无线通信非线性失真仿真器的设计与实现

航空航天领域应用的通信系统由于发射功率和频谱利用率较高,需要考虑功率放大器非线性失真的干扰.已进行的大量研究,主要围绕功放非线性失真的模型描述和线性化方法.从测试角度出发,设计一种用于测试无线通信中抗失真干扰的能力的功放非线性失真仿真器,测试自适应预失真系统的工作性能,以及在指定功放条件下开发通信系统.此仿真器基于现有功放非线性失真模型,在数字信号处理器件中采用CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)流水线和LUT(Look-Up-Table)方式实现了失真模型的AM-AM和AM-PM变换.软件仿真及硬件输出结果显示,此仿真器实现了非线性模型描述的失真效果,验证了设计的可行性.      

基于查表的开环MPM预失真器

提出了一种基于查表的开环记忆多项式模型(MPM,Memory Polynomial Model)预失真器.从MPM预失真器系数估计和执行信号预失真处理两方面加以考虑.首先,利用预失真器和高功率放大器(HPA,High Power Amplifier)传输特性的互补性,由采集到的HPA输入、输出基带数据进行单次最小二乘估计得到MPM预失真器的系数,避免了以往递归结构的收敛性和计算量大等问题.然后,利用MPM预失真器的特点,建立了基于输入信号强度索引的一维向量表,通过查表实现MPM预失真器的幂次累加项,极大地减少了实现预失真器所需的计算量及硬件开销.仿真显示,采用提出的预失真器可以有效补偿HPA对信号的记忆非线性失真,有效带宽内获得了近20 dB的功率改善,也显著改善了系统误码性能.     

压扩与预失真结合的峰均功率比抑制方法

针对压扩法中峰均功率比抑制与系统误码率之间的矛盾,提出了一种压扩与预失真结合的方法.用Bussgang定理推导出正交频分复用信号经过非线性功率放大器后,在加性高斯白噪声信道下子载波信噪比的计算公式.用理想预失真代替非线性功放,再对线性压扩法进行改进.用理想预失真和改进后线性压扩的3个参数修改子载波信噪比计算公式,进而得到系统误码率.仿真结果表明:通过调整3个参数,在获得相同峰均比抑制效果及误码率的情况下,所提出方法的信噪比门限改善了0.8 dB.     

宽带转发器的功率利用率和交调干扰

动用统计分析的方法，给出了转发器功放的非线性与交调干扰的关系；可在保证一定信噪比的情况下得到较高的利用率，克服了在一般设计中为减少交调干扰，而尽可能提高功率输出地范围的盲目性，为宽带转发器的设计提出了一条新途径。     

WCDMA数字中频发信机的设计

基于软件无线电技术的设计理念,提出了一种新型的WCDMA数字中频发信机结构:内插和滤波设计中采用根升余弦数字滤波器(RRC)、半带滤波器(HB)以及积分梳状滤波器(CIC)三者相结合的方式,在数字域进行三载合路,并使用削峰和数字预失真技术对信号进行优化处理。新型结构使得设计灵活性更大,对射频功放线性度要求更低。关键模块的Matlab仿真结果表明,三载波主要性能指标邻道泄露比(ACLR)在5 MHz和10 MHz处改善度分别为20 dB和18 dB,达到-58 dBc和-60 dBc,完全满足3GPP协议的设计要求。     

抑制俯仰Ⅱ型PIO的四种滤波器性能比较

FWB、DS、DASA、RLF作为4种成熟、有效的非线性滤波器均用于解决以作动器速率饱和为特征的Ⅱ型驾驶员诱发振荡(PIO)相位滞后的问题,从而抑制PIO发生.借助描述函数理论,对各滤波器中非线性环节线性化处理,得到4种滤波器拟线性传递函数和相频特性曲线,研究、比较各滤波器在不同参数、不同输入条件下开环相位补偿能力.针对俯仰PIO问题,选取本机动态特性较差、易发生PIO的纵向飞机模型,构建带速率限制作动器的人机闭环系统,通过3个典型的俯仰飞行仿真任务,从抑制作动器速率饱和能力、俯仰响应特性、相位补偿能力、减轻驾驶员操作负担4个方面全面比较各滤波器性能.实验表明:DASA滤波在抑制PIO、改善飞机俯仰响应特性方面相对较优.实验结果为滤波器设计、俯仰PIO抑制的相关研究提供有益参考.      

