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推荐文章
系留无人机系统雷击概率评估与影响因素分析
万浩江, 陈亚洲, 卢新福, 潘晓东
2025, 37: 1-10. doi: 10.11884/HPLPB202537.250109
强激光物理与技术
旋翼无人机邻近雷击电磁场效应分析
赵青晨, 付尚琛, 石立华
2025, 37: 1-9. doi: 10.11884/HPLPB202537.250127
摘要:
随着旋翼无人机在空中雷暴电场探测等领域的应用变得越来越广泛,其在邻近雷击环境下的适应性问题也变得越来越突出。利用邻近雷击脉冲电场和脉冲磁场模拟装置,对无人机内部线缆的耦合效应进行了测试,获取了不同模块的连接线在邻近雷击脉冲电场和磁场作用下的耦合电流波形。结果表明,在邻近雷击脉冲电场作用下,无人机内部各模块之间的连接线都会耦合出较大电流,其中电机与电子调速器之间的电流峰值最高,达到了12 A;脉冲磁场对各连接线缆的耦合效应主要集中在脉冲电压信号上升沿段,电流波形变化更快。研究结果可为无人机的邻近雷击防护设计提供借鉴。
复杂电磁环境下无人机作战效能建模与仿真验证
嵇闰则, 王柯, 牛佳鑫, 范贤栋
2025, 37: 1-9. doi: 10.11884/HPLPB202537.250205
摘要:
为分析复杂电磁环境对无人机作战效能的影响,建立“复杂度特征-子系统性能-作战能力”三层评估体系。首先区分电磁环境的复杂度特征为时间占用度、频谱占用度、空间占用度及信号密度,并采用层次分析法确定特征权重,其次分解出通信可靠性、导航精度等7项无人机子系统性能指标与任务能力、生存能力、响应能力及抗干扰能力4项作战能力,并建立三者的耦合关系模型,然后通过归一化处理与敏感系数聚合推导出作战效能量化公式,表明电磁复杂度与无人机作战效能呈显著负相关,最后基于MATLAB软件构建复杂电磁战场环境,对不同电磁环境下无人机的作战效能进行仿真,进一步论证结果,并证明相同电磁环境下抗干扰能力强的无人机作战效能更优秀。
前沿技术与交叉科学
系留无人机系统雷击概率评估与影响因素分析
万浩江, 陈亚洲, 卢新福, 潘晓东
2025, 37: 1-10. doi: 10.11884/HPLPB202537.250109
摘要:
针对系留无人机系统可能面临的雷击风险,分析了雷暴背景电场下系留无人机系统周围的静电场分布,确定了系留无人机系统上概率较大的雷击选择点,以此为基础,采用介质击穿模型和亚网格技术相结合的方法,对典型系留无人机系统进行了雷击数值模拟评估,获得了系留无人机系统不同部位的雷击概率分布,揭示了不同因素对系留无人机系统雷击概率的影响规律。结果表明:系留无人机系统遭受雷击的概率会随着系留高度、雷云体电荷密度的增大近似呈线性增加;当系留无人机系统遭受雷击时,无人机旋臂末端遭受雷击的概率最高,其次是无人机机身,系留线缆遭受雷击的概率相对较小。
量子低扰动电磁环境测试技术
张金颢, 赵冯婷, 冉瑞冰, 安强, 孙占山
2025, 37: 1-6. doi: 10.11884/HPLPB202537.250153
摘要:
基于里德堡原子的量子微波传感技术因其具有自校准、大带宽、高灵敏度以及低扰动等特点,具有颠覆传统电磁场测量方式的潜力。为探索量子微波传感技术在复杂电磁环境测试领域的应用方法,发掘其相较于传统方式的应用优势,利用有限元方法验证了量子微波传感技术的低扰动测量特性,建立了基于里德堡原子的设备内部电场测量方法,证明了其绘制设备内部高分辨率电磁场分布特征的能力。结果表明,量子微波传感技术对待测场的扰动极小,其电场测量分辨率可达毫米级别,可为复杂电磁环境效应分析与评估提供关键数据支撑。
ELEC-TDNN:基于神经网络的电磁指纹识别
沈国茂, 刘晋明, 庞笑语, 葛雨婷
