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（一）項目背景 本項目源自無線通信系統(tǒng)中多波束天線設(shè)計實際技術(shù)需求。多波束系統(tǒng)具有高角度選擇性，可以實現(xiàn)頻率復(fù)用，即同一個頻段在不同空間內(nèi)得到重復(fù)利用，能夠大幅度提高信道容量。傳統(tǒng)相控陣天線系統(tǒng)中的移相器、衰減器成本高昂，能效較低，難以民用。常用替代方案有無源矩陣網(wǎng)絡(luò)陣列天線和拋物面天線系統(tǒng)。但陣列天線的饋電網(wǎng)絡(luò)隨著天線數(shù)量的增加會更加復(fù)雜，并帶來嚴(yán)重的損耗問題；而拋物面天線系統(tǒng)雖然性能優(yōu)良，但其體積相對較大、笨重，不利于集成。因此，提高多波束天線系統(tǒng)的效率、簡化結(jié)構(gòu)、降低成本是迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題。 （二）項目簡介 本項目提供一種用于無線通信系統(tǒng)中的多波束低造價超表面天線。當(dāng)每個波束獨立工作時，通過切換波束實質(zhì)上實現(xiàn)了波束掃描。雷達、衛(wèi)星通信、新一代移動通信都需要波束掃描或多波束天線提高通信容量和覆蓋靈活性。超表面具有調(diào)控電磁波的極化、傳播和空間分布的能力，將電磁超表面與天線設(shè)計相結(jié)合，有效避免了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、成本較低、設(shè)計靈活。研究基于電磁超表面的高效率、低成本的多波束天線是解決上述問題的一個重要設(shè)計方向。 （三）關(guān)鍵技術(shù) 該項目利用超表面的靈活相位調(diào)控，實現(xiàn)多個波束的產(chǎn)生，涉及到的關(guān)鍵技術(shù)包括多波束天線以及渦旋波生成技術(shù)。 1.多波束技術(shù)。多波束天線具有高增益、低副瓣以及可在較寬范圍內(nèi)波束掃描等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于雷達系統(tǒng)、衛(wèi)星通信以及 5G 通信等技術(shù)領(lǐng)域，在滿足輻射性能要求的同時還要考慮成本、可靠性、體積等因素。其中，多波束拋物面天線、多波束相控陣天線、多波束透鏡天線等應(yīng)用最為廣泛。拋物面天線增益高、結(jié)構(gòu)簡單，但往往體積笨重、波束一致性差、覆蓋范圍窄，波束掃描速度較慢；相控陣天線采用電子掃描的工作方式，具有較高的掃描精度和較快的掃描速度，然而大規(guī)模的有源相控陣制造成本高，難以大量應(yīng)用；多波束透鏡天線具有頻帶寬、波束覆蓋范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點，基于電磁超表面的透射陣易于加工、剖面低，具有較為廣泛的應(yīng)用。利用電磁超表面可以實現(xiàn)對電磁波波前相位的靈活調(diào)控，高增益多波束透射陣天線由 90°極化旋轉(zhuǎn)超表面單元組成，該超表面單元可以同時完成極化旋轉(zhuǎn)和相位補償。將 5 個線極化平面饋源以空間饋電形式安裝，5 個平面饋源分別獨立饋電可以形成 5 個不同指向的波束，從而完成波束掃描。該天線剖面較低，采用空饋技術(shù)使得饋電網(wǎng)絡(luò)簡單，整個天線質(zhì)量輕，便于安裝，是無線通信系統(tǒng)中天線端可取的方案。 2.渦旋波生成技術(shù)。在微波射頻波段產(chǎn)生渦旋電磁波，常用方法通常為螺旋相位板、反射面和環(huán)形陣列天線，螺旋相位板成本高、體積大，產(chǎn)生渦旋波效率低，不利于遠(yuǎn)距離傳輸；反射面容易設(shè)計、效率高，但加工較為困難且體積較大，限制了應(yīng)用范圍；環(huán)形陣列天線可以調(diào)節(jié)陣元間相位差以產(chǎn)生精確的渦旋電磁波，是較為方便有效的方法之一，加工容易，成本較低，但饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計較為復(fù)雜，不利于大規(guī)模推廣。 基于人工電磁表面的天線技術(shù)近年來發(fā)展迅速，超表面是由亞波長單元在特定平面或曲面通過周期排列構(gòu)成，其厚度小于工作波長。超表面與傳統(tǒng)材料相比，其功能上的優(yōu)勢體現(xiàn)為可以對照射到其表面的電磁波傳播特性和反射特性進行靈活調(diào)控，即對透射波和反射波的幅度分布、相位分布、極化狀態(tài)的靈活控制，使波束在電磁表面上形成 exp(-jlφ)的相位分布，就可產(chǎn)生 OAM 渦旋電磁波束。由于每個電磁表面單元的相位都具有獨立調(diào)整的能力，因此設(shè)計自由度大，能產(chǎn)生模態(tài)純凈的 OAM 渦旋電磁波束，同時超表面天線的剖面通常很低，占用空間小，平面印刷結(jié)構(gòu)也大幅降低結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性，同時由于不需要饋電網(wǎng)絡(luò)，也不存在饋電損耗，容易實現(xiàn)較高的口徑利用效率。

