反射型介电超构表面滤波片的设计制备及光谱成像应用
这是一篇关于光谱成像,超构表面,滤波,微纳制造,插值算法的论文, 主要内容为光谱成像技术结合了光谱分析技术与成像技术,能够获取待测物的图像信息与光谱信息相结合的光谱指纹,实现无源、无损的组分分析。目前,光谱成像系统受核心光学元件的影响,存在效率低、体积大、结构笨重的局限性,严重阻碍了光谱成像技术在工农业检测、生物医疗诊断等领域应用于轻型平台的发展。相较于传统的光学元件,超构表面作为一种超轻、超薄、超平的全新光学元件,可在亚波长尺寸内实现对电磁波的自由调控,具有高度集成、调控自由度大的特点,有望解决光谱成像技术向轻型平台发展的痛点。将超构表面与光谱成像技术相结合并与图像传感器堆叠,以超分辨率的尺度和一次性快照的方式进行光谱成像,充分发挥超构表面的优势,实现光谱成像系统的高效化、微型化、紧凑化。基于此,本文开展了对超构表面共振机理与微纳加工工艺的研究设计,并提出了一种基于超构表面的光谱成像技术,取得了如下研究成果:(1)提出了一种可利用简易单参量调控的反射型多层导模共振超构表面。非偏振白光入射下,在400～800 nm的可见光波段内获得高质量因子的反射光谱,其谐振峰的半高峰宽小于2 nm,平均光谱反射率高于90%,平均背景反射率低于10%。此外,设计的超构表面具有极高的结构尺寸与入射角鲁棒性,保证了其在无源器件中实现高效滤波的性能。(2)针对设计的超构表面结构,结合两套微纳制造工艺:硬掩模刻蚀工艺与共形填充工艺:基于电子束曝光、原子层沉积与刻蚀三个关键工艺技术,提出一套适用于嵌入式结构的微纳工艺方案,详细研究了原子层沉积温度、刻蚀角度等对超构表面结构的影响。按照工艺流程完成超构表面的制备,并通过光镜、电镜、原子力显微镜等对超构表面结构进行多维度表征。(3)基于设计的反射型超构表面滤波片,重点分析其反射原理对光谱成像系统的影响,提出了一种适用于反射型滤波片的光谱成像光路方案。最后,针对系统进行插值算法的研究并比较多种插值算法及其成像效果,以8～16个光谱通道进行光谱成像仿真,与商用高光谱图像拟合程度低至0.0227。根据上述提出的超构表面设计与加工方案,以及光谱成像系统的设计搭建,制备了8通道的超分辨率超构表面滤波片,通过实际测得的光谱曲线计算获得光谱成像图片,并分析实际图像与仿真的光谱误差和成像误差。
基于端到端学习的信号星座与滤波的优化设计
这是一篇关于几何成形,概率成形,脉冲成形,滤波,端到端学习的论文, 主要内容为为了满足日益增长的数据容量需求,数字通信系统正朝着高速率、大容量的方向发展。因此,如何设计通信系统以实现更大的信道容量、更高的频谱利用率以及更优的传输准确性成为了重要的研究课题之一。在此背景下,星座成形技术与脉冲滤波设计受到了广泛的关注。另一方面,深度学习凭借其强大的数据处理能力,已被广泛应用于物理层通信研究,其中端到端学习的通信模型为通信系统的设计提供了新视角。端到端学习的优化方式与通信系统中星座映射与逆映射、成形滤波与匹配滤波的联合设计方式相契合,并且打破了传统模型设计的分模块优化方式导致的系统性能次优问题。因此,本文针对端到端学习的通信系统的信号星座与滤波优化设计展开研究,主要的研究内容概括如下:1.为了使系统可以在不同的信道环境和系统码率下达到最优性能,提出了基于最小化误符率的端到端学习星座成形方案。采用自动编码器构建了端到端学习通信系统,在发送端设计了几何星座成形网络与概率星座成形网络,建立了符号采样的可微模型,并重新设计了系统的损失函数和模型训练方法。结果表明,提出的模型可以在设定的码率和功率下生成星座信号,在加性高斯白噪声信道和瑞利衰落信道下展现了优于麦克斯韦-波尔兹曼分布的性能。2.为了提高系统的信道容量,逼近香农极限,实现更高速率的传输,本文提出了基于最大化互信息的端到端学习星座成形方案。