雷達技術論文范文

導語：如何才能寫好一篇雷達技術論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

《激光雷達技術原理》以測量學和數據處理理論和方法為基礎，講授激光雷達技術的基本原理和數據后處理方法，同時結合實際案例講解激光雷達技術在測繪、地質和工程等領域的應用前景和亟待解決的問題。由于激光雷達是一項測繪新技術，國內還沒有成熟的教材，因此結合國際上較為權威的專著《AirborneandTerrestrialLaserScanning》［5］以及國內外相關的研究和應用成果自編了教程，對學生采取了“了解—新型傳感器原理”“熟悉—激光掃描儀操作”和“掌握—激光點云數據后處理方法”的教學模式，以達到從理論到實踐的教學效果。

1．1了解新型傳感器原理

首先，以學生熟悉的全站儀為對照，讓學生了解激光雷達是一種集成了多種高新技術的新型測繪儀器，具有非接觸式、精度高(毫米級/亞毫米級)、速度快(可達120萬點/秒)、密度大(點間距可達毫米級)的優勢，且數據采集方式靈活，對環境光線、溫度都要求較低。其次，讓學生理解LiDAR的測量原理主要分極坐標法和三角測量法兩種。其中，對于極坐標法測量，使學生了解測距的關鍵在于時間差的測定，引出兩種常用的測時方法:脈沖法和相位法;讓學生理解直接測時和間接測時的區別以及各自的優缺點，從而進一步了解脈沖式和相位式激光掃描設備的優勢、局限性以及應用領域。最后，通過介紹激光雷達采集數據的掃描方式，讓學生了解不同平臺上的激光雷達傳感器的工作特點，如固定式激光掃描儀適合窗口式和全景式掃描，車載、機載以及星載平臺適合移動式掃描等。

1．2熟悉激光掃描儀操作

考慮到各類平臺激光雷達的作業特點以及現有設備的情況，《激光雷達技術原理》課程以地基三維激光掃描儀為重點，讓學生熟悉儀器的外業操作。盡管激光掃描儀數據采集的自動化程度較高，外業采集仍然需要解決掃描設站方案設計和不同掃描站間連接點選擇等問題，要求學生在熟悉激光掃描儀軟硬件操作的同時，還要掌握激光掃描儀外業采集方案的設計:踏勘工作區，分析研究最優化的掃描設站方案和坐標轉換控制點選擇，畫出相關的設計草圖，并設置主要掃描設站的標志。要求設站位置既要保證與相鄰站的重疊，又要覆蓋盡量大范圍的被掃描對象，以減少設站數，從而提高外業數據采集效率。

1．3掌握激光點云數據后處理方法

利用點云數據可視化與點云原始存儲格式之間的明顯反差，讓學生了解激光點云數據后處理的重要性和難點，及其已成為制約激光雷達技術應用瓶頸的現狀。根據學生的理解程度，選取了點云的拼接/配準、點云的濾波和分類、點云的分割和擬合等后處理方法，要求學生掌握相關的算法并編程實現。

1．3．1點云的拼接/配準點云拼接是將2個或2個以上坐標系中的大容量三維空間數據點集轉換到統一坐標系統中的數學計算過程。要求學生掌握如何解決點云拼接的兩個關鍵問題:同名特征的配準以及旋轉矩陣的構造。對于同名特征的配準，使學生了解常用配準方法的特點和適用范圍，如ICP方法適合用于精拼接，而基于特征面的方法對場景特征分布要求較高等。著重讓學生掌握最常用的人工標靶識別，以及特征面匹配，后者有別于學生所熟知的點特征匹配;對于旋轉矩陣的構造，拓展學生在《攝影測量學》［6］中學習的基于歐拉角的旋轉矩陣構造，掌握角－軸轉角系和單位四元數方法。

1．3．2點云的濾波和分類要求學生了解濾波和分類的目的是解決激光腳點在三維空間的分布形態呈現隨機離散的問題。掌握基于高程突變和空間形態學的點云濾波和分類方法。讓學生理解單一的信息量會導致算法不穩健，從而引出多源數據融合的思路。目前，已經有很多激光掃描儀生產廠商推出的新產品中實現了多傳感器平臺的集成，如激光掃描儀會搭載小像幅的數碼相機，甚至有些系統還提供由集成傳感器生成的紅外影像。每種數據源都有其自身的優點和局限性，將多源數據融合能夠彌補各個單數據源的局限性，增大信息量，從而提高濾波和分類方法的穩健性。

1．3．3點云的分割和擬合要求學生掌握實現點云分割的相似性原則:平面性、曲面平滑度和鄰域法向，以及常用的點云分割方法表面生長法?？紤]到點云擬合是由離散激光點坐標計算特征模型參數的過程，要求學生掌握點云擬合中兩個主要問題的解決方法:粗差剔除及最優解獲取。