2025, 37: 1-7. doi: 10.11884/HPLPB202537.250076
摘要:
电子设备在运行过程中产生的电磁辐射可能导致信息泄漏,对信息安全构成威胁。电磁指纹识别方法在安全检测和漏源定位中发挥着重要作用。电磁指纹识别在实际检测中需要准确性和适应性,现有电磁指纹识别方法存在跨采样率适配性差、高频特征提取不足等缺陷。为此提出增强型神经网络架构ELEC-TDNN,模型融合了通道注意力机制与多尺度时序建模能力,设计引入局部信号增强层等模块,并基于自建双采样率(1.25 GHz/500 MHz)的USB设备电磁辐射数据集进行了实验。实验结果表明,ELEC-TDNN具有较高的精度,能够适应不同的采样率。在500 MHz采样率下,模型等错误率最低可达0.35%,在1.25 GHz高频场景下,等错误率为5.23%。
无人机数据链单音干扰效应规律研究
张晓璐, 陈亚洲, 赵敏, 李延松, 王耀北
2025, 37: 1-7. doi: 10.11884/HPLPB202537.250118
摘要:
针对战场环境中无人机数据链容易受到单音干扰影响而导致帧同步失败的现象,以直接序列扩频型数据链为研究对象,通过对干扰机理的分析,针对干扰的前门耦合效应,建立带内单源单音干扰和双源双音干扰两种典型场景中的失锁阈值模型,为了验证模型的有效性,以某型无人机数据链为试验对象,采用电磁干扰注入的方式开展了单源和双源干扰注入的效应试验,得到了不同干扰的失锁阈值,试验结果表明:失锁阈值的理论值与试验值变化趋势一致,验证了模型的有效性,该模型能够为试验设计提供理论依据。最后,研究了单源和双源干扰对数据链的效应规律,得到了单源干扰失锁阈值随工作信号功率、干扰频率的变化趋势,以及失锁时双源干扰中干扰1功率随工作信号功率、干扰1频率、干扰2功率和频率的变化趋势。
基于多模态特征融合和粒子群优化的无人机地形匹配算法
梁丽月, 余道杰, 杜剑平, 白艺杰, 柴梦娟, 李涛, 周佳乐
2025, 37: 1-9. doi: 10.11884/HPLPB202537.250134
摘要:
为改善复杂电磁环境下无人机导航受影响需实现自主定位问题,提出一种基于多模态特征融合和粒子群算法优化的地形匹配算法。针对单一模态特征易受电磁干扰定向破坏的问题,并兼顾无人机机载内存与实时性要求,该算法从合成孔径雷达图像提取旋转不变均匀局部二值模式特征,以及从高程图提取频域能量分布特征。针对特征数值尺度差异导致的融合偏差问题,设计基于特征敏感度的动态权重特征融合方法,以融合后的堪培拉距离作为相似性测度标准。在匹配阶段,粒子群算法代替了传统遍历搜索,优化整个搜索匹配过程。实验结果表明,基于本文构建的包含山地、平原、沙漠等典型区域的测试数据集,所提地形匹配算法的匹配成功率均不低于90%。在分别注入高斯、相干斑和脉冲三种噪声后,该算法具有良好的鲁棒性,与单模态算法相比,匹配成功率上升30%。
基于改进S参数反演法的蜂窝结构等效化研究
宋新宇, 阙肖峰, 张东武, 敖俊源
2025, 37: 1-6. doi: 10.11884/HPLPB202537.250206
摘要:
基于改进的S参数反演法,对具有色散特性和各向异性的蜂窝结构复合材料进行了等效化研究。利用三维电磁仿真软件CST与自由空间测试系统,完成对蜂窝结构及其等效平板的建模、仿真和实物测试。通过改变平面波的入射角度,分别获取垂直入射和斜入射条件下的蜂窝模型散射参数。利用反演程序依次推导出各入射条件对应的等效电磁参数,并将其应用于等效的匀质平板中,从而实现对蜂窝结构的等效化处理。通过对比蜂窝结构等效前后散射参数的仿真和实测结果,验证了该方法的准确性和可行性。
一种基于双层磁性介质与榫眼结构的超材料吸波体仿真设计
宋彦君, 吕成, 仉佳, 左绍奇, 王青敏, 高志伟