理论证明在加性高斯白噪声信道下信道输入为高斯分布时信道容量最高,但对于非高斯信道,求解最优输入分布是一个复杂的问题。因此,本文采用互信息神经估计器对信道的输入输出互信息进行估计,重新设计损失函数优化星座成形网络。结果表明与均匀分布信源的正交幅度调制方案相比,提出模型的几何成形和概率成形算法均能获得容量增益。3.针对通信发送滤波器与接受滤波器设计,提出了基于时延神经网络的基带传输模型优化方法。通过时延神经网络构建系统的发送滤波、接收滤波及采样层,并定性地分析了接收滤波网络对不同脉冲波形和传输信道的适应性能以及发送滤波网络针对不同限带信道的优化结果。实验验证了提出模型可以在频谱利用率与码间干扰之间取得平衡,展现出良好的系统性能。
基于端到端学习的信号星座与滤波的优化设计
这是一篇关于几何成形,概率成形,脉冲成形,滤波,端到端学习的论文, 主要内容为为了满足日益增长的数据容量需求,数字通信系统正朝着高速率、大容量的方向发展。因此,如何设计通信系统以实现更大的信道容量、更高的频谱利用率以及更优的传输准确性成为了重要的研究课题之一。在此背景下,星座成形技术与脉冲滤波设计受到了广泛的关注。另一方面,深度学习凭借其强大的数据处理能力,已被广泛应用于物理层通信研究,其中端到端学习的通信模型为通信系统的设计提供了新视角。端到端学习的优化方式与通信系统中星座映射与逆映射、成形滤波与匹配滤波的联合设计方式相契合,并且打破了传统模型设计的分模块优化方式导致的系统性能次优问题。因此,本文针对端到端学习的通信系统的信号星座与滤波优化设计展开研究,主要的研究内容概括如下:1.为了使系统可以在不同的信道环境和系统码率下达到最优性能,提出了基于最小化误符率的端到端学习星座成形方案。采用自动编码器构建了端到端学习通信系统,在发送端设计了几何星座成形网络与概率星座成形网络,建立了符号采样的可微模型,并重新设计了系统的损失函数和模型训练方法。结果表明,提出的模型可以在设定的码率和功率下生成星座信号,在加性高斯白噪声信道和瑞利衰落信道下展现了优于麦克斯韦-波尔兹曼分布的性能。2.为了提高系统的信道容量,逼近香农极限,实现更高速率的传输,本文提出了基于最大化互信息的端到端学习星座成形方案。理论证明在加性高斯白噪声信道下信道输入为高斯分布时信道容量最高,但对于非高斯信道,求解最优输入分布是一个复杂的问题。因此,本文采用互信息神经估计器对信道的输入输出互信息进行估计,重新设计损失函数优化星座成形网络。结果表明与均匀分布信源的正交幅度调制方案相比,提出模型的几何成形和概率成形算法均能获得容量增益。3.针对通信发送滤波器与接受滤波器设计,提出了基于时延神经网络的基带传输模型优化方法。通过时延神经网络构建系统的发送滤波、接收滤波及采样层,并定性地分析了接收滤波网络对不同脉冲波形和传输信道的适应性能以及发送滤波网络针对不同限带信道的优化结果。实验验证了提出模型可以在频谱利用率与码间干扰之间取得平衡,展现出良好的系统性能。
微波毫米波频率扩展关键技术研究
这是一篇关于无源电路,频率扩展,混频,滤波的论文, 主要内容为随着无线通信技术的飞速发展,通信发射机和接收机系统所使用的频率越来越高。高频率的电磁波具有宽带宽,大容量,抗干扰能力强的特点,能够实现信息的更高速度,更高效率的传输。通过混频,倍频等手段,能够实现低频到高频的频率扩展。由于倍频混频电路会产生很多频谱分量,使用微波滤波器对输出频率进行选择,能保证通信系统实现低杂散;在实际的通信收发系统中,如果仅使用一级变频,会对信号源和本振信号源的输出频率有很高的要求,难以实现,因此往往需要设计多级频率扩展电路。本文针对微波毫米波系统所需的滤波器等无源器件和频率扩展技术展开研究。1.通过PCB多层基板技术,改进传统微带线型滤波器。