2實踐教學法

實踐教學是卓越工程師培養體系中一個重要的組成部分。作為技術性的測繪工程學科，除應用測量儀器采集數據、應用計算機處理數據的基本能力外，還需要構建實踐教學體系以培養學生在實踐中選用適當的理論、技術、儀器設備和作業方法解決測繪工程與地理空間信息產品生產實際問題的能力，從而使學生接受測繪工程與地理空間信息產品生產方案設計、實施以及實際應用中測繪工程解決方案確定等系統化訓練。《激光雷達技術原理》課程實習要求學生全面應用所學知識，利用實習場地，依據實習目的和要求在老師的指導下分組獨立完成全部實習內容。實習儀器為中國地質大學(北京)遙感地理信息工程教研室使用教育部采購專項購買的RIEGLLMSZ620三維激光掃描儀?！都す饫走_技術原理》課程實習的目的主要是使學生通過三維激光掃描儀的使用，進一步鞏固和加深理解相關理論知識和技術方法。要求熟悉三維激光掃描儀數據采集與處理(包括DEM、等高線和剖面圖生成以及三維建模等)的全過程。通過實踐性教學，不僅能夠讓學生掌握基本的軟、硬件使用操作方法和LiDAR測量項目的作業流程，而且能夠加深學生對所學專業理論知識的理解。培養學生的應用能力、創新能力以及嚴肅認真、實事求是、吃苦耐勞、團結協作的精神。要求學生必須參加每一個實習環節，協作完成實習任務，獨立完成實習報告。實習內容主要包括以下部分。

2．1三維激光掃描

數據的外業采集要求學生分組完成測區劃分和踏勘，確定測站位置，根據測區地形，設計外業數據采集方案，完成外業設站、反射標靶布設和數據采集工作。學生需要完成校園內建筑物點云數據和奧林匹克森林公園地形點云數據的采集。

2．2點云數據預處理

要求學生分別利用隨機軟件RiSCANPRO和上機C語言編程對外業采集的三維點云數據進行預處理，包括點云數據的濾波和拼接。

2．2．1點云濾波1)手動濾波要求學生利用RiSCANPRO對點云數據進行濾波。RiSCANPROv1．7．0有兩種模式，即Filterdata和Terrainfilter。前者針對一般數據，后者對于提取地形的數據有明顯效果。2)自動濾波要求學生上機應用C語言編程實現數學形態學方法、移動窗口濾波法、迭代線性最小二乘內插法、基于可靠最小值的濾波方法等常用的地形濾波算法，對外業采集的數據進行濾波，并對各算法的結果進行比較和分析。圖1為學生基于虹灣地區嫦娥一號激光測高數據，利用五種濾波方法濾波后的數據點殘差值分布圖［7］。

2．2．2點云拼接1)基于反射標靶的點云拼接要求學生利用RiSCANPRO軟件，結合外業數據采集時布設的標靶連接點，對地形和建筑物點云數據進行拼接。激光點云數據的拼接有兩種方式:公共反射體的方式和采用使所有的反射體處于同一坐標系統的方式。在實際操作過程中，要求學生對兩者結合使用，以期達到更好的拼接效果。2)基于特征面的點云拼接要求學生在對點云進行擬合的基礎上，選取至少三對相互正交的特征面，利用C語言上機編程，實現基于特征面的點云拼接，并與單純基于點的拼接結果進行對比，分析不同方法的優缺點。

2．2．3地形數據處理對地形數據的處理主要包括三角化、平滑、生成等高線和剖面。三角化參數的設置可參考量測工具量測出的點云中兩點之間的距離初步設定，這個值可適當調整，目的在于使圖中的點云數據彼此之間能盡量大面積地構成三角網;要求學生對已經完成三角化的數據進行平滑處理;針對已經完成平滑的數據，利用RiSCANPRO軟件生成等高線。剖面圖的顯示既可以針對三角化之前的數據，也可以針對三角化之后(包括完成平滑的數據)來操作。

2．2．4建筑物幾何模型重建針對《激光雷達技術原理》數據處理方法的教學內容，指導教師結合自身的研究成果組織研究生開發了點云分割和擬合以及三維建模等軟件模塊，考慮到學生的掌握程度和實用性，要求學生在利用軟件模塊實現點云數據分割和擬合的基礎上，利用AutoCAD軟件手工建立建筑物的幾何三維模型，基于3DSMAX軟件建立建筑物紋理模型。圖2為暑期教學實習中指導學生利用商業軟件和自主開發的軟件模塊重建的地大校園主要建筑物的三維模型。

3結束語

篇2

英文名稱：Modern Radar

主管單位：工業和信息化部

主辦單位：南京電子技術研究所

出版周期：月刊

出版地址：江蘇省南京市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1004-7859

國內刊號：32-1353/TN

郵發代號：28-288

發行范圍：國內外統一發行

創刊時間：1979

期刊收錄：

CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)

Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)

中國科學引文數據庫(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

期刊榮譽：

聯系方式

期刊簡介

篇3

關鍵詞：雷達探測威力；中低；表征方法

中圖分類號：TN959文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.10036199.2017.01.029

1引言

雷達研制廠所在交付裝備時會給出雷達探測垂直威力圖，從該圖中能直接讀取雷達對不同高度（仰角）空中目標的最大探測距離值，這些指標值根據雷達技術參數和目標RCS大小經雷達方程計算得出，并通過檢飛試驗驗證[1]。然而該雷達威力圖并不能全面反映對空警戒雷達在目前典型防空戰術背景條件下的探測能力，主要局限性體現在兩個方面：一是垂直威力圖給出的指標值僅是針對指定RCS目標的計算結果，不同目標的RCS不同，垂直威力圖不能直接給出雷達對其他RCS目標的探測能力；二是垂直威力圖不能詳細描述雷達對低空突防目標的探測能力。圖1是某典型中低空搜索雷達對RCS為2m2目標探測的垂直威力圖[2]，該圖給出了雷達對2000m以上高度飛行目標的探測能力，而未能給出雷達對2000 m以下高度目標的探測能力。現代戰爭表明，戰斗機在攻擊行動中，通常會選擇在較低的高度進行突防，雷達對低空目標的探測是雷達探測能力評估的一個重要關注點。論文針對雷達探測垂直威力圖的上述局限性，提出了雷達探測威力的新的表現形式及其計算方法，利用該方法計算雷達對典型空中目標的探測威力，并對計算結果進行進一步分析。

