摘要：为解决下一代毫米波超宽带探测及雷达系统中谱段覆盖不足的问题,文中提出一款W波段宽带波导双工器的设计,能实现两个宽带谱段信号的分离和合并。首先提出基于波导混合网络原理的波导型双工器架构设计;其次,结合高通滤波器结构,提出全W波段波导双工器的优化设计;最后,基于数控CNC技术对该W波段双工器进行制备。该双工器不仅能够实现宽带频分/频合和通道间高隔离性能,且具有高频段、易工艺实现的简单结构。实际测试结果表明该双工器能够将W波段划分为75~94 GHz和94~110 GHz两个频段(3 dB相对带宽分别为22.6%和15.7%),两通道内插入损耗分别约为-0.5 dB和-0.6 dB,通道间隔离度基本优于-15 dB,且实测性能均与仿真数据一致。此外,该W波段波导双工器易被扩展至太赫兹频段应用。

摘要：针对开展临近空间科学探测的需求增加,设计了一种基于微型珠状热敏电阻的临近空间探空仪温度传感器。首先用计算流体动力学(CFD)方法对探头进行仿真并计算出太阳辐射误差;然后使用逆向传播(BP)神经网络和遗传算法优化的逆向传播(GA-BP)神经网络训练数据比较预测模型;并搭建模拟临近空间条件的低气压风洞实验平台测试不同参数下的太阳辐射误差,比较测试结果与预测模型输出数据,证实传感器的测量精度。实验表明,本文提出的传感器探头的平均测量误差为0.0073 K,误差均方根为0.0098 K。

摘要：针对声学超材料(AMs)等效参数测量问题,设计了一种“Four-load”测量方法,并结合S-参数反演,计算等效声学参数(密度、体积模量、折射率和声阻抗)。该教学实验以Mie共振单元为实验对象,包含声信号的生成、传输、采集以及处理过程,结合理论仿真结果探讨超常规的声学特性。结果表明,实验结果与理论仿真结果相符。

摘要：针对当前家用市场上缺乏非接触式睡眠监护设备的问题,研制了一款基于PVDF压电电缆传感器的非接触式睡眠质量检测系统。根据压电电缆与BCG信号的特性,设计了S形结构的压电电缆传感器及相应的硬件电路,并将传感器内置于床垫采集和解析生理信号。结合体动信号与心率信息对人体睡眠进行分期,实现了对睡眠过程中觉醒期、眼动期、浅睡眠和深睡眠的识别。为使实时检测系统更人性化、使用更便捷,设计完成了上位机和下位机系统软件。测试结果表明,通过上位机可为用户提供实时睡眠信息展示与睡眠质量分析等服务。

摘要：为了研究掺杂和应变对[111]晶向硅纳米线(silicon nanowires,SiNWs)的电子结构与光学性质的调制影响,基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(general gradient approximation,GGA),采用第一性原理方法开展了相关计算。能带计算表明:空位掺杂和元素掺杂均引入杂质能级,形成了N型和P型半导体材料。单轴应变则进一步减小了带隙,增强了掺杂硅纳米线的导电性,但由于应变也修饰了费米面附近能级的形貌,能带曲率突变影响了体系的导电性能。光学性质计算表明:相比于空位掺杂,元素掺杂更有效地改变了SiNWs的介电函数、吸收系数、折射率与反射率等光学参数,而单轴应变则削弱了元素掺杂的影响。拉应变提升了光吸收的范围和强度,尤其是可见光波段,使掺杂硅纳米线成为优质光伏材料,压应变则降低了对紫外光波段的吸收效率。在紫外区域,拉应变和压应变对掺杂硅纳米线的折射率与反射率的影响相反,在红外和可见光区域影响则一致。研究结果为基于应变和掺杂硅纳米线的光电器件设计与应用提供一定的理论参考。

摘要：为了研制高精度MEMS压阻式压力传感器,基于信噪比对其压敏结构进行了设计与分析。首先运用ANSYS有限元模拟仿真获得了不同压敏电阻结构芯片的应力分布,并对其噪声和信噪比进行了理论分析,发现在低频区闪烁噪声是传感器噪声的主要来源。仿真结果表明,芯片结构对其噪声、输出信号和信噪比均存在影响,增加压敏电阻折叠条数通常有助于获得更低的噪声和更高的输出信号和信噪比,获得最大输出信号和信噪比最优的电阻长度分别出现在75μm和125μm左右。然后通过MEMS工艺制作部分传感器芯片并封装测试,实测信噪比与理论分析基本吻合。

