支持2.4 GHz和5 GHz频段,传输速率可达9.6 Gbit/s[
2022, 20(8):790-803. DOI: 10.11805/TKYDA2021427
摘要:随着无线数据传输速率需求的爆炸式增长,太赫兹频段(0.1~10 THz)以其丰富的频谱资源备受关注。太赫兹光子学的通信技术因具有超宽带、调制效率高、谐波干扰小等技术优势,被公认可以极大地促进数据传输速率向Tbit/s发展。本文以光子太赫兹通信3个方面关键技术的综述分析为基础,包括光子太赫兹通信的收发器件、基带信号处理技术、系统架构与实验验证等,探讨光子太赫兹通信技术的发展趋势,并从宏观与微观尺度展望光子太赫兹通信的潜在应用场景。
2022, 20(8):804-809. DOI: 10.11805/TKYDA2021278
摘要:近年来,太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)被用于多种等离子体源的电子密度诊断研究中,但其可靠性程度评估工作开展较少,亟需补齐相应研究。本文将THz-TDS用于诊断电感耦合等离子体源(ICP)的电子密度,ICP驱动频率为13.56 MHz,功率为250~400 W,工作介质为氩气,气压为30~99 Pa。诊断结果显示电子密度随输入功率和气压单调递增,电子密度范围为1013~1014 cm-3。同时,利用COMSOL Multiphysics构建漂移扩散模型对该条件下等离子体电子密度进行数值计算研究。结果显示:实验测量与数值计算的电子密度值定量吻合较好,且两者随气压变化趋势一致。证实了THz-TDS应用到等离子体诊断领域中具有可靠性高、稳定性好等优异特性,具有非常广阔的发展潜力。
2022, 20(8):810-816. DOI: 10.11805/TKYDA2021269
摘要:针对被动式太赫兹安检系统因环境影响导致图像质量波动,从而影响识别算法,导致准确率大幅降低的问题,提出了基于Focal-EIOU损失函数的改进YOLOv4算法,并用被动式太赫兹人体安检图像对刀、枪违禁物品进行模型训练获得模型。建立不同环境、不同位置角度携带刀枪嫌疑物人员的太赫兹图像数据库,采用图像增广的方法构建丰富数据集;将YOLOv4的CIOU loss改进为Focal-EIOU loss,提高算法对太赫兹图像识别的鲁棒性,进而经过训练获得较优的模型。在本文的测试集中,使用改进后的算法训练的模型平均检测精确度(mAP)达到96.4%,检测速度在28 ms左右,交并比(IOU)平均值为0.95,在同等条件下高于常规算法,改善了检测识别的效果。实验结果表明,本文方法能够有效提高被动式太赫兹人体安检系统的嫌疑物识别准确率,有利于该项技术在人体安检领域的推广应用。
2022, 20(8):817-823. DOI: 10.11805/TKYDA2020352
摘要:雷达对于非合作目标的探测,存在目标微小与速度未知两大困难,而相干积累的方法需要准确探测目标速度,并进行速度补偿,实际应用过程中效果受限。针对此问题提出了一种调频步进编码波形设计方法,可以在速度未知情况下脉间积累,同时在准确测量速度后宽带合成。首先研究线性调频子脉冲的距离速度耦合特性,通过波形设计抵消脉间目标运动成像位置变化;然后研究调频步进编码波形的宽带合成技术,使所得的高分辨一维距离像无距离混叠。最后,数值仿真实验验证了所提出波形的优势与应用价值。
2022, 20(8):824-829. DOI: 10.11805/TKYDA2021268
摘要:为研究中层-平流层-对流层(MST)雷达在对流层高度上的回波机制,利用特殊天气条件(切断低压)下的雷达回波功率、风场,采用Lomb-Scargle谱分析、谐波拟合、Richardson数等方法分析对流层上部出现回波功率异常的现象。结果表明,在切断低压的天气条件下,急流和深对流造成持续存在的重力波源,重力波由下至上传播至对流层顶下方并发生饱和破碎,能量耗散在大气中,破坏了大气的静力稳定,形成K-H不稳定层,进而发展为湍流,使对流层区域出现雷达回波功率增强。
2022, 20(8):830-835. DOI: 10.11805/TKYDA2020347