2雷達探測威力表現形式及計算方法

戰斗機在進行反艦和對地攻擊行動時，通常會選擇在某個高度層進行突防，當逼近至導彈的射程之內時開始發射導彈。如果在戰斗機突防階段能及時發現目標，并在導彈發射之前進行有效攔截，能大大提高防空作戰的效能[3]。基于以上原因，提出雷達對空探測威力的表現形式，為雷達對不同RCS目標在不同高度條件下最遠發現點在地球曲面上的投影距離（簡稱為水平距離）。與反艦導彈或對地攻擊導彈的射程相比較，水平距離能直觀反映防空作戰中雷達對戰斗機攻擊行動的快速反應能力，

首先根據目標RCS、雷達威力圖和雷達方程計算雷達對各仰角目標的最大探測距離，然后根據雷達與目標之間的幾何關系計算雷達對各高度層目標探測的水平距離。

可以看出，當目標飛在300 m以下高度飛行時，雷達探測水平小于100 km，而當前服役的機載反艦導彈或者對地導彈的射程大都超過100 km[6]，因此，當中小型戰斗機選擇在300 m以下高度進行突防和攻擊時，雷達無法在導彈發射之前發現目標。因此該區域是中小型戰斗機突防的最佳區域，也是防空預警探測的薄弱區域。

同理，計算雷達對隱身戰斗機在各飛行高度層的水平探測距離如圖5所示。

可以看出，無論隱身飛機從哪個高度突防，雷達探測的水平距離都不超過90 km，小于機載反艦導彈或對地導彈的射程，其中，當隱身飛機在4 500 m以上高度突防時，雷達探測水平距離不超過40 km，并且小于在100 m高度突防時的探測水平距離，所以隱身飛機選擇從高空突防被探測到的概率更低，這是由于對空警戒雷達為有效利用探測能量對天線方向圖進行了低空賦形所致?？梢钥闯?，目前常規對空警戒雷達難以對抗高空突防的隱身目標，必須采取有效手段[7-17]。

3結束語

文章提出了在一定戰術背景條件下雷達對空探測威力的表征計算方法，即先根據雷達指標威力圖、目標RCS和雷達方程計算雷達對各仰角目標的最大探測距離，然后利用雷達與目標之間的幾何關系求解出雷達對目標在各高度上最遠發現點在地球曲面上的投影距離。該投影距離能體現防空作戰中信息系統對目標攻擊行動的快速反應能力?？梢缘玫皆摲椒蔀榕炤d和岸基雷達對空探測能力的評估提供定量分析手段。

參考文獻

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篇4

關鍵詞：合成孔徑雷達；原始數據；頻域仿真

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)10-2341-02

Extended Scene SAR Raw Data Simulation Method for Time and Frequency Domain

ZHANG Qi-wen1,2, YANG Ze-gang2, ZHANG Xiao2

(1.Hohai University College of Energy and Eletrical Engineering, Nanjing 210098, China; 2.Navy Submarine Academy, Qingdao 266071, China)

Abstract: The method of raw data was explained in detail on the basic of Airborne SAR system return signal model.This paper expounds the distribution of original data simulation target two kinds of most basic methods, the steps and results of simulation were provide the validity of method.Through comparison of experimental results obtained inferiority of the two methods.

Key words: SAR; raw data; simulation

合成孔徑雷達技術的研究過程中需要大量的原始數據，而如果研究需要的所有原始數據都通過實測數據或者購買則成本將過于昂貴。另外，合成孔徑雷達對自然地面場景成像的機制非常復雜，必須通過建立有效的模型來幫助解釋這種復雜的回波機制。本文將闡述分布目標原始數據模擬的兩種方法。

1 分布目標原始數據數學模型

隨著雷達平臺的運動，每個脈沖信號所覆蓋的地面目標區域也是不斷變化的。假設一個矩形分布目標的距離向長度為lr，方位向長度為la，機載SAR距目標的最近距離為Rmin，最遠距離為Rmax (即在波束照射范圍內目標離SAR的最遠距離)；則回波數據距離向的長度為lr=Rmax-Rmin，方位向的長度為Xa=la，則分布目標的回波數據大小與點目標不同的只是方位向上需要加上一個目標的尺寸，而距離向上完全相同。

方位向比點目標所增加的點數為，類似點目標產生原始數據，分布目標的原始數據可以看作是由多個散射點組成的，因此其數學表達可以寫作：

(1)

表示成二維離散形式為：

(2)

其中對于小平面單元Aik，δik為它的后向散射系數，rik(nT)為它在時刻n與平臺的距離，Wrik(nT)為它的距離向天線增益，Waik(nT)為它在時刻n的方位向天線增益。

分布目標原始數據計算方法如下：假設以方位正中心橫過波束中心時刻為t=0時刻，凡所在位置為原點，忽略天線距離向加權的影響，對于第n個發射脈沖，地面散射單元矩陣形成的第m個距離門回波為：

(3)