2025, 37: 1-4. doi: 10.11884/HPLPB202537.250151
摘要:
针对薄型化微波吸波材料在低频段带宽受限的技术瓶颈,提出一种基于双层磁性介质与榫眼结构的新型吸波体设计方案,重点突破材料厚度与吸收带宽间的制约关系,实现L/S频段电磁波的高效吸收。研究采用磁性介质基板构建双层异质结构,结合表面周期排布的榫眼式金属谐振单元,利用磁损耗与结构谐振的协同效应增强电磁能量耗散。仿真结果表明,该吸波体在1.16~2.82 GHz频段内吸收率超过90%,有效覆盖L波段并延伸至S波段部分频段,在薄层条件下实现了1.66 GHz的宽频吸收,解决了低频段吸波材料厚度与带宽的固有矛盾,可为新一代薄型宽带吸波体的工程应用提供可行方案。
超宽频段阵列测向系统设计
白月胜, 刘军, 王元恺
2025, 37: 1-7. doi: 10.11884/HPLPB202537.250145
摘要:
随着电子侦察、通信及雷达领域的发展,测向系统向高精度、宽频段、大动态、实时性方向提出了更高的要求。针对测向系统的宽频段需求,设计了一种20 MHz~40 GHz超宽频段范围的多通道阵列测向系统,详细介绍了系统的硬件组成和测向原理,以及系统的接收机、天线阵列、测向算法的设计实现过程。该测向系统基于多阵列天线采用空间谱测向体制进行测向,可实现20 MHz~40 GHz频段范围、瞬时最大带宽1 GHz的测向任务。测向系统已在项目中得以应用和验证。
基于时序卷积网络与双向长短期记忆网络融合的电磁信号调制识别算法
黄敏, 王雅琪, 马立云, 王玉明
2025, 37: 1-10. doi: 10.11884/HPLPB202537.250126
摘要:
针对电磁频谱环境复杂多域这一问题,提出了基于时序卷积网络与双向长短期记忆网络融合的电磁信号调制识别算法。首先,设计了双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)来捕捉时序数据的双向依赖关系,提升对复杂调制模式的判别能力;其次,将时序卷积网络(TCN)与Bi-LSTM通过级联架构进行融合,实现了分层时序特征提取与双向动态建模;最后,加入改进的局部敏感哈希注意力机制(LSH Attention),降低注意力矩阵复杂度的同时提高识别的精准度。数据预处理方面提出了一种KNN-BH处理方法,能够提高频谱特征的提取精度。在RML2016.10a数据集上的实验结果表明,相较7个对比算法,TCN-LSTM-LSH Attention算法的识别效果最佳,其对11类信号调制的整体识别准确率达到64.71%。证实了该算法在电磁频谱应用中的潜能与价值。
高功率微波技术
轨道炮引信电路不同布置方式的电磁特性仿真计算
孙诚诚, 郭晋, 弯港, 田珂, 刘占恒, 尹冬梅
2025, 37: 1-7. doi: 10.11884/HPLPB202537.250143
摘要:
为了优化电磁炮引信电路部件的排布方式,实现减小电磁屏蔽壳体尺寸及重量,针对电磁轨道炮发射的弹药引信电路部件所受电磁场特征,对引信电路模块在引信中的垂直于弹轴发射方向和平行于弹轴发射方向两种典型布置方式进行了电磁特性仿真计算,分别得到引信电路模块上的磁场分布情况、感应电流、电流体积力密度和感应电动势,经对比分析计算结果,给出用于电磁轨道炮发射弹药引信电路部件的优化设计思路。
典型相控阵通信系统非对称损伤效应实验研究
张荣威, 李平, 孔海龙, 汤桂花
2025, 37: 1-6. doi: 10.11884/HPLPB202537.250152
摘要:
高功率微波可通过“前门”耦合毁伤通信系统的射频前端关键器件,导致系统性能降级或失效。对于相控阵通信系统,其射频通道数量多,各射频通道损伤程度并不一致,这种非对称的损伤会造成相控阵天线波束合成受到影响,导致系统性能更加恶化。通过半实物仿真实验和系统级辐照实验,开展了典型相控阵通信系统的非对称损伤效应研究。研究结果表明,高功率微波毁伤相控阵通信系统后将造成各通道出现非对称损伤,且幅相不一致性越大,尤其是相位不一致性越大,系统性能受到的额外损失也就越大。