具有尾缘襟翼的风力机动力学建模与恒功率控制

具有尾缘襟翼的风力机在大型风力机领域具有广阔的应用前景。在具有可变尾缘襟翼的智能风力机中,通过控制襟翼偏转角可以调节风力机叶片的气动特性,可达到控制风电系统输出的目的。采用叶素动量方法建立了具有尾缘襟翼的风力机气动模型,在此基础上建立了智能风电系统的非线性动力学模型。基于动态逆方法对非线性系统进行线性化,采用H∞状态反馈方法设计了反馈控制器。针对12~16 m/s的阶跃风况和基于四分量模型所建立的实际风况进行了仿真验证,仿真结果表明,所设计的控制系统能有效控制风电系统的输出功率。     

开环光纤陀螺的数字接口研究

为了提高开环光纤陀螺(FOG)的性能,对它的输出进行了分析并建立了相应的数学模型.在此基础上设计了一种数字化接口,该接口是一种小型的微控制系统,由增益可控的A/D转换器和相应控制软件组成并具有自动分档功能,它除了将开环FOG的模拟输出数字化外,还实现了数字输出的线性化.利用一种全保偏开环FOG进行了实验研究,在采用这种接口后,FOG的输出在±100°s范围内,其标度非线性值可由10－2量级减小到10－4量级.      

基于能量调节的电动静液作动器设计与仿真

电动静液作动器是功率电传系统的执行机构,在作动器端把电能转化为局部液压能,兼具传统液压系统和直接电力驱动作动器的优点.相比阀控作动器,电动静液作动器的效率和可靠性获得提高,但是带宽和刚度受到限制,因此提出了一种基于能量调节的新型电动静液作动器.能量调节器根据不同的控制响应需求向系统提供附加流量.液压锁用于切换系统工作模式,保持液压缸的输出位置.基于能量调节器的数学方程分析,得出其容积优化原则,并对系统控制策略进行了专门的设计.仿真结果验证了系统响应速度和频宽的改善.     

基于光纤延迟的光脉冲有源复制器

根据高速光脉冲测量系统应用的需求,提出了使用循环式光纤光脉冲有源复制器实现模拟短脉冲信号的低噪音、低失真复制的一种方法.针对有源复制器中半导体光放大器(SOA)带来的放大自发辐射(ASE)光噪声与非线性失真,建立了SOA的计算模型,并对光脉冲在复制器中的循环传输性能进行了仿真和分析.仿真结果证明了使用外加直流光注入方法抑制波形失真的有源复制器方案是可行的,同时为合理选择注入直流光功率及环内损耗等参数,实现复制器的优化设计提供了依据.     

基于网络流仿真的潜通路分析方法

针对线索表法在分析潜通路问题过程中约束条件过多的问题,在人工神经网络分析法的基础上应用网络流仿真进行潜通路分析.根据电路元件的电气特性以及人工神经网络的特点,建立了元件的定性仿真模型,确定电路网络的构成方式.通过网络流仿真模拟电流在电路系统中的扩散过程,预测电路中负载的响应.通过对比电路网络中负载的设计响应以及通过分析预测得到的负载响应,就可以判断出电路网络是否存在潜通路问题,并且找到发生潜通路问题的原因.该方法可以正确预测电路网络中的负载响应,克服了线索表法的缺陷,减少对分析已知条件的要求以及人为因素对分析结果的影响.     

RF低噪音放大器的仿真设计方法

探讨了使用惠普公司的微波电路仿真软件EESOF/Libra设计射频集成电路(RFIC)接收端的低噪音放大器(LNA)的方法.设计采用惠普砷化稼场效应管(HP ATF-21186).由于ATF-21186的稳定性欠佳,且放大器的整体增益在33?dB以上,噪声系数小于2,输入、输出驻波系数小于2,因此对如何提高电路的稳定性、降低噪声系数及具有较好的输入输出匹配特性进行了研究.设计过程首先从等效集总元件电路模型设计入手,然后使用平面结构实现各集总元件以便易于集成.经过EESOF的整体仿真,表明该方法正确有效.     

基于压电陶瓷驱动的六自由度空间光学拼接系统

由于加工工艺的限制,大口径空间光学系统通常由多个子镜拼接而成。为了保证系统的成像质量,每个子镜都需要在毫米级范围内实现微米级精度的运动调节。提出了一种串并混联的、由压电陶瓷（PZT）驱动的六轴高精度定位系统。与常见的Steward平台相比,该方案具有结构紧凑、运动学简单等特点。为了同时实现大行程和高分辨率,采用桥式放大器对PZT行程进行放大,采用柔性铰链消除运动过程中的摩擦和间隙,分析了放大器在两种外部负载下的性能,并根据实际应用情况对放大器进行了设计。此外,还发现了在执行机构的输出端必须使用位移传感器,以消除柔性机构中常见的输入耦合现象。设计的可行性通过有限元分析和实验研究进行了验证。     