或表示為積分形式為：

(4)

其中，i和j遍取波束照射范圍內所有對第m個距離門回波有貢獻的地面散射單元，ρc(i,j)是地面散射單元的等效復散射函數。對測繪帶上波束照射范圍內的地面散射單元完成上述處理后，將得到一個回波脈沖信號在距離門上的值，此時各距離門上的回波信號已經完成了方位向回波的混疊，再與發射信號卷積便得到一個脈沖的回波信號。隨著雷達平臺的運動，每個脈沖覆蓋的目標范圍是變化的，在每個方位位置上都根據上述方法計算雷達回波，從而得到整個仿真區域的目標回波信號。

2 原始數據模擬方法

一是采用時域仿真的方法，根據SAR的工作機理，在不同方位時刻逐一算出當前時刻的目標回波，然后構成整個合成孔徑時間的目標回波矩陣；二是采用頻域的方法，Giorgio Franceschetti提出采用二維FFT方法，提高計算速度，而國內大多SAR原始數據仿真的文章也是借鑒教授的思路。這些已有的方法雖然能夠得到較好的仿真效果，但不是測試準備工作量大，就是運算量大、處理比較繁瑣，即使一些簡易模擬方法在處理上仍需大量的工作。

1) 基本流程

已知目標的后向散射系數和系統的脈沖響應函數，得到雷達回波數據，通過成像處理驗證所關心的問題。假設目標后向散射系數為：γ(x,r)，系統的脈沖響應函數為：s(x',r',x',r')，則回波數據或原始數據ss(x',r')如下所示：

(5)

其中，x為目標在方位向場景中心的位置，x'為雷達所處的位置；r為目標在距離向相對于場景中心的位置；r'表示天線接收到目標(x,r)處回波信號相應的距離向位置。SAR系統原始數據回波的模擬步驟如圖1表示。

在原始數據模擬中，首先根據選用的數學模型和系統參數，來獲得目標的后向散射系數。后向散射系數和系統脈沖響應函數s(x',r',x,r)通過合理的模擬方法得到所要的SAR系統回波模擬原始數據。在圖1中對應實線的模擬流程中，原始數據可以直接通過成像處理來驗證系統性能和成像算法。圖1對應的虛線模擬流程中，原始數據變為真實回波信號輸入實際的SAR系統驗證系統得到的性能指標和采用的成像算法。在模擬過程中一般用到點目標、點陣目標、面目標、分布目標、真實場景目標等這些基本的目標模型。

2) 模擬步驟

時域模擬的基本步驟如下：

(1) 按照方位向上的時間順序，確定雷達天線各方位時刻。

(2) 確定在不同的時刻天線所覆蓋的點目標，計算覆蓋區域內雷達天線波束中心與目標之間的距離。

(3) 考慮實際天線的加權，計算得到不同時刻天線所覆蓋目標的方位向多普勒數據。

將對應方位向時刻，所有覆蓋區域目標的方位向數據和距離向的數據相乘，得到該時刻各個目標的回波。所有回波按照距離門由近到遠的順序疊加，得到該方位時刻的雷達回波數據。

(4)重復(2)～(4)得到雷達所有方位向數據回波，即原始數據。仿真結果見圖2所示。

頻域模擬的基本步驟如下：

(1) 目標的后向散射系數通過快速傅立葉運算變換FFT到頻域。

(2) 系統的響應函數也通過快速傅立葉運算變換FFT到頻域。

(3) 將步驟(1)和(2)得到數據在頻域完成點乘。

通過快速傅立葉逆變換IFFT，得到雷達回波數據。仿真結果見圖4所示。

3 實驗結果與分析

由圖實驗使用大小為1200×1200m的目標場景，圖5中給出二維頻域（用虛線表示）和時域法（用實線表示）計算產生的原始數據在距離向和方位向上的相位對比圖，并給出相位的誤差曲線，從誤差曲線中可知二維頻域計算原始數據與時域計算結果相位相比同一方位向的誤差在20度以內，同一距離向誤差在10度以內，相位誤差主要來自于距離向和方位向二維FFT變換中的兩次相位駐定原理的運用。

兩種原始數據仿真方法中，時域模擬精確度最高，可以很精確的仿真出任意路徑下的平臺運動誤差，然而其缺點是：計算量大、耗時長。針對時域算法效率低的缺點，二維頻域生成原始數據的計算量小，執行效率相比時域提高較大，然而其在計算目標點的系統傳遞函數時采用距離向的參考近似，在對傳遞函數的二維時域到頻域的變換中采用相位駐定原理引入誤差，這兩點決定二維頻域算法將存在一定的相位誤差。

參考文獻：

篇5

關鍵詞：T/R組件；ADS；電路仿真；指標分配

Scheme Simulation of T/R Module Using Agilent Advanced Design System

WEI Xianju

(Electronic and Electric Engineering Institute,Shanghai Jiaotong University,Shanghai,464000,China)Abstract：T/R module is the significant component of the phase array radar.It needs little weight,low cost,and easy to produce.It is important to select a befitting scheme and a suitable set of microwave chips for matching the required perfor[CD*3］mance.Using the Advanced Design System (ADS) software to simulate the T/R module performance at initial stages.It could shorten the design cycle and avoid cost waste which unwanted.

