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（一）項目背景 本項目源自無線通信系統中多波束天線設計實際技術需求。多波束系統具有高角度選擇性，可以實現頻率復用，即同一個頻段在不同空間內得到重復利用，能夠大幅度提高信道容量。傳統相控陣天線系統中的移相器、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絡陣列天線和拋物面天線系統。但陣列天線的饋電網絡隨著天線數量的增加會更加復雜，并帶來嚴重的損耗問題；而拋物面天線系統雖然性能優良，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的效率、簡化結構、降低成本是迫切需要解決的關鍵科技問題。 （二）項目簡介 本項目提供一種用于無線通信系統中的多波束低造價超表面天線。當每個波束獨立工作時，通過切換波束實質上實現了波束掃描。雷達、衛星通信、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計相結合，有效避免了復雜網絡設計、成本較低、設計靈活。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計方向。 （三）關鍵技術 該項目利用超表面的靈活相位調控，實現多個波束的產生，涉及到的關鍵技術包括多波束天線以及渦旋波生成技術。 1.多波束技術。多波束天線具有高增益、低副瓣以及可在較寬范圍內波束掃描等優點，廣泛應用于雷達系統、衛星通信以及 5G 通信等技術領域，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用最為廣泛。拋物面天線增益高、結構簡單，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，然而大規模的有源相控陣制造成本高，難以大量應用；多波束透鏡天線具有頻帶寬、波束覆