混响室场各向异性系数评估及其优化测试方法研究
张建成, 林江川, 高原
2025, 37: 1-7. doi: 10.11884/HPLPB202537.250163
摘要:
混响室的场各向异性系数定量评估了混响室性能且可用于混响室间的比较,对于混响室性能评估具有重要作用。首先对混响室场各向异性系数理论分布情况进行了介绍,明确理想情况下二维场各向异性系数应为0,三维场各向异性系数应为0.5547;然后基于三维电场探头按标准对混响室场各向异性系数进行了评估,各频点二维场各向异性系数处于[−0.1, 0.1]之间,三维场各向异性系数处于[0.5254, 0.5589]之间,整体小于−15 dB,按标准该混响室具有“良好的”性能;最后针对测试流程繁复的问题提出了基于混响室散射参数的场各向异性系数优化测试方法,所需测试次数成倍减少,试验结果显示除个别频点外整体场各向异性系数小于−15 dB,与原方法基本相同,为混响室性能评估提供了重要工程实践指导经验。
无人机射频前端高功率微波耦合研究与防护
李延松, 陈亚洲, 赵敏, 张晓璐, 李宏飞
2025, 37: 1-9. doi: 10.11884/HPLPB202537.250120
摘要:
战场无人机的数据链射频前端容易受到高功率微波干扰和损伤而不能正常发挥工作效能。为研究无人机数据链射频前端高功率微波耦合规律与防护,建立数据链天线和射频前端电路PCB仿真模型,以不同载波频率、脉宽、极化方向和上升沿时间的高功率微波分别对数据链天线进行辐照,得到天线输出口端接负载的耦合电压波形,然后将其注入数据链射频芯片外围接收电路中,得到射频芯片引脚的耦合电压,完整模拟了高功率微波的场-路耦合过程。选用一款2.45 GHz的PIN限幅器进行电磁防护。结果表明:无人机数据链射频前端电路的Si24R1芯片引脚耦合电压幅值随着载波频率的上升出现了尖峰现象,随着极化角的增加,耦合电压出现了较大的降低,脉冲宽度和上升沿变化对耦合电压幅值影响不大。PIN限幅器在保证信号接收质量情况下能显著降低高功率微波对射频前端电路的耦合电压,提升了无人机数据链的电磁防护性能。
基于自动化试验系统的低噪声放大器高功率微波脉冲损伤阈值研究
郭濠逸, 蔡宗棋, 黄淇锋, 方文啸
2025, 37: 1-10. doi: 10.11884/HPLPB202537.250073
摘要:
高功率微波试验是研究半导体器件在强电磁环境下损伤效应的重要手段。然而,传统试验方法主要依赖人工操作,难以精准测定器件的失效阈值,影响实验的重复性和可靠性。为提升测试精度并减少人为误差,基于半导体器件与高功率微波相互作用机制,设计了一套高功率微波脉冲自动化试验系统及标准化试验流程。以典型商用低噪声放大器为研究对象,系统评估其在高功率微波脉冲作用下的损伤阈值。通过同步测量器件的时域响应、频域特性及电流变化,并结合失效前后的参数对比分析,精确确定器件的失效阈值点。进一步地针对失效器件的一次、二次及三次损伤过程进行系统评估,并结合微观物理机制探讨损伤累积效应对器件关键参数的影响,以揭示失效机理。
微波参数对金属腔体强耦合覆盖率的影响研究
曹垒, 冯溪溪, 陈自东, 戈弋, 赵刚, 赵景涛
2025, 37: 1-9. doi: 10.11884/HPLPB202537.250138
摘要:
针对精确评估目标高功率微波后门耦合效应困难的问题,本文以典型金属腔体为对象,提出“强耦合区域覆盖率”指标,采用时域有限差分法(FDTD)建立仿真模型,分析了高功率微波波形参数对后门耦合效应的影响。研究发现:腔体固有谐振频率下强耦合覆盖率显著高于非谐振频率;脉冲宽度增至特定值时,谐振频率下覆盖率趋于稳定;极化角从水平向垂直变化时,覆盖率有显著变化;叠加不同谐振频率可填补非强耦合区域空白,进一步提高覆盖率;脉冲前沿对覆盖率影响较小。该研究可为高功率微波后门耦合效应机理及参数优化提供关键技术支撑。