Keywords：T/R module;ADS;circuit simulation;parameter assignmentオ

隨著第四代戰斗機的需要和有源相控陣技術的發展成熟,有源相控陣雷達的設計和生產受到越來越多的重視。其中T/R組件的設計生產是有源相控陣雷達設計的關鍵因素。由于在一部雷達中所裝備的T/R組件數量巨大,而組件中所使用的各類器件又比較昂貴,因此,在符合雷達既定設計指標的條件下,如何盡量降低組件的體積、重量、控制元器件成本,是每個設計人員需要仔細思考的重要問題。在設計初期對系統組成進行合理的論證和規劃,可以有效地縮短開發周期和設計成本。

Advanced Design System(ADS)是Agilent公司推出的微波電路和通信系統仿真軟件。其功能非常強大,仿真手段豐富多樣,可實現包括時域和頻域、數字與模擬、線性與非線性、噪聲等多種仿真分析手段,并可對設計結果進行成品率分析與優化,從而大大提高了復雜電路的設計效率,是非常優秀的微波電路、系統信號鏈路的設計工具。主要應用于：射頻和微波電路的設計,通信系統的設計,DSP設計和向量仿真。本文主要介紹ADS在T/R組件系統論證中的仿真應用。

1 系統組成和主要指標

一個典型的T/R組件主要由接收前端、高功率發射電路和包括移相衰減控制的共用電路等部分組成。組成框圖如圖1所示。

T/R組件主要的技術指標包括：接收增益、接收噪聲系數、接收三階交調、發射增益、發射功率等。下面針對以上指標使用ADS進行方案論證。主要的工作是對各級電路進行指標分配,通過仿真來論證所選方案(元器件)是否可以達到系統設計要求,藉此,指導元器件的選擇和電路的實施。

設定系統指標：

接收增益≥25 dB；接收噪聲系數≤4 dB；接收三階交調≤-40 dBc；發射輸出功率≥39 dBm；發射輸入功率≤3 dBm。

2 系統仿真

在Agilent的ADS仿真軟件中,有非常完善的仿真工具和元器件仿真模型,所有的功能級元器件模型可以從ADS的RF/Analog library中選取。從諧波平衡庫(harmonic balance library)選取P[CD#*2]1 tone source作為輸入信號源,選取50 Ohm terminal作為輸出負載。為了取得比較真實的仿真效果,模型的參數設置選取生產廠家提供的器件典型參數值。因為共用電路是分時應用在接收和發射狀態,所以仿真時,在接收和發射通道中都要使用到。

2.1 接收通道仿真

接收通道的一般仿真電路如圖2所示。接收通道主要由接收機保護器(限幅器)和低噪聲放大器(LNA)組成,作用是將由天線接收到的微弱信號進行低噪聲放大,以提高雷達系統的接收靈敏度,然后進行相應的移相和幅度衰減處理。

由于接收通道一般都是針對小信號的處理,所以用到的仿真工具主要是S參數(S-Paramaters)仿真器和諧波平衡(Harmonic Balance)仿真器。在仿真器中設置相應的頻率范圍,然后進行仿真即可獲取相應的仿真結果。接收通道主要的技術指標有噪聲系數、接收增益和三階交調等。這三個指標是相互關聯制約的,下面通過仿真說明如何通過在各級電路上的合理分配來尋求三者之間的合理平衡。

圖2鏈路中無源電路的總衰減指為-19 dB,要達到25 dB的接收增益,放大器的總放大量為：25-(-19)=44 dB,考慮各級電路匹配失衡造成的損耗和必要的增益余量,取電路總放大量為 46 dB。設計中需要將總的增益量合理分配給兩個或者更多個放大器,同時要滿足接收通道對其他指標(噪聲系數、三階交調)的要求。

圖3是圖2電路在保持接收增益和各級噪聲系數相同的條件下, LNA1不同的放大量與接收通道噪聲系數的對應關系。可以看出,第一級低噪放的放大量越大,接收噪聲系數就越小。但是,由于第一級低噪放的輸出功率和三階交調都比較低,過大的增益會惡化三階交調指標。如圖2所示兩級增益較大的放大器前后級聯在一起,其仿真結果如表1所示,可以看出增益被壓縮了,并且系統的三階交調指標也不能達到系統要求。如果將LNA2后移到鏈路的最后,仿真結果如表2所示,三階交調指標將得到明顯的改善,但同時接收噪聲系數又有所惡化。

為了在噪聲系數與三階交調之間需求平衡,可以將LNA2拆分為兩個增益較小的放大器,分別放置在LNA1之后和鏈路的最末級,更改后的電路如圖4所示,仿真結果如表3所示,通過合理調節幾個放大器之間的放大量和三階交調量,最終得到適合系統需求的參數。相對于通道的增益,在另一個角度上輸入信號功率對三階交調具有同樣的影響所用。圖5是圖4電路在不同的輸入信號功率條件下,對應的三階交調指標?？梢悦黠@地看出,較低的信號功率可以獲得較好的三階交調指標。

發射通道一般由預先放大器和功率放大器組成。是將激勵器產生的發射信號,放大到一定功率電平,然后經由天線發射出去。發射通道比較關心的是發射輸入功率、發射輸入功率和附加效率等指標。發射通道的功能是提供相位和幅度經過調整的高穩定微波能量,輸出能力由微波器件的功率水平決定,發射輸出一般都是飽和功率輸出。因為T/R組件的能量損耗主要來自發射功率放大器,所以要特別注意提高效率,減小功耗。相對于接收通道來說,這里的增益一般是大信號增益。輸出功率飽和越深,輸出信號波動越小,但附加效率越差。