摘要：大气科学研究对地表气温观测精度有高达0.1℃甚至0.05℃的需求。然而,现有的地表气温观测仪器受到太阳直接辐射、下垫面反射辐射、长波辐射和散射辐射等影响,辐射误差可达1℃。本文设计了一种基于导流装置的地表气温观测仪器。首先,利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法量化该仪器在各种环境条件下的辐射误差;然后,在此基础上,利用极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)方法拟合可针对多变量变化的辐射误差订正方程;最后,为验证该仪器的观测精度,进行了外场比对实验。在实验过程中,以076B型强制通风气温观测仪器的测量值作为温度基准。实验结果表明,该仪器的平均辐射误差和最大辐射误差分别为0.07℃和0.15℃。该仪器辐射误差的实验测量值与订正方程提供的辐射误差订正值之间的平均偏移量、均方根误差和相关系数分别为0.033℃、0.028℃和0.703。

摘要：随着传感器技术的飞速发展,基于多源光学遥感影像的变化检测已成为遥感领域中的研究热点。由于传感器成像差异,同一景象在多源光学遥感影像中通常呈现出不同的表现形式,因此面临着更加突出的“伪变化”问题。为此,本文提出了一种联合UNet++和多级差分模块的多源光学遥感影像对象级变化检测方法。该方法首先提出了一种多尺度特征提取差分(multi-scale feature extraction difference,MFED)模块,以增强模型对“伪变化”的识别能力;在此基础上,利用UNet++网络输出的多尺度特征对变化区域进行多角度精细刻画,并提出了一种自适应证据置信度指标(adaptive evidence credibility indicators,AECI);最后结合影像分割与Dempster-Shafer(DS)理论设计了加权DS证据融合策略(weighted dempster shafer evidence fusion,WDSEF),从而实现了深度网络像素级输出至对象级结果的映射。通过对不同地区的4组高分多源光学影像数据集进行试验,并与多种先进的深度学习方法进行对比分析,结果表明:在不同空间分辨率和时相差异条件下,本文方法的总体精度(overall accuracy,OA)和F 1 score分别可达91.92%和63.31%以上,在目视分析和定量评价均显著优于对比方法。

摘要：在对图像去噪的实时性与质量要求日益提高的背景下,该设计根据双边滤波算法的原理,将双边滤波空域核与值域核部分计算方法进行优化,设计了基于FPGA的图像双边滤波器处理系统。该系统利用上位机对FPGA端发送图像数据,FPGA将接收的图像数据经预处理之后对图像进行双边滤波处理,最后将处理完的图像数据按照视频格式采用HDMI接口输出到显示屏上。在对双边滤波模块接口设计时引入AXI总线,使用纯Verilog语言及参数化编程,模块可移植性强。从实验结果可以看出:系统对800×600分辨率噪声图像进行处理,耗时13 ms,处理过后图像的PSNR提高了3.75,SSIM提高了0.22,功耗仅1.3 W。

摘要：采用1套60000 m^(3)/h蓄热式热力燃烧炉(regenerative thermal oxidizer, RTO)处理工业VOCs废气,装置投运后出现废气停留时间不足、净化气VOCs浓度波动大的情况,采用流场数值模拟分析后发现,系由RTO燃烧室结构设计不合理造成。为解决此问题,采用数值模拟优化燃烧室结构,确定设计和改进参数,将结构优化结果应用于RTO装置,设置斜板和挡墙,延长收窄通道。模拟结果和实际应用表明:结构优化有效改善了进气侧燃烧室内流场分布的均匀性,提高了燃烧室内整体湍流动能水平,扩大了燃烧室内的高温区域范围;在实际运行中,优化后净化气VOCs浓度波动大幅降低,不同运行阶段的浓度差异仅为4 mg/m^(3)左右,缩小了78%,VOCs去除效率(RE)长期保持在99.5%以上,RTO燃烧室的结构模拟优化与应用实现了工业VOCs废气的高效净化,为未来RTO装置的结构优化设计提供参考。