雷达技术论文范文

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篇1

《激光雷达技术原理》以测量学和数据处理理论和方法为基础，讲授激光雷达技术的基本原理和数据后处理方法，同时结合实际案例讲解激光雷达技术在测绘、地质和工程等领域的应用前景和亟待解决的问题。由于激光雷达是一项测绘新技术，国内还没有成熟的教材，因此结合国际上较为权威的专著《AirborneandTerrestrialLaserScanning》［5］以及国内外相关的研究和应用成果自编了教程，对学生采取了“了解—新型传感器原理”“熟悉—激光扫描仪操作”和“掌握—激光点云数据后处理方法”的教学模式，以达到从理论到实践的教学效果。

1．1了解新型传感器原理

首先，以学生熟悉的全站仪为对照，让学生了解激光雷达是一种集成了多种高新技术的新型测绘仪器，具有非接触式、精度高(毫米级/亚毫米级)、速度快(可达120万点/秒)、密度大(点间距可达毫米级)的优势，且数据采集方式灵活，对环境光线、温度都要求较低。其次，让学生理解LiDAR的测量原理主要分极坐标法和三角测量法两种。其中，对于极坐标法测量，使学生了解测距的关键在于时间差的测定，引出两种常用的测时方法:脉冲法和相位法;让学生理解直接测时和间接测时的区别以及各自的优缺点，从而进一步了解脉冲式和相位式激光扫描设备的优势、局限性以及应用领域。最后，通过介绍激光雷达采集数据的扫描方式，让学生了解不同平台上的激光雷达传感器的工作特点，如固定式激光扫描仪适合窗口式和全景式扫描，车载、机载以及星载平台适合移动式扫描等。

1．2熟悉激光扫描仪操作

考虑到各类平台激光雷达的作业特点以及现有设备的情况，《激光雷达技术原理》课程以地基三维激光扫描仪为重点，让学生熟悉仪器的外业操作。尽管激光扫描仪数据采集的自动化程度较高，外业采集仍然需要解决扫描设站方案设计和不同扫描站间连接点选择等问题，要求学生在熟悉激光扫描仪软硬件操作的同时，还要掌握激光扫描仪外业采集方案的设计:踏勘工作区，分析研究最优化的扫描设站方案和坐标转换控制点选择，画出相关的设计草图，并设置主要扫描设站的标志。要求设站位置既要保证与相邻站的重叠，又要覆盖尽量大范围的被扫描对象，以减少设站数，从而提高外业数据采集效率。

1．3掌握激光点云数据后处理方法

利用点云数据可视化与点云原始存储格式之间的明显反差，让学生了解激光点云数据后处理的重要性和难点，及其已成为制约激光雷达技术应用瓶颈的现状。根据学生的理解程度，选取了点云的拼接/配准、点云的滤波和分类、点云的分割和拟合等后处理方法，要求学生掌握相关的算法并编程实现。

1．3．1点云的拼接/配准点云拼接是将2个或2个以上坐标系中的大容量三维空间数据点集转换到统一坐标系统中的数学计算过程。要求学生掌握如何解决点云拼接的两个关键问题:同名特征的配准以及旋转矩阵的构造。对于同名特征的配准，使学生了解常用配准方法的特点和适用范围，如ICP方法适合用于精拼接，而基于特征面的方法对场景特征分布要求较高等。着重让学生掌握最常用的人工标靶识别，以及特征面匹配，后者有别于学生所熟知的点特征匹配;对于旋转矩阵的构造，拓展学生在《摄影测量学》［6］中学习的基于欧拉角的旋转矩阵构造，掌握角－轴转角系和单位四元数方法。

1．3．2点云的滤波和分类要求学生了解滤波和分类的目的是解决激光脚点在三维空间的分布形态呈现随机离散的问题。掌握基于高程突变和空间形态学的点云滤波和分类方法。让学生理解单一的信息量会导致算法不稳健，从而引出多源数据融合的思路。目前，已经有很多激光扫描仪生产厂商推出的新产品中实现了多传感器平台的集成，如激光扫描仪会搭载小像幅的数码相机，甚至有些系统还提供由集成传感器生成的红外影像。每种数据源都有其自身的优点和局限性，将多源数据融合能够弥补各个单数据源的局限性，增大信息量，从而提高滤波和分类方法的稳健性。

1．3．3点云的分割和拟合要求学生掌握实现点云分割的相似性原则:平面性、曲面平滑度和邻域法向，以及常用的点云分割方法表面生长法。考虑到点云拟合是由离散激光点坐标计算特征模型参数的过程，要求学生掌握点云拟合中两个主要问题的解决方法:粗差剔除及最优解获取。