發射通道仿真電路如圖6所示。由于涉及到大信號的處理,仿真器選擇了諧波平衡(HARMONIC BALANCE)仿真器和大信號S參數(LSSP)仿真器?？梢詫νǖ赖墓β曙柡?增益壓縮和諧波分布等參數進行仿真。

┩6電路中末級的高功率放大器使用了平衡電路的方式,在其輸入/輸出鏈接了耦合器電路。對于大增益電路,如果級聯電路之間匹配的不好,很容易出現電路自激現象。使用平衡電路可以減少級聯電路之間的失配,有效避免自激現象的出現,同時可以提高信號的輸出功率。

圖6電路的部分仿真結果如圖7所示,分別給出了在不同的輸入信號功率條件下,發射通道的輸出功率和大信號增益指標的變化趨勢。隨著輸入信號功率增大,輸出功率相應增大,但可以明顯看出輸出功率逐步進入飽和,通道的大信號增益逐漸減小。應當指出,電路的小信號增益是固定的,當輸出功率飽和過深時,則增益壓縮過大,電路的效率也就相應降低。在滿足系統指標要求的情況下,應選擇較小的輸入功率,提高系統效率,降低電源電路的負擔。如圖7所示,當輸入信號功率>-2 dBm時,輸出功率>39 dBm,都滿足系統需要。為提高系統效率,同時保證足夠的系統指標余量,輸入功率應選擇略大于-2 dBm的一個值。

3 結 語

介紹了ADS仿真軟件在T/R組件方案論證中的應用。仿真選取了比較簡單的電路,僅在說明軟件使用的方法和作用。對于實際應用中的電路,可能更加復雜,例如可以包括信號的上下變頻、濾波、檢波,甚至信號的模數轉換等電路。對于如此復雜的電路,ADS仍然可以進行仿真和論證。通過行為級的系統仿真,確定各級電路的參數分配,然后進行各級電路的具體設計,即實際電路級的設計仿真,其仿真結果又可以反饋到系統級中進行論證,重新修正各級電路的參數分配。如此循環優化,逐步完成系統的設計論證,其設計流程如┩8所示。

參 考 文 獻

［1］賁德,韋傳安,林幼權.機載雷達技術［M］.北京:電子工業出版社,2006.[LL]

［2］朱華順.ADS仿真器及其電路仿真［A］.EEsof用戶會論文集錦\[C\].2005.

［3］盧朝政.利用ADS進行高功率放大器匹配電路設計［A］.EEsof用戶會論文集錦\[C\].2005.

［4］Huang Yong.System Simulation of a RF Transmitter System for Smart Antenna Using Agilent Advanced Design System［Z］.ADS Application Notes,2001.

［5］安捷倫科技有限公司.Agilent ADS 通信系統設計仿真軟件［Z］.

［6］David N,McQuiddy Jr,Ronald L,et al.Transmit/Receive Module Technology for X Band Active Array Radar［Z］.IEEE,1991,79(3).

［7］Mangatayaru Atluri,Balaji C G,Rajatendu Das.MEMS Based Active Electronic Scanning Array［A］.ISSS,Bangalore,2005.

篇6

關鍵詞：列車通信網絡；形式化建模；靜態屬性分析；形式化驗證；模擬驗證

我國幅員遼闊、人員眾多的基本國情決定了構建安全可靠、經濟環保以及實用快捷的高速列車的重要意義。隨著二十一世紀初葉我國第一條高速鐵路京津城際高鐵的正式通車運營，我國從此邁入了高速列車時代。根據《中國鐵路中長期規劃》，二零二零年我國將建設二百公里時速以上的高速鐵路長達約兩萬公里，以便滿足人民群眾日益增長的出行需要。隨著列車通信網絡的逐漸發展和創新升級，其取得了不菲的成就，然而在自主研發、設備制造以及維護運營等相關問題上尚未有切實可行的方案。但是我國鐵路尚還處于起步階段，迫切需要高速列車關鍵技術的技術支持。

一、列車通信網絡系統的形式化建模概述

（一）UML

UML是Unified Modeling Language的英文縮寫，又稱為統一建模語言。UML是二十世紀末期由對象管理組織的一種建模語言，其具備定義良好、功能強大以及使用便捷等諸多優點，因而在業界得到了廣泛使用[1]。UML支持對軟件密集系統的可視化建模，并且具有面向對象語言的特征，即其理念是“讓語言適應問題，而不是要問題適應語言”，它能夠讓開發人員關注與系統的模型和結構，而不是系統實現的具體細節，適用于數據建模、業務建模、對象建模以及組件建模等。

（二）Petri網

Petri網是德國科學家Carl Adam Petri博士于二十世紀中葉在其博士論文《Kommunikationmit Automaten》中首次提出的，然后經過了長達40余年的發展和完善，逐步形成的一種完整、系統的通用建模語言[2]。Petri網不僅可以勾勒系統的結構，還能描述系統的動態行為，當前其在計算機科學與技術、自動化科學技術、機械設計與制造、工業過程控制以及經濟學等領域都得到了普及應用。Petri網是一種基于圖形的數學建模語言，其既可以通過圖形界面模擬系統的行為特征，又能夠結合線性代數、矩陣論等相關數學理論對系統的性質進行有效的分析，Petri網的分類如圖1所示。