混响室在辐射敏感度测试中的应用及标准浅析
陈功, 蒋东, 王奇福
2025, 37: 1-6. doi: 10.11884/HPLPB202537.250141
摘要:
基于国内外混响室应用现状,聚焦机载平台、一般电子电气设备、汽车电子部件及军用设备分系统等领域的辐射敏感度测试标准,系统梳理了试验要求与方法,并对比分析了频率范围、波形特性、场均匀性等关键指标的差异。针对当前军民领域混响室应用场景,研究指出了现有辐射敏感度测试标准的局限性,并提出以下改进方向:统一军民标准关键指标、优化军用测试标准、构建标准化场强评估体系。该研究为相关领域技术人员提供了重要参考,有助于提升高场强环境下产品设计及验证效率,从而优化研发资源配置。
脉冲功率技术
复杂环境下瞬态强电磁脉冲测量波形复原算法
张金颢, 蒋廷勇, 周恒, 张守龙, 王彬文
2025, 37: 1-8. doi: 10.11884/HPLPB202537.250085
摘要:
针对瞬态强电磁脉冲远场测量中因地面反射波叠加引起波形畸变的问题,设计了一种基于单极子阵列抑制地面散射的波形复原算法。分别从频域和时域推导基于单极子阵列测量波形提取直达波的原理,分析了计算结果中趋势项及其周期性振荡的原因,对比了不同算法的优缺点,以及不同场景下择优选择算法的依据。为验证算法有效性,在存在地面反射条件下构建了测量系统并开展了实验测试,结果表明,在时域天线不同主轴距离的电场测量中,波形复原算法提取的直达波均与参考直达波一致,幅度误差在0.2 dB以内,二者主波形保真系数大于0.99。测量结果验证该波形复原算法可有效抑制复杂环境中地面散射影响,能够准确实现对直达波波形提取,为该类场景下时域辐射系统参数分离和测量提供有效的方法支撑。
无人机卫星导航系统压制干扰试验方法研究
马立云, 陈亚洲, 张羽瑄, 王玉明
2025, 37: 1-9. doi: 10.11884/HPLPB202537.250107
摘要:
针对无人机卫星导航系统抗压制干扰评估缺乏标准化与定量化的问题,提出一种注入-辐照联合的动态试验方法。该方法构建了可复现多源、动态复杂电磁压制环境的试验体系,实现了从射频注入到空间辐照的全链路考核。以某型七阵元GNSS接收机为对象,静态试验量化了多干扰源对其空间滤波的饱和效应(干信比门限从单源106 dB降至六源60 dB)。动态试验(转速2°/s)揭示了动态场景下干扰空间几何构型变化对系统自适应算法的复杂时域-空域耦合效应:在六干扰源、70 dB干信比下,定位成功率达100%,反而优于其静态失效门限,证实了动态几何构型变化对自适应算法的复杂影响。
基于FDTD方法的孔缝电磁耦合特性数值模拟研究
倪勤, 鲁童童, 方美华, 魏志勇
2025, 37: 1-10. doi: 10.11884/HPLPB202537.250075
摘要:
针对电磁脉冲通过孔缝耦合进入电子设备腔体引发的干扰和损坏问题,基于时域有限差分法建立了理想导体矩形腔体的数值模型,系统分析了电磁脉冲的耦合特性。重点考察了不同入射角度和连续脉冲激励下腔体内的电磁场分布规律,采用时频联合分析方法揭示了孔缝耦合的共振机制。结果表明:孔缝耦合会导致特定频率下电场显著增强,其峰值可达入射场的数倍;正入射时腔体内共振效应最为明显,而斜入射条件下不同电场分量因边界条件限制呈现差异化响应;连续脉冲作用会引发电场能量累积,但其增长幅度受腔体驻波效应制约。此外,研究发现腔体共振频率与其结构尺寸密切相关,验证了孔缝耦合的频率选择特性,为电子设备在强电磁环境中的防护设计提供了理论依据和技术参考。