2实践教学法

实践教学是卓越工程师培养体系中一个重要的组成部分。作为技术性的测绘工程学科，除应用测量仪器采集数据、应用计算机处理数据的基本能力外，还需要构建实践教学体系以培养学生在实践中选用适当的理论、技术、仪器设备和作业方法解决测绘工程与地理空间信息产品生产实际问题的能力，从而使学生接受测绘工程与地理空间信息产品生产方案设计、实施以及实际应用中测绘工程解决方案确定等系统化训练。《激光雷达技术原理》课程实习要求学生全面应用所学知识，利用实习场地，依据实习目的和要求在老师的指导下分组独立完成全部实习内容。实习仪器为中国地质大学(北京)遥感地理信息工程教研室使用教育部采购专项购买的RIEGLLMSZ620三维激光扫描仪。《激光雷达技术原理》课程实习的目的主要是使学生通过三维激光扫描仪的使用，进一步巩固和加深理解相关理论知识和技术方法。要求熟悉三维激光扫描仪数据采集与处理(包括DEM、等高线和剖面图生成以及三维建模等)的全过程。通过实践性教学，不仅能够让学生掌握基本的软、硬件使用操作方法和LiDAR测量项目的作业流程，而且能够加深学生对所学专业理论知识的理解。培养学生的应用能力、创新能力以及严肃认真、实事求是、吃苦耐劳、团结协作的精神。要求学生必须参加每一个实习环节，协作完成实习任务，独立完成实习报告。实习内容主要包括以下部分。

2．1三维激光扫描

数据的外业采集要求学生分组完成测区划分和踏勘，确定测站位置，根据测区地形，设计外业数据采集方案，完成外业设站、反射标靶布设和数据采集工作。学生需要完成校园内建筑物点云数据和奥林匹克森林公园地形点云数据的采集。

2．2点云数据预处理

要求学生分别利用随机软件RiSCANPRO和上机C语言编程对外业采集的三维点云数据进行预处理，包括点云数据的滤波和拼接。

2．2．1点云滤波1)手动滤波要求学生利用RiSCANPRO对点云数据进行滤波。RiSCANPROv1．7．0有两种模式，即Filterdata和Terrainfilter。前者针对一般数据，后者对于提取地形的数据有明显效果。2)自动滤波要求学生上机应用C语言编程实现数学形态学方法、移动窗口滤波法、迭代线性最小二乘内插法、基于可靠最小值的滤波方法等常用的地形滤波算法，对外业采集的数据进行滤波，并对各算法的结果进行比较和分析。图1为学生基于虹湾地区嫦娥一号激光测高数据，利用五种滤波方法滤波后的数据点残差值分布图［7］。

2．2．2点云拼接1)基于反射标靶的点云拼接要求学生利用RiSCANPRO软件，结合外业数据采集时布设的标靶连接点，对地形和建筑物点云数据进行拼接。激光点云数据的拼接有两种方式:公共反射体的方式和采用使所有的反射体处于同一坐标系统的方式。在实际操作过程中，要求学生对两者结合使用，以期达到更好的拼接效果。2)基于特征面的点云拼接要求学生在对点云进行拟合的基础上，选取至少三对相互正交的特征面，利用C语言上机编程，实现基于特征面的点云拼接，并与单纯基于点的拼接结果进行对比，分析不同方法的优缺点。

2．2．3地形数据处理对地形数据的处理主要包括三角化、平滑、生成等高线和剖面。三角化参数的设置可参考量测工具量测出的点云中两点之间的距离初步设定，这个值可适当调整，目的在于使图中的点云数据彼此之间能尽量大面积地构成三角网;要求学生对已经完成三角化的数据进行平滑处理;针对已经完成平滑的数据，利用RiSCANPRO软件生成等高线。剖面图的显示既可以针对三角化之前的数据，也可以针对三角化之后(包括完成平滑的数据)来操作。

2．2．4建筑物几何模型重建针对《激光雷达技术原理》数据处理方法的教学内容，指导教师结合自身的研究成果组织研究生开发了点云分割和拟合以及三维建模等软件模块，考虑到学生的掌握程度和实用性，要求学生在利用软件模块实现点云数据分割和拟合的基础上，利用AutoCAD软件手工建立建筑物的几何三维模型，基于3DSMAX软件建立建筑物纹理模型。图2为暑期教学实习中指导学生利用商业软件和自主开发的软件模块重建的地大校园主要建筑物的三维模型。

3结束语

篇2

英文名称：Modern Radar

主管单位：工业和信息化部

主办单位：南京电子技术研究所

出版周期：月刊

出版地址：江苏省南京市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1004-7859

国内刊号：32-1353/TN

邮发代号：28-288

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1979

期刊收录：

CBST 科学技术文献速报(日)(2009)

Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)

中国科学引文数据库(CSCD―2008)

核心期刊：

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篇3

关键词：雷达探测威力；中低；表征方法

中图分类号：TN959文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.10036199.2017.01.029

1引言

雷达研制厂所在交付装备时会给出雷达探测垂直威力图，从该图中能直接读取雷达对不同高度（仰角）空中目标的最大探测距离值，这些指标值根据雷达技术参数和目标RCS大小经雷达方程计算得出，并通过检飞试验验证[1]。然而该雷达威力图并不能全面反映对空警戒雷达在目前典型防空战术背景条件下的探测能力，主要局限性体现在两个方面：一是垂直威力图给出的指标值仅是针对指定RCS目标的计算结果，不同目标的RCS不同，垂直威力图不能直接给出雷达对其他RCS目标的探测能力；二是垂直威力图不能详细描述雷达对低空突防目标的探测能力。图1是某典型中低空搜索雷达对RCS为2m2目标探测的垂直威力图[2]，该图给出了雷达对2000m以上高度飞行目标的探测能力，而未能给出雷达对2000 m以下高度目标的探测能力。现代战争表明，战斗机在攻击行动中，通常会选择在较低的高度进行突防，雷达对低空目标的探测是雷达探测能力评估的一个重要关注点。论文针对雷达探测垂直威力图的上述局限性，提出了雷达探测威力的新的表现形式及其计算方法，利用该方法计算雷达对典型空中目标的探测威力，并对计算结果进行进一步分析。