摘要:高动态环境下常规协方差矩阵锥化(CMT)零陷展宽算法在零陷展宽后深度会变浅,且应用于二维平面阵上时需要信号来向信息。为此提出了干扰来向扰动服从Laplace分布的零陷展宽并加深算法。该算法首先对信号模型重新建模,并基于模型推导了二维Laplace算法;之后利用投影变换提取出数据中的干扰分量,并通过系数加权增强干扰分量;重新构造协方差矩阵,利用零陷展宽算法扩展干扰来向;最后结合功率倒置(PI)算法完成干扰抑制。仿真实验表明,所提算法不但能够在零陷展宽算法的基础上实现零陷加深,提高了抗干扰算法稳健性,并且能够适用于任意平面阵。
2022, 20(8):836-842. DOI: 10.11805/TKYDA2020692
摘要:由于深度学习算法具有特征表达能力强、特征自动提取以及端到端学习等突出优势,因此被越来越多的研究者应用至通信信号识别领域。然而,对抗样本的发现使得深度学习模型极大程度地暴露在潜在的风险因素中,并对当前的调制识别任务造成严重的影响。本文从攻击者的角度出发,通过对当前传输的通信信号添加对抗样本,以验证和评估目标对抗样本对调制识别模型的攻击性能。实验表明,当前的目标攻击可以有效地降低模型识别的精确度,所提出的logit指标可以更细粒度地用于衡量攻击的目标性效果。
2022, 20(8):843-848. DOI: DOI:10.11805/TKYDA2020372
摘要:设计了一种以柔性材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介质基片的超宽带(UWB)天线,其辐射单元由矩形和半圆环金属贴片组成,两部分结构由带状贴片连接,采用共面波导方式馈电。上述金属贴片嵌入在PDMS基片中间,用于人体通信的可穿戴系统。利用嵌入式结构,有效提高了天线的柔韧性和耐用性。为了更好地模拟天线在人体表面的工作环境,构建了包括皮肤、脂肪和肌肉的三层人体组织模型,满足人体安全的国际标准的最大天线比吸收率值为16.4 mW。最后对天线样品进行测试,结果表明天线总体性能稳定,阻抗带宽为5.39-10.33 GHz,实现了在医学机构使用的频段(5.725-5.875 GHz)要求。
2022, 20(8):849-856. DOI: 10.11805/TKYDA2020278
摘要:针对非光滑器件/电路的非光滑特性,提出了一种基于标准数学规划问题的建模及仿真。首先将非光滑器件建模为具有可能发生状态跳变的分段线性函数;其次给出了由这些非光滑器件构成的电路的非光滑线性特性的动态系统方程;然后对这些非光滑动态系统方程进行时间离散化得到各种类型的一步非光滑问题,如(线性)互补问题或具有等式-不等式约束的非线性(或二次)规划,进而进行数值求解。仿真实验结果表明,本文所提出的数值建模方法对于具有大量事件的非光滑系统是有效的,对于模型参数的变化具有鲁棒性。
2022, 20(8):857-862. DOI: 10.11805/TKYDA2020211
摘要:为了在低压激励条件下,利用声弹性准确测量螺栓预紧力,提出采用基于相关运算的信号处理方法。该方法通过比较发射波在接收波中最相似位置获得超声传播时间,从而测量预紧力;相关运算对噪声具有抑制能力,可以实现低信噪比下的传输时间测量,结合内插可提高时间测量分辨力;选择线性调频脉冲作为发射波,开展不同电压激励下的声弹性螺栓预紧力测试。确定了超声传播时间的最大误差不超过±2.9%。测试结果表明:该方法能够实现低压激励条件下超声传播时间的准确测量,结合内插法可以提高时间测量的分辨力。
2022, 20(8):863-868. DOI: 10.11805/TKYDA2021407
摘要:针对空间低照度环境下,互补金属氧化物半导体(CMOS)相机成像视觉效果不佳的问题,基于张量优化的图像融合方法研制一款高动态范围的微光相机。分析基于科学互补金属氧化物半导体(sCMOS)图像传感器亮暗场双通道ADC的电路特性,利用同源双通道图像数据构建三阶特征张量,通过对特征张量的平行因子分析,以融合图像动态范围最优为评价函数,引入拉格朗日乘数法作为张量分解的优化算法,实现实时的高分辨力高动态范围成像。研制一款基于LTN4625的微光相机,并进行成像实验。仿真实验结果表明,相机实现了50帧/s,4 608×2 592像素的高分辨力高动态范围成像,图像动态范围从低增益数据的5.2 dB和高增益数据的11.4 dB提高到了54.7 dB。该设计是一种微弱光环境下动态响应范围高、成像效果好的微光相机设计方法。
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