PetriW理論經過業界多年的實踐與完善，目前已經形成多層次、多分支的理論結構，從其外延上可以分為基本Petri網、有色Petri網、增廣Petri網以及含時間因素的Petri網等，其中有色Petri網、增廣Petri網以及含時間因素的Petri網均可以稱作高級Petri網。高級Petri網是對基本Petri網的擴展和抽象，其能夠做到對網中的托肯進行分類、解析和運算，減少網系統中國的基本元素，以便實現縮小網系統規模的目標[3]。高級Petri網的主要優勢是當其對復雜的系統進行建模時，所建立的模型將更為簡單、清晰以及直觀。

（三）時間自動機

時間自動機是一種用于實時系統建模和驗證的理論，其以基本有限自動機的為基礎，并加入了實時變量建模時鐘集合，時鐘變量的限制用于控制自動機的行為，相關研究機構在其理論技術上開發了時間自動機屬性驗證工具，比如UPPAAL以及Kronos等，實現了自動化驗證過程的高效執行。

二、列車通信網絡系統的形式化驗證方法

形式化驗證過程如圖2所示，較其他驗證方法，其具備四大優勢：第一，驗證情況蘊含所有的激勵空間，驗證過程和理論是完整的；第二，驗證結果的正確性以數學理論為保障，與系統的激勵情況無關；第三，驗證結果不需要建立參考模型，生成期望的輸出序列；第四，當驗證發現錯誤時，可以生成簡單易懂的錯誤調試信息[4]。當前，形式化驗證方法主要包括定理證明、模型檢查以及等價性檢查。

（一）定理證明

定理證明（Theorem Proving）的目標是借助公理和推理規則等形式化邏輯證明設計的正確性。在理論證明系統中，通過邏輯架構對設計進行描述，并用引理對一系列性質進行描述，引理需要通過一些推理規則證明正確性。一級邏輯和高級邏輯能夠準確無誤地實現系統信息的表達，進而有效規避了自然語言描述系統帶來的不準確的風險。

定理證明系統可以處理復雜的邏輯運算，定理證明過程以公理、推理規則、中間引理以及派生定義為依托，一般而言，往往需要具有專業素養過硬的人員進行推理路線的選定，進而交互式的完成證明過程。

（二）模型檢查

上世紀末期E.M.Clarke等提出了基于師太邏輯和有限狀態轉移圖的模型檢查方法之后，模型檢查方法因為較定理證明方法具有更高的自動化程度的優勢，而在世界上各個研究機構和實驗室得到深入研究和普及應用，以后經過了許多年的實踐和完善。模型檢查方法以時態邏輯為基本思想，描述程序或電路的時序性質，使用Kripke結構表示程序或電路的行為和結構，通過Kripke結構驗證其是否滿足時態邏輯公式。

結語

綜上所述，我國幅員遼闊、人員眾多的基本國情決定了構建安全可靠、經濟環保以及實用快捷的高速列車的重要意義。盡管高速列車網絡系統仍存在一些問題，但是隨著高速列車網絡系統形式化建模和驗證方法的實踐和不斷完善，我國的高速列車客運業到一定可以實現更為良好的發展。

參考文獻：

[1] 孫立宏，洪一.？？基于VMM統一驗證平臺的處理器芯片功能驗證[J]. 火控雷達技術. 2010（01）

[2] 陳江，陳建國，陸慧娟，王康健.？？UML時間順序圖的實時系統建模及驗證[J]. 中國計量學院學報. 2010（01）

篇7

關鍵詞：現狀 問題 對策

公路養護的主要目標是為了保證公路交通的暢通，防止交通能力的下降，城市公路養護管理是城市公路建設完成后的作業養護。在國際上很多城市都對公路養護進行了統一的項目劃分，以保證城市道路的使用功能。

一、目前公路養護的主要現狀

目前我國道路交通的主要特點在于道路設計、建設質量和運營模式，這使我國的公路養護具有如下的性質。

1.養護作業在實施的過程中具有強制性

公路是城市發展的基礎設施之一，其地位和作用非常重要，這決定了公路養護成為了法律制度控制下的強制。

2.養護范圍廣，養護項目覆蓋廣

公路養護不僅局限在路面養護，同時還包括了沿線橋梁、附屬設施、交通信號、綠化環保、服務設施等方面。

3.養護作業具有機動性和時效性

公路在養護過程中必須做到機動快捷、要保證其自身的實用性，并且要對公路養護的工藝技術和操作規程不斷更新，在施工過程中減少對既有交通的影響。

4.養護技術和施工過程比較復雜

城市公路的養護愛需要較高的機械化和專業化，同時在新工藝和新材料的使用上要保證專業化，尤其在養護檢測的技術上要將現代化的檢查設備應用到養護中來。

5.養護成本和人員素質不斷提高

公路的發達程度是一個地區的名片，所以公路養護必須在使用功能和服務水平上不斷提高，從事公路養護的作業人員和管理人員必須擁有較高的業務能力，對技術的構成十分熟悉，在管理上具有較高的素質水平。

二.公路養護中存在的問題

城市公路建設發展十分迅猛，但是公路養護體制卻十分保守，很多養護形式還屬于傳統的經驗型管理，已經不能適應市場經濟化的需求，目前常見的管理問題有如下幾個方面：

1.養護管理體制陳舊

很多城市公路養護管理直接由市政部門管理，這與當代市場經濟體制下的生產模式差異很大，已經不能適應公路養護企業的發展，市政部門的公路養護經費主要來自市政財政撥款，這種撥款形式不能適應城市道路管理的發展需求，并且限制了養護水平和管理機制的發展。