2雷达探测威力表现形式及计算方法

战斗机在进行反舰和对地攻击行动时，通常会选择在某个高度层进行突防，当逼近至导弹的射程之内时开始发射导弹。如果在战斗机突防阶段能及时发现目标，并在导弹发射之前进行有效拦截，能大大提高防空作战的效能[3]。基于以上原因，提出雷达对空探测威力的表现形式，为雷达对不同RCS目标在不同高度条件下最远发现点在地球曲面上的投影距离（简称为水平距离）。与反舰导弹或对地攻击导弹的射程相比较，水平距离能直观反映防空作战中雷达对战斗机攻击行动的快速反应能力，

首先根据目标RCS、雷达威力图和雷达方程计算雷达对各仰角目标的最大探测距离，然后根据雷达与目标之间的几何关系计算雷达对各高度层目标探测的水平距离。

可以看出，当目标飞在300 m以下高度飞行时，雷达探测水平小于100 km，而当前服役的机载反舰导弹或者对地导弹的射程大都超过100 km[6]，因此，当中小型战斗机选择在300 m以下高度进行突防和攻击时，雷达无法在导弹发射之前发现目标。因此该区域是中小型战斗机突防的最佳区域，也是防空预警探测的薄弱区域。

同理，计算雷达对隐身战斗机在各飞行高度层的水平探测距离如图5所示。

可以看出，无论隐身飞机从哪个高度突防，雷达探测的水平距离都不超过90 km，小于机载反舰导弹或对地导弹的射程，其中，当隐身飞机在4 500 m以上高度突防时，雷达探测水平距离不超过40 km，并且小于在100 m高度突防时的探测水平距离，所以隐身飞机选择从高空突防被探测到的概率更低，这是由于对空警戒雷达为有效利用探测能量对天线方向图进行了低空赋形所致。可以看出，目前常规对空警戒雷达难以对抗高空突防的隐身目标，必须采取有效手段[7-17]。

3结束语

文章提出了在一定战术背景条件下雷达对空探测威力的表征计算方法，即先根据雷达指标威力图、目标RCS和雷达方程计算雷达对各仰角目标的最大探测距离，然后利用雷达与目标之间的几何关系求解出雷达对目标在各高度上最远发现点在地球曲面上的投影距离。该投影距离能体现防空作战中信息系统对目标攻击行动的快速反应能力。可以得到该方法可为舰载和岸基雷达对空探测能力的评估提供定量分析手段。

参考文献

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篇4

关键词：合成孔径雷达；原始数据；频域仿真

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)10-2341-02

Extended Scene SAR Raw Data Simulation Method for Time and Frequency Domain

ZHANG Qi-wen1,2, YANG Ze-gang2, ZHANG Xiao2

(1.Hohai University College of Energy and Eletrical Engineering, Nanjing 210098, China; 2.Navy Submarine Academy, Qingdao 266071, China)

Abstract: The method of raw data was explained in detail on the basic of Airborne SAR system return signal model.This paper expounds the distribution of original data simulation target two kinds of most basic methods, the steps and results of simulation were provide the validity of method.Through comparison of experimental results obtained inferiority of the two methods.

Key words: SAR; raw data; simulation

合成孔径雷达技术的研究过程中需要大量的原始数据，而如果研究需要的所有原始数据都通过实测数据或者购买则成本将过于昂贵。另外，合成孔径雷达对自然地面场景成像的机制非常复杂，必须通过建立有效的模型来帮助解释这种复杂的回波机制。本文将阐述分布目标原始数据模拟的两种方法。

1 分布目标原始数据数学模型

随着雷达平台的运动，每个脉冲信号所覆盖的地面目标区域也是不断变化的。假设一个矩形分布目标的距离向长度为lr，方位向长度为la，机载SAR距目标的最近距离为Rmin，最远距离为Rmax (即在波束照射范围内目标离SAR的最远距离)；则回波数据距离向的长度为lr=Rmax-Rmin，方位向的长度为Xa=la，则分布目标的回波数据大小与点目标不同的只是方位向上需要加上一个目标的尺寸，而距离向上完全相同。

方位向比点目标所增加的点数为，类似点目标产生原始数据，分布目标的原始数据可以看作是由多个散射点组成的，因此其数学表达可以写作：

(1)

表示成二维离散形式为：

(2)

其中对于小平面单元Aik，δik为它的后向散射系数，rik(nT)为它在时刻n与平台的距离，Wrik(nT)为它的距离向天线增益，Waik(nT)为它在时刻n的方位向天线增益。

分布目标原始数据计算方法如下：假设以方位正中心横过波束中心时刻为t=0时刻，凡所在位置为原点，忽略天线距离向加权的影响，对于第n个发射脉冲，地面散射单元矩阵形成的第m个距离门回波为：

(3)