空間多波束延遲網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于光控相控陣天線內(nèi)部的波束形成網(wǎng)絡(luò)，通過分組多抽頭延遲，使相控陣天線在空間形成多個空間波束。 該延遲網(wǎng)絡(luò)通過微波光子技術(shù)，在光域?qū)ξ⒉ㄐ盘栠M行高精度多路分組延遲及多路合成，通過光延遲技術(shù)克服了電延遲技術(shù)（同軸電纜延遲線、聲表面波延遲線、微波PIN二極管延遲線等）在延遲移相上存在的固有技術(shù)缺陷，可滿足高頻寬帶信號的延遲移相及空間波束形成需求。同時，該技術(shù)還可應(yīng)用于其他需要實現(xiàn)射頻信號精確延遲及分配的系統(tǒng)當(dāng)中。

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本發(fā)明公開了一種實現(xiàn) TD-LTE-Advanced 中多流波束賦形的方法，包括：從 TD-LTE-Advanced 基站的上行探測參考信號獲取 4×8的信道矩陣，將信道矩陣 A1進行分解，以得到兩個 4×4子信道矩陣，對每個子信道矩陣進行 Household 變換，以生成上Hessenberg 矩陣，對上 Hessenberg 矩陣 J(1)進行 Givens 旋轉(zhuǎn)，以將該矩陣 J(1)變換成對角矩陣，重復(fù)上述運算達至少 5 次，其中上一次計算得到的矩陣又會作為下一次計算中所使用的Hessenberg 矩陣，將得到的右乘 Household 變換矩陣和得到的右乘Givens 矩陣疊乘，以得到一個 4*4 的矩陣。利用最大比傳輸算法對生成的矩陣 V 的每一列進行加權(quán)處理，以生成最終的波束賦形權(quán)矢量。本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有 EBB 算法的不足，準(zhǔn)確地計算多流波束賦形權(quán)矢量，并有效降低誤碼率。

本發(fā)明公開了一種定頻波束掃描漏波天線及其波束掃描方法，所述天線包括介質(zhì)基板，分別位于該介質(zhì)基板正反兩面的金屬條帶和金屬地板以及位于介質(zhì)基板正面的若干變?nèi)荻O管；金屬條帶包括一組弧形漸變微帶線結(jié)構(gòu)和位于漸變微帶線結(jié)構(gòu)之間的人工表面等離激元結(jié)構(gòu)；人工表面等離激元結(jié)構(gòu)包括與漸變微帶線結(jié)構(gòu)連接的過渡段和位于過渡段之間的若干槽深周期變化的開槽單元；金屬條帶通過變?nèi)荻O管和過孔與金屬地板連接。本發(fā)明通過對變?nèi)荻O管容值的調(diào)整實現(xiàn)對平均表面阻抗的調(diào)制，且隨著電壓的改變能夠?qū)崿F(xiàn)波束定頻掃描；另外本發(fā)明制造簡單、操作方便、容易集成，只需要一步光刻過程，不僅節(jié)省造價，而且避免了多層結(jié)構(gòu)引發(fā)的加工誤差。

本發(fā)明公開了一種基于多波束相控陣聲納系統(tǒng)的三維聲納可視化處理方法，包括以下步驟：采集聲納數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送；通過網(wǎng)絡(luò)逐幀獲取聲納數(shù)據(jù)，將每一幀聲納數(shù)據(jù)對應(yīng)的范圍圖像轉(zhuǎn)化為全局坐標(biāo)系下的點云數(shù)據(jù)；對點云數(shù)據(jù)進行過濾，將過濾得到的點云數(shù)據(jù)連接成三角面片，并計算每個三角面片的法向量和頂點；將當(dāng)前幀與前一幀進行配準(zhǔn)，將配準(zhǔn)后的當(dāng)前幀和前一幀中的點云數(shù)據(jù)進行馬賽克化處理，然后利用遍歷交叉點算法將馬賽克化后的當(dāng)前幀和前一幀的點云數(shù)據(jù)進行融合，并進行三維場景圖像模型點集的更新；依據(jù)融合后的點云數(shù)據(jù)的強度以及三角面片的法向量和頂點的法向量，生成三維場景圖像。本發(fā)明方法，速度快，精度高。

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