适于可压缩多尺度流动的紧致型激波捕捉格式

针对可压缩多尺度流动数值模拟特点,研究一种五阶高分辨率紧致型激波捕捉格式——紧致重构加权基本无振荡(CRWENO)格式。该格式利用非线性权系数将低阶紧致格式加权组合以达到高阶精度。在光滑区域蜕化成具有高分辨率的五阶线性紧致格式,在间断附近则能保持计算稳定无振荡。对CRWENO格式、目前广泛使用的加权基本无振荡(WENO)格式及两格式对应的线性格式(即五阶线性迎风格式和五阶紧致格式)进行数值性能研究,评估非线性权系数对格式耗散及频谱特性的影响。使用一维、二维、三维典型算例进行数值试验,探讨线性/非线性、紧致/非紧致格式在可压缩多尺度流动模拟中的优势和不足。结果表明,CRWENO格式在强压缩性流场模拟中能够稳定地捕捉激波,其紧致特性则改善了非线性格式普遍存在的耗散过大、分辨率较差的问题,使其能够清晰捕捉多尺度流动结构。因此,该格式在可压缩多尺度流动模拟中具有较大优势。     

EHA反馈线性化最优滑模面双模糊滑模控制

为提高电静液作动器（EHA）控制性能,提出了一种反馈线性化最优滑模面的双模糊滑模控制方法。该方法在EHA的非线性模型上,利用反馈线性化方法将其线性化,在此基础上建立线性切换函数,并采用最优控制理论对切换函数进行设计。为削弱抖振将模糊控制算法引入滑模控制中,采用一个模糊控制器,根据最优滑模函数运动特性的数值对切换控制增益进行估计;采用另一个模糊控制器,根据滑模控制原理对切换控制项进行调整。仿真结果证明了该方法的有效性。      

一种新颖的微型化收发一体模块

光纤陀螺精度受温度、振动的影响较大.在分析了输入通道混偏型方案和全保偏型方案的局限性基础上,设计了一种微型化收发一体模块,将超辐射发光二极管光源、半透半反玻片、准直透镜、自聚焦透镜、PIN探测器和场效应晶体管电路集成在一起,采用系统内集成封装技术,封装内部抽真空.光在真空传播不产生双折射,因此避免了温度变化、振动等原因对系统精度和可靠性的影响,从而提高了光纤陀螺的整体性能.用光束扫描仪对Superlum公司生产的SLD-57-HP型光源建模,根据高斯光束的特性设计了光学系统,分析了菲涅尔反射损耗对其的影响,并用Zemax软件进行了仿真,其耦合效率为38.98%,远优于目前20%左右的耦合效率.     

舵叶固定式液压球形关节运动学及性能分析

针对球面运动机构驱动方式问题,提出了一种新型的二自由度液压驱动球面运动关节机构,该机构利用超全周转动马达及舵叶摆动马达作为驱动,采用了滑轨支撑框架位置测量系统,可以实现超全周转动;给出了两驱动马达各自的油路设计方案,在机构的不同部位采取了合理的密封方法;由机构的工作原理推导了正逆运动学方程及速度雅可比矩阵,得出了机构的奇异位形;分析了机构的灵巧度性能指标,通过仿真得到了机构性能较优时的工作空间.该球形关节机构具有结构紧凑、运动精度高、负载大、并且能够实现全方位输出的特点.     

150kV/30kW逆变式电子束焊接高压电源设计

针对150kV/30kW电子束焊接高压电源高电压、大功率输出的要求,低压电路采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)逆变隔离直流电源与逆变全桥串联的主电路拓扑,高压电路由3组升压变压器与10倍压整流电路的串联结构并联组成;设计了高压采样电路、束流采样电路,以及双闭环控制电路.基于上述技术,实现了150kV/30kW高电压大功率输出.实验结果表明高压加速电源的输出线性度和束流输出线性度较好,同时高压稳定度和束流稳定度均在0.5%左右,能够满足电子束焊接的要求.     

基于Volterra级数的功放行为建模与简化

Volterra级数行为模型因其高复杂度而只适用于弱非线性系统,对于具有强非线性和长记忆效应的功率放大器,Volterra级数模型将包含大量的待辨识参数.对射频功率放大器的行为建模进行了研究,提出了功率放大器Volterra级数行为模型的简化方法,通过引入邻对角核控制因子和动态偏离阶数控制因子,合理移除了对信号输出影响较少甚至无关的辨识参数,从而在保证模型准确度的前提下有效地降低了模型的复杂度和参数提取时间.采用了一个10 W的射频功率放大器实例用于模型提取和验证,模型与仿真实验的数据结果对比表明,简化的Volterra行为模型能够很好地描述功放的非线性特性及记忆效应,验证了简化行为模型的有效性和灵活性.