或表示为积分形式为：

(4)

其中，i和j遍取波束照射范围内所有对第m个距离门回波有贡献的地面散射单元，ρc(i,j)是地面散射单元的等效复散射函数。对测绘带上波束照射范围内的地面散射单元完成上述处理后，将得到一个回波脉冲信号在距离门上的值，此时各距离门上的回波信号已经完成了方位向回波的混叠，再与发射信号卷积便得到一个脉冲的回波信号。随着雷达平台的运动，每个脉冲覆盖的目标范围是变化的，在每个方位位置上都根据上述方法计算雷达回波，从而得到整个仿真区域的目标回波信号。

2 原始数据模拟方法

一是采用时域仿真的方法，根据SAR的工作机理，在不同方位时刻逐一算出当前时刻的目标回波，然后构成整个合成孔径时间的目标回波矩阵；二是采用频域的方法，Giorgio Franceschetti提出采用二维FFT方法，提高计算速度，而国内大多SAR原始数据仿真的文章也是借鉴教授的思路。这些已有的方法虽然能够得到较好的仿真效果，但不是测试准备工作量大，就是运算量大、处理比较繁琐，即使一些简易模拟方法在处理上仍需大量的工作。

1) 基本流程

已知目标的后向散射系数和系统的脉冲响应函数，得到雷达回波数据，通过成像处理验证所关心的问题。假设目标后向散射系数为：γ(x,r)，系统的脉冲响应函数为：s(x',r',x',r')，则回波数据或原始数据ss(x',r')如下所示：

(5)

其中，x为目标在方位向场景中心的位置，x'为雷达所处的位置；r为目标在距离向相对于场景中心的位置；r'表示天线接收到目标(x,r)处回波信号相应的距离向位置。SAR系统原始数据回波的模拟步骤如图1表示。

在原始数据模拟中，首先根据选用的数学模型和系统参数，来获得目标的后向散射系数。后向散射系数和系统脉冲响应函数s(x',r',x,r)通过合理的模拟方法得到所要的SAR系统回波模拟原始数据。在图1中对应实线的模拟流程中，原始数据可以直接通过成像处理来验证系统性能和成像算法。图1对应的虚线模拟流程中，原始数据变为真实回波信号输入实际的SAR系统验证系统得到的性能指标和采用的成像算法。在模拟过程中一般用到点目标、点阵目标、面目标、分布目标、真实场景目标等这些基本的目标模型。

2) 模拟步骤

时域模拟的基本步骤如下：

(1) 按照方位向上的时间顺序，确定雷达天线各方位时刻。

(2) 确定在不同的时刻天线所覆盖的点目标，计算覆盖区域内雷达天线波束中心与目标之间的距离。

(3) 考虑实际天线的加权，计算得到不同时刻天线所覆盖目标的方位向多普勒数据。

将对应方位向时刻，所有覆盖区域目标的方位向数据和距离向的数据相乘，得到该时刻各个目标的回波。所有回波按照距离门由近到远的顺序叠加，得到该方位时刻的雷达回波数据。

(4)重复(2)～(4)得到雷达所有方位向数据回波，即原始数据。仿真结果见图2所示。

频域模拟的基本步骤如下：

(1) 目标的后向散射系数通过快速傅立叶运算变换FFT到频域。

(2) 系统的响应函数也通过快速傅立叶运算变换FFT到频域。

(3) 将步骤(1)和(2)得到数据在频域完成点乘。

通过快速傅立叶逆变换IFFT，得到雷达回波数据。仿真结果见图4所示。

3 实验结果与分析

由图实验使用大小为1200×1200m的目标场景，图5中给出二维频域（用虚线表示）和时域法（用实线表示）计算产生的原始数据在距离向和方位向上的相位对比图，并给出相位的误差曲线，从误差曲线中可知二维频域计算原始数据与时域计算结果相位相比同一方位向的误差在20度以内，同一距离向误差在10度以内，相位误差主要来自于距离向和方位向二维FFT变换中的两次相位驻定原理的运用。

两种原始数据仿真方法中，时域模拟精确度最高，可以很精确的仿真出任意路径下的平台运动误差，然而其缺点是：计算量大、耗时长。针对时域算法效率低的缺点，二维频域生成原始数据的计算量小，执行效率相比时域提高较大，然而其在计算目标点的系统传递函数时采用距离向的参考近似，在对传递函数的二维时域到频域的变换中采用相位驻定原理引入误差，这两点决定二维频域算法将存在一定的相位误差。

参考文献：

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关键词：T/R组件；ADS；电路仿真；指标分配

Scheme Simulation of T/R Module Using Agilent Advanced Design System

WEI Xianju

(Electronic and Electric Engineering Institute,Shanghai Jiaotong University,Shanghai,464000,China)Abstract：T/R module is the significant component of the phase array radar.It needs little weight,low cost,and easy to produce.It is important to select a befitting scheme and a suitable set of microwave chips for matching the required perfor[CD*3］mance.Using the Advanced Design System (ADS) software to simulate the T/R module performance at initial stages.It could shorten the design cycle and avoid cost waste which unwanted.

