時間反演及其在高功率微波技術中的套用研究

《時間反演及其在高功率微波技術中的套用研究》是依託西南交通大學，由廖成擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：時間反演及其在高功率微波技術中的套用研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：廖成
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

高功率微波技術在軍事和民用領域都有著廣泛的套用，而如何進一步提高其輸出功率是亟待解決的關鍵問題。基於時間反演的天線陣列空間功率合成技術為實現更高的功率輸出提供了一條有效的途徑。本項目在研究時間反演理論和算法的基礎上，研究基於時間反演的具備自適應聚焦能力的天線陣列系統的設計方法，並對其基本性能進行評估。結合全局最佳化算法，利用大規模並行的時域全波模擬方法，研究天線陣列布局和相關物理參數對自適應聚焦效果的影響。研究複雜的電磁環境下目標精確定位的方法，探索針對非合作目標實現空間功率合成的技術方法。在前述研究的基礎上，提出基於時間反演的高功率微波天線陣列系統的原理性實驗方案。本項目的研究在高功率微波的空間功率合成技術與陣列天線技術、空中非合作目標的探測與打擊、深空探測、腎結石與腫瘤的探測與破壞、導體目標的缺陷探測、地下導體目標探測、海底礦藏的探測、長距離通信等方面具有重要的實用意義和軍事民用價值。

結題摘要

本項目在研究電磁波時間反演理論和實現算法的基礎上，結合時域全波仿真方法和全局最佳化算法，提出了基於時間反演的聚焦天線和陣列的設計方法，以及複雜電磁環境下的目標定位方法。根據時間反演電磁波的自適應時空聚焦特性，推導了超寬頻高功率微波信號的空間功率合成條件，並提出了基於時間反演理論分析輻射波的快速方法和採用瞬態方向圖對脈衝信號聚焦特性進行評估的方法。結合最佳化算法設計仿真了橫電磁喇叭陣列、前饋式反射面脈衝輻射天線、陣饋拋物柱反射面等可在遠場實現超寬頻微波脈衝功率合成（聚焦）的系統，並分析了陣列布局和相關物理參數對遠場聚焦效果的影響。同時利用時間反演原理，研究了複雜電磁環境下對目標進行精確定位的方法。手段上，採用小波變換法、奇異值分解法消除迭加在信號中的隨機噪聲干擾，利用自適應干擾消除技術去除強背景散射體的干擾，通過短時傅立葉變換建立起了濾波器機制實現預補償，利用時間反演技術實現相位偏移的自動糾正。為了彌補傳統的時間反演算法的成像缺陷，建立了空譜矩陣，提出了空譜成像方法、SF_MUSIC成像方法、幅值相位估值的時間反演成像算法等一系列方法，進一步提高了定位精度，並可延伸至對非合作目標進行空間功率合成。最後提出了基於時間反演的高功率微波陣列系統的原理性實驗方案。本項目深入研究了時間反演電磁波的時空聚焦特性和與環境的相互作用機制，基於時間反演的具備自適應聚焦能力的天線陣列系統的設計方法，並與多種最佳化算法相結合實現了對多變數、非線性問題最佳化的高效全局最佳化算法，為高效率的聚焦天線的設計奠定了良好的理論基礎和技術積累。另外，本項目採用時間反演技術實現目標定位的研究，很好地解決了複雜電磁環境中的信號畸變問題，為目標定位成像研究提供了一種新的技術途徑。