设计四款带通滤波器,包括多层交指滤波器,多层端耦合滤波器,多层发夹滤波器,以及多层折叠型耦合线滤波器。在低频段仿真结果和实测结果相仿,对微波集成技术有一定的意义。通过对多层结构定向耦合器进行研究,进一步了解多层板的特性。2.设计并测试21～40GHz毫米波前端宽带滤波器,对微带阶梯型谐振器在带通滤波器上的应用进行研究。在宽带带通滤波器后端连接尺寸较小的微带短截线型低通滤波器,对带通滤波器的寄生通带进行抑制。实现了宽带,高抑制的滤波器,在44GHz处实测抑制达到18dB。按照上述相同的指标,使用微带线对40GHz椭圆函数低通滤波器设计优化,结果表明在44GHz处抑制达到14.68dB。3.在对无源器件的理论分析和仿真设计基础上,对微波毫米波的频率扩展技术进行研究。通过设计多种无源器件:平行耦合线滤波器,高Q值的鳍线结构滤波器,波导微带转换结构,威尔金森功率分配器,扇形偏置电路,波导环形电桥和有源器件低噪声功率放大器,有源倍频器,混频器等器件联合,并设计有源器件的直流供电电路和供电保护电路,实验验证了18GHz,26.5GHz,77.25GHz和110.25GHz的扩频链路。18GHz和26.5GHz链路中相位噪声恶化分别为7.86dB和6.66dB。4.在毫米波段77.25GHz和110.25GHz,通过对肖特基二极管建模,设计基于肖特基二极管和波导环形电桥构成的单平衡混频器,测试链路的相位噪声。最终测试结果显示在77.25GHz链路中,相位噪声恶化11.87dB,在110.25GHz链路中,相位噪声恶化14.03dB。
基于DSP技术的数字漏水检测系统的设计与实现
这是一篇关于漏水检测,dsPIC30F6014,数据采集,SIMULNIK,滤波的论文, 主要内容为给水管网的泄漏浪费了大量的水资源，这不仅造成资源浪费和经济损失，而且也带来了一些次生灾害。因此，有必要加强管网漏水检测，通过采用新技术和新设备来对漏点进行及时准确定位以降低系统管网漏损率。对漏水声音信号的采集分析是漏水探测比较有效的方法，本课题研究了漏水声音信号的采集放大以及数字滤波的实现方法，着重阐述了如何使用DSP技术对漏水声音信号进行数字化处理，进而实现一种基于DSP的数字式漏水探测系统。 本文首先阐述了漏水声音信号的成因，并对它的特点进行深入分析，进而提出以DSP为系统核心来设计漏水探测系统，并论述它的工作原理和实现方法。进一步描述了系统各个硬件模块的设计，在硬件平台上选用DSP和MCU双引擎的dsPIC30F6014作为处理芯片进行硬件电路设计，根据系统的需求任务来设计外围电路，主要包括电源电路、时钟电路、A/D音频数据采集电路、LCD显示输出电路和音频编解码模块电路等。最后完成DSP的数字式漏水探测系统硬件电路设计。 在软件编程方面，文中详细的阐述快速傅立叶变换（FFT）的算法和数字滤波器的设计，同时将其嵌入到DSP芯片中对漏水声音信号进行数字化处理。DSP的数字式漏水探测系统的主体程序采用基于图形的SIMULNIK环境设计建立处理模型，利用SIMULNIK来开发产品比直接在MPLABIDE中编程方便快捷了很多，能够提高效率，缩短开发周期。先通过SIMULNIK平台进行仿真验证，之后再使用DSP工具箱来将设计模型转换生成C30源文件，在MPLABIDE中编译、调试后生成目标文件下载到目标板中完成系统设计。 最后，该数字式漏水探测系统经过软硬件的设计与实现，满足对漏水管道的准确定位的设计要求，实现了设计的目标。本课题在现有的技术和理论的前提下，将主要精力集中于具体应用的研究与开发，并取得了一定的成果。该课题的完成，为测漏检测领域提供了理论技术基础，具有广泛的实际应用价值。
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