Keywords：T/R module;ADS;circuit simulation;parameter assignmentオ

随着第四代战斗机的需要和有源相控阵技术的发展成熟,有源相控阵雷达的设计和生产受到越来越多的重视。其中T/R组件的设计生产是有源相控阵雷达设计的关键因素。由于在一部雷达中所装备的T/R组件数量巨大,而组件中所使用的各类器件又比较昂贵,因此,在符合雷达既定设计指标的条件下,如何尽量降低组件的体积、重量、控制元器件成本,是每个设计人员需要仔细思考的重要问题。在设计初期对系统组成进行合理的论证和规划,可以有效地缩短开发周期和设计成本。

Advanced Design System(ADS)是Agilent公司推出的微波电路和通信系统仿真软件。其功能非常强大,仿真手段丰富多样,可实现包括时域和频域、数字与模拟、线性与非线性、噪声等多种仿真分析手段,并可对设计结果进行成品率分析与优化,从而大大提高了复杂电路的设计效率,是非常优秀的微波电路、系统信号链路的设计工具。主要应用于：射频和微波电路的设计,通信系统的设计,DSP设计和向量仿真。本文主要介绍ADS在T/R组件系统论证中的仿真应用。

1 系统组成和主要指标

一个典型的T/R组件主要由接收前端、高功率发射电路和包括移相衰减控制的共用电路等部分组成。组成框图如图1所示。

T/R组件主要的技术指标包括：接收增益、接收噪声系数、接收三阶交调、发射增益、发射功率等。下面针对以上指标使用ADS进行方案论证。主要的工作是对各级电路进行指标分配,通过仿真来论证所选方案(元器件)是否可以达到系统设计要求,藉此,指导元器件的选择和电路的实施。

设定系统指标：

接收增益≥25 dB；接收噪声系数≤4 dB；接收三阶交调≤-40 dBc；发射输出功率≥39 dBm；发射输入功率≤3 dBm。

2 系统仿真

在Agilent的ADS仿真软件中,有非常完善的仿真工具和元器件仿真模型,所有的功能级元器件模型可以从ADS的RF/Analog library中选取。从谐波平衡库(harmonic balance library)选取P[CD#*2]1 tone source作为输入信号源,选取50 Ohm terminal作为输出负载。为了取得比较真实的仿真效果,模型的参数设置选取生产厂家提供的器件典型参数值。因为共用电路是分时应用在接收和发射状态,所以仿真时,在接收和发射通道中都要使用到。

2.1 接收通道仿真

接收通道的一般仿真电路如图2所示。接收通道主要由接收机保护器(限幅器)和低噪声放大器(LNA)组成,作用是将由天线接收到的微弱信号进行低噪声放大,以提高雷达系统的接收灵敏度,然后进行相应的移相和幅度衰减处理。

由于接收通道一般都是针对小信号的处理,所以用到的仿真工具主要是S参数(S-Paramaters)仿真器和谐波平衡(Harmonic Balance)仿真器。在仿真器中设置相应的频率范围,然后进行仿真即可获取相应的仿真结果。接收通道主要的技术指标有噪声系数、接收增益和三阶交调等。这三个指标是相互关联制约的,下面通过仿真说明如何通过在各级电路上的合理分配来寻求三者之间的合理平衡。

图2链路中无源电路的总衰减指为-19 dB,要达到25 dB的接收增益,放大器的总放大量为：25-(-19)=44 dB,考虑各级电路匹配失衡造成的损耗和必要的增益余量,取电路总放大量为 46 dB。设计中需要将总的增益量合理分配给两个或者更多个放大器,同时要满足接收通道对其他指标(噪声系数、三阶交调)的要求。

图3是图2电路在保持接收增益和各级噪声系数相同的条件下, LNA1不同的放大量与接收通道噪声系数的对应关系。可以看出,第一级低噪放的放大量越大,接收噪声系数就越小。但是,由于第一级低噪放的输出功率和三阶交调都比较低,过大的增益会恶化三阶交调指标。如图2所示两级增益较大的放大器前后级联在一起,其仿真结果如表1所示,可以看出增益被压缩了,并且系统的三阶交调指标也不能达到系统要求。如果将LNA2后移到链路的最后,仿真结果如表2所示,三阶交调指标将得到明显的改善,但同时接收噪声系数又有所恶化。

为了在噪声系数与三阶交调之间需求平衡,可以将LNA2拆分为两个增益较小的放大器,分别放置在LNA1之后和链路的最末级,更改后的电路如图4所示,仿真结果如表3所示,通过合理调节几个放大器之间的放大量和三阶交调量,最终得到适合系统需求的参数。相对于通道的增益,在另一个角度上输入信号功率对三阶交调具有同样的影响所用。图5是图4电路在不同的输入信号功率条件下,对应的三阶交调指标。可以明显地看出,较低的信号功率可以获得较好的三阶交调指标。

发射通道一般由预先放大器和功率放大器组成。是将激励器产生的发射信号,放大到一定功率电平,然后经由天线发射出去。发射通道比较关心的是发射输入功率、发射输入功率和附加效率等指标。发射通道的功能是提供相位和幅度经过调整的高稳定微波能量,输出能力由微波器件的功率水平决定,发射输出一般都是饱和功率输出。因为T/R组件的能量损耗主要来自发射功率放大器,所以要特别注意提高效率,减小功耗。相对于接收通道来说,这里的增益一般是大信号增益。输出功率饱和越深,输出信号波动越小,但附加效率越差。