2.養護機制落后，輕視養護管理

1）由于養護管理有著強制性要求，所以沒有針對該項工程的法律約束，經常表現為養護質量不高、材料浪費嚴重、事故責任制不落實，同時在養護資金的投入中不能及時劃撥，這經常會造成小的路面問題發展為大的質量事故。養護資金投入不足還妨礙了公路養護技術的發展，使新的科學技術得不到應用。

2）目前城市公路相關的養護技術規范很少，很多養護工程都要套用新建工程的技術規范，這造成了養護工程在支出中缺少質量控制標準。養護質量的檢查標準只能用“百分率”來代表，不能完成城市道路的養護指標。

3）養護設備較少，養護技術沿用傳統的技術工藝，目前我國的很多城市雖然引進了綜合性養護機械，但是這些機械設備缺少合理的養護和利用，促使機械的功能得不到開發，造成了嚴重的設備閑置現象。另外傳統的手工作業技術還在沿用，這并不有利于公路養護的可持續發展。

4）公路養護工程從業人員的素質不高，造成城市公路養護技術很落后，這不僅制約了城市道路的發展，還影響了公路交通的安全、快捷、經濟性等問題，使公路養護管理受到很大的阻礙。

三.城市公路養護管理的對策

1.養護管理體制改革對策

我國公路建設的初期都采用傳統的道路養護管理，這在我國公路養護歷史上發揮了重要的作用，并且根據養護管理積累了很多施工經驗，在當時的計劃經濟體制下的起到了積極的促進作用。但是到了現代，市場經濟占據了主體，傳統的城市道路養護理念無法客觀的完成工做任務，為了保證我國公路養護體制能夠不斷完善，我們要注意如下幾個方面：

1）根據城市公路發展趨勢制定相應的養護機制，城市公路養護和城市公路建設要進行集中考慮，并將領導權集中處理，在實施中實行分級管理，形成統一的公路管理養護標準，并且進行統一規劃和調度。

2）在管理過程中要符合市場經濟需要，要積極培養公路養護市場的發展，要做到管養分離。尤其在養護管理中要保證養護現代化進程。城市公路養護要積極面向市場，要通過招標施工隊伍，進行養護工程招投標機制，養護工程的改革會由計劃經濟形勢像合同管理模式轉變，以符合城市公路養護特點。

3）保證養護隊伍的專業化建設，養護隊伍必須保證人員素質、設備配套、施工方案合理，這樣才能完成公路突發事故的搶修。

4）實現養護工程的決策，使養護質量的檢驗成為一個綜合服務性指標，同時建立完善的公路養護管理數據，并積極引進國際行業評比標準，使城市道路的使用能力和服務水平得到提高。

2.養護管理法規體系的建設

公路發展與養護是分不開的，它對國家經濟發展有著重大的影響，所以政府部門必須加大立法和執行度，要堅持完善公路養護管理的約束性和規范性，將養護管理的強制性優勢發揮到極致：

1）公路養護管理中使用的行業規范和管理措施，使公路交通在滿足城市發展的同時，完善自身管理制度。

2）加強政府部門對公路圍護行業的監管力度，使公路養護企業能夠進行依法養護和維修，使其經營權和社會義務更加合法，同時滿足政府監管要求。先進適用的養護技術，保證了城市道路的正常使用，規范、科學、高效的管理使城市道路的服務水平不斷提高。面向二十一世紀的城市道路養護管理，必須具備強大的技術支撐。

4.利用交通地理信息系統（GIS—T ）促進城市道路養護管理現代化

由于交通地理信息系統可以將空間信息數字化，并使這些信息可視化，通過功能強大的軟件，使城市道路沿線三維空間分析直觀簡明，數據管理便捷高效，為城市道路養護和運營提供大量、及時、準確的數據信息，為城市道路交通的發展、科學管理和決策提供依據。

利用高科技檢測技術促進工程質量監測和城市道路養護智能化

通過利用高精度傳感器、雷達技術、R S 技術等高科技手段，實現人工檢測向自動化檢測發展，由破損類檢測向無損檢測技術發展，使城市道路質量的檢測、評估和病害分析更加快捷，使城市道路養護更加合理經濟。

6.使用新技術

推廣使用國外城市道路養護適用新技術、新材料、新工藝，提高路面耐久性，延長城市道路使用壽命。目前，城市道路建設中普遍采用的改性瀝青技術、SMA 路面技術、土工合成材料、乳化瀝青、稀漿封層等都是發達國家在城市道路養護過程中發展起來的，它們的推廣與使用，改善了城市道路橋梁等建筑的穩定性和耐久性，達到了節約能源、降低成本，實現城市道路交通可持續發展的目標。

總 結：

公路自身的特點決定了養護管理的模式和養護質量，所以說搞好公路養護管理是需要市政單位、養護企業共同努力的，公路養護和經營是一項任重道遠的任務，我們必須堅持城市道路養護的可持續發展，將公路養護的可持續發展上升到戰略角度，在深化城市公路養護體制的前提下，探索出一條最適合我國國情的城市公路養護管理模式。

參考文獻

[1]董茂強；袁文平.城市道路養護管理評價體系及其行業評價指標[J].中國市政工程，2010年05期