发射通道仿真电路如图6所示。由于涉及到大信号的处理,仿真器选择了谐波平衡(HARMONIC BALANCE)仿真器和大信号S参数(LSSP)仿真器。可以对通道的功率饱和,增益压缩和谐波分布等参数进行仿真。

┩6电路中末级的高功率放大器使用了平衡电路的方式,在其输入/输出链接了耦合器电路。对于大增益电路,如果级联电路之间匹配的不好,很容易出现电路自激现象。使用平衡电路可以减少级联电路之间的失配,有效避免自激现象的出现,同时可以提高信号的输出功率。

图6电路的部分仿真结果如图7所示,分别给出了在不同的输入信号功率条件下,发射通道的输出功率和大信号增益指标的变化趋势。随着输入信号功率增大,输出功率相应增大,但可以明显看出输出功率逐步进入饱和,通道的大信号增益逐渐减小。应当指出,电路的小信号增益是固定的,当输出功率饱和过深时,则增益压缩过大,电路的效率也就相应降低。在满足系统指标要求的情况下,应选择较小的输入功率,提高系统效率,降低电源电路的负担。如图7所示,当输入信号功率>-2 dBm时,输出功率>39 dBm,都满足系统需要。为提高系统效率,同时保证足够的系统指标余量,输入功率应选择略大于-2 dBm的一个值。

3 结 语

介绍了ADS仿真软件在T/R组件方案论证中的应用。仿真选取了比较简单的电路,仅在说明软件使用的方法和作用。对于实际应用中的电路,可能更加复杂,例如可以包括信号的上下变频、滤波、检波,甚至信号的模数转换等电路。对于如此复杂的电路,ADS仍然可以进行仿真和论证。通过行为级的系统仿真,确定各级电路的参数分配,然后进行各级电路的具体设计,即实际电路级的设计仿真,其仿真结果又可以反馈到系统级中进行论证,重新修正各级电路的参数分配。如此循环优化,逐步完成系统的设计论证,其设计流程如┩8所示。

参 考 文 献

［1］贲德,韦传安,林幼权.机载雷达技术［M］.北京:电子工业出版社,2006.[LL]

［2］朱华顺.ADS仿真器及其电路仿真［A］.EEsof用户会论文集锦\[C\].2005.

［3］卢朝政.利用ADS进行高功率放大器匹配电路设计［A］.EEsof用户会论文集锦\[C\].2005.

［4］Huang Yong.System Simulation of a RF Transmitter System for Smart Antenna Using Agilent Advanced Design System［Z］.ADS Application Notes,2001.

［5］安捷伦科技有限公司.Agilent ADS 通信系统设计仿真软件［Z］.

［6］David N,McQuiddy Jr,Ronald L,et al.Transmit/Receive Module Technology for X Band Active Array Radar［Z］.IEEE,1991,79(3).

［7］Mangatayaru Atluri,Balaji C G,Rajatendu Das.MEMS Based Active Electronic Scanning Array［A］.ISSS,Bangalore,2005.

篇6

关键词：列车通信网络；形式化建模；静态属性分析；形式化验证；模拟验证

我国幅员辽阔、人员众多的基本国情决定了构建安全可靠、经济环保以及实用快捷的高速列车的重要意义。随着二十一世纪初叶我国第一条高速铁路京津城际高铁的正式通车运营，我国从此迈入了高速列车时代。根据《中国铁路中长期规划》，二零二零年我国将建设二百公里时速以上的高速铁路长达约两万公里，以便满足人民群众日益增长的出行需要。随着列车通信网络的逐渐发展和创新升级，其取得了不菲的成就，然而在自主研发、设备制造以及维护运营等相关问题上尚未有切实可行的方案。但是我国铁路尚还处于起步阶段，迫切需要高速列车关键技术的技术支持。

一、列车通信网络系统的形式化建模概述

（一）UML

UML是Unified Modeling Language的英文缩写，又称为统一建模语言。UML是二十世纪末期由对象管理组织的一种建模语言，其具备定义良好、功能强大以及使用便捷等诸多优点，因而在业界得到了广泛使用[1]。UML支持对软件密集系统的可视化建模，并且具有面向对象语言的特征，即其理念是“让语言适应问题，而不是要问题适应语言”，它能够让开发人员关注与系统的模型和结构，而不是系统实现的具体细节，适用于数据建模、业务建模、对象建模以及组件建模等。

（二）Petri网

Petri网是德国科学家Carl Adam Petri博士于二十世纪中叶在其博士论文《Kommunikationmit Automaten》中首次提出的，然后经过了长达40余年的发展和完善，逐步形成的一种完整、系统的通用建模语言[2]。Petri网不仅可以勾勒系统的结构，还能描述系统的动态行为，当前其在计算机科学与技术、自动化科学技术、机械设计与制造、工业过程控制以及经济学等领域都得到了普及应用。Petri网是一种基于图形的数学建模语言，其既可以通过图形界面模拟系统的行为特征，又能够结合线性代数、矩阵论等相关数学理论对系统的性质进行有效的分析，Petri网的分类如图1所示。

PetriW理论经过业界多年的实践与完善，目前已经形成多层次、多分支的理论结构，从其外延上可以分为基本Petri网、有色Petri网、增广Petri网以及含时间因素的Petri网等，其中有色Petri网、增广Petri网以及含时间因素的Petri网均可以称作高级Petri网。高级Petri网是对基本Petri网的扩展和抽象，其能够做到对网中的托肯进行分类、解析和运算，减少网系统中国的基本元素，以便实现缩小网系统规模的目标[3]。高级Petri网的主要优势是当其对复杂的系统进行建模时，所建立的模型将更为简单、清晰以及直观。

（三）时间自动机

时间自动机是一种用于实时系统建模和验证的理论，其以基本有限自动机的为基础，并加入了实时变量建模时钟集合，时钟变量的限制用于控制自动机的行为，相关研究机构在其理论技术上开发了时间自动机属性验证工具，比如UPPAAL以及Kronos等，实现了自动化验证过程的高效执行。

二、列车通信网络系统的形式化验证方法

形式化验证过程如图2所示，较其他验证方法，其具备四大优势：第一，验证情况蕴含所有的激励空间，验证过程和理论是完整的；第二，验证结果的正确性以数学理论为保障，与系统的激励情况无关；第三，验证结果不需要建立参考模型，生成期望的输出序列；第四，当验证发现错误时，可以生成简单易懂的错误调试信息[4]。当前，形式化验证方法主要包括定理证明、模型检查以及等价性检查。

（一）定理证明

定理证明（Theorem Proving）的目标是借助公理和推理规则等形式化逻辑证明设计的正确性。在理论证明系统中，通过逻辑架构对设计进行描述，并用引理对一系列性质进行描述，引理需要通过一些推理规则证明正确性。一级逻辑和高级逻辑能够准确无误地实现系统信息的表达，进而有效规避了自然语言描述系统带来的不准确的风险。

定理证明系统可以处理复杂的逻辑运算，定理证明过程以公理、推理规则、中间引理以及派生定义为依托，一般而言，往往需要具有专业素养过硬的人员进行推理路线的选定，进而交互式的完成证明过程。

（二）模型检查

上世纪末期E.M.Clarke等提出了基于师太逻辑和有限状态转移图的模型检查方法之后，模型检查方法因为较定理证明方法具有更高的自动化程度的优势，而在世界上各个研究机构和实验室得到深入研究和普及应用，以后经过了许多年的实践和完善。模型检查方法以时态逻辑为基本思想，描述程序或电路的时序性质，使用Kripke结构表示程序或电路的行为和结构，通过Kripke结构验证其是否满足时态逻辑公式。

结语

综上所述，我国幅员辽阔、人员众多的基本国情决定了构建安全可靠、经济环保以及实用快捷的高速列车的重要意义。尽管高速列车网络系统仍存在一些问题，但是随着高速列车网络系统形式化建模和验证方法的实践和不断完善，我国的高速列车客运业到一定可以实现更为良好的发展。

参考文献：

[1] 孙立宏，洪一.？？基于VMM统一验证平台的处理器芯片功能验证[J]. 火控雷达技术. 2010（01）

[2] 陈江，陈建国，陆慧娟，王康健.？？UML时间顺序图的实时系统建模及验证[J]. 中国计量学院学报. 2010（01）

篇7

关键词：现状 问题 对策

公路养护的主要目标是为了保证公路交通的畅通，防止交通能力的下降，城市公路养护管理是城市公路建设完成后的作业养护。在国际上很多城市都对公路养护进行了统一的项目划分，以保证城市道路的使用功能。

一、目前公路养护的主要现状

目前我国道路交通的主要特点在于道路设计、建设质量和运营模式，这使我国的公路养护具有如下的性质。

1.养护作业在实施的过程中具有强制性

公路是城市发展的基础设施之一，其地位和作用非常重要，这决定了公路养护成为了法律制度控制下的强制。

2.养护范围广，养护项目覆盖广

公路养护不仅局限在路面养护，同时还包括了沿线桥梁、附属设施、交通信号、绿化环保、服务设施等方面。

3.养护作业具有机动性和时效性

公路在养护过程中必须做到机动快捷、要保证其自身的实用性，并且要对公路养护的工艺技术和操作规程不断更新，在施工过程中减少对既有交通的影响。

4.养护技术和施工过程比较复杂

城市公路的养护爱需要较高的机械化和专业化，同时在新工艺和新材料的使用上要保证专业化，尤其在养护检测的技术上要将现代化的检查设备应用到养护中来。

5.养护成本和人员素质不断提高

公路的发达程度是一个地区的名片，所以公路养护必须在使用功能和服务水平上不断提高，从事公路养护的作业人员和管理人员必须拥有较高的业务能力，对技术的构成十分熟悉，在管理上具有较高的素质水平。

二.公路养护中存在的问题

城市公路建设发展十分迅猛，但是公路养护体制却十分保守，很多养护形式还属于传统的经验型管理，已经不能适应市场经济化的需求，目前常见的管理问题有如下几个方面：

1.养护管理体制陈旧

很多城市公路养护管理直接由市政部门管理，这与当代市场经济体制下的生产模式差异很大，已经不能适应公路养护企业的发展，市政部门的公路养护经费主要来自市政财政拨款，这种拨款形式不能适应城市道路管理的发展需求，并且限制了养护水平和管理机制的发展。

2.养护机制落后，轻视养护管理

1）由于养护管理有着强制性要求，所以没有针对该项工程的法律约束，经常表现为养护质量不高、材料浪费严重、事故责任制不落实，同时在养护资金的投入中不能及时划拨，这经常会造成小的路面问题发展为大的质量事故。养护资金投入不足还妨碍了公路养护技术的发展，使新的科学技术得不到应用。

2）目前城市公路相关的养护技术规范很少，很多养护工程都要套用新建工程的技术规范，这造成了养护工程在支出中缺少质量控制标准。养护质量的检查标准只能用“百分率”来代表，不能完成城市道路的养护指标。

3）养护设备较少，养护技术沿用传统的技术工艺，目前我国的很多城市虽然引进了综合性养护机械，但是这些机械设备缺少合理的养护和利用，促使机械的功能得不到开发，造成了严重的设备闲置现象。另外传统的手工作业技术还在沿用，这并不有利于公路养护的可持续发展。

4）公路养护工程从业人员的素质不高，造成城市公路养护技术很落后，这不仅制约了城市道路的发展，还影响了公路交通的安全、快捷、经济性等问题，使公路养护管理受到很大的阻碍。

三.城市公路养护管理的对策

1.养护管理体制改革对策

我国公路建设的初期都采用传统的道路养护管理，这在我国公路养护历史上发挥了重要的作用，并且根据养护管理积累了很多施工经验，在当时的计划经济体制下的起到了积极的促进作用。但是到了现代，市场经济占据了主体，传统的城市道路养护理念无法客观的完成工做任务，为了保证我国公路养护体制能够不断完善，我们要注意如下几个方面：

1）根据城市公路发展趋势制定相应的养护机制，城市公路养护和城市公路建设要进行集中考虑，并将领导权集中处理，在实施中实行分级管理，形成统一的公路管理养护标准，并且进行统一规划和调度。

2）在管理过程中要符合市场经济需要，要积极培养公路养护市场的发展，要做到管养分离。尤其在养护管理中要保证养护现代化进程。城市公路养护要积极面向市场，要通过招标施工队伍，进行养护工程招投标机制，养护工程的改革会由计划经济形势像合同管理模式转变，以符合城市公路养护特点。

3）保证养护队伍的专业化建设，养护队伍必须保证人员素质、设备配套、施工方案合理，这样才能完成公路突发事故的抢修。

4）实现养护工程的决策，使养护质量的检验成为一个综合服务性指标，同时建立完善的公路养护管理数据，并积极引进国际行业评比标准，使城市道路的使用能力和服务水平得到提高。

2.养护管理法规体系的建设

公路发展与养护是分不开的，它对国家经济发展有着重大的影响，所以政府部门必须加大立法和执行度，要坚持完善公路养护管理的约束性和规范性，将养护管理的强制性优势发挥到极致：

1）公路养护管理中使用的行业规范和管理措施，使公路交通在满足城市发展的同时，完善自身管理制度。

2）加强政府部门对公路围护行业的监管力度，使公路养护企业能够进行依法养护和维修，使其经营权和社会义务更加合法，同时满足政府监管要求。先进适用的养护技术，保证了城市道路的正常使用，规范、科学、高效的管理使城市道路的服务水平不断提高。面向二十一世纪的城市道路养护管理，必须具备强大的技术支撑。

4.利用交通地理信息系统（GIS—T ）促进城市道路养护管理现代化

由于交通地理信息系统可以将空间信息数字化，并使这些信息可视化，通过功能强大的软件，使城市道路沿线三维空间分析直观简明，数据管理便捷高效，为城市道路养护和运营提供大量、及时、准确的数据信息，为城市道路交通的发展、科学管理和决策提供依据。

利用高科技检测技术促进工程质量监测和城市道路养护智能化

通过利用高精度传感器、雷达技术、R S 技术等高科技手段，实现人工检测向自动化检测发展，由破损类检测向无损检测技术发展，使城市道路质量的检测、评估和病害分析更加快捷，使城市道路养护更加合理经济。

6.使用新技术

推广使用国外城市道路养护适用新技术、新材料、新工艺，提高路面耐久性，延长城市道路使用寿命。目前，城市道路建设中普遍采用的改性沥青技术、SMA 路面技术、土工合成材料、乳化沥青、稀浆封层等都是发达国家在城市道路养护过程中发展起来的，它们的推广与使用，改善了城市道路桥梁等建筑的稳定性和耐久性，达到了节约能源、降低成本，实现城市道路交通可持续发展的目标。

总 结：

公路自身的特点决定了养护管理的模式和养护质量，所以说搞好公路养护管理是需要市政单位、养护企业共同努力的，公路养护和经营是一项任重道远的任务，我们必须坚持城市道路养护的可持续发展，将公路养护的可持续发展上升到战略角度，在深化城市公路养护体制的前提下，探索出一条最适合我国国情的城市公路养护管理模式。

参考文献

[1]董茂强；袁文平.城市道路养护管理评价体系及其行业评价指标[J].中国市政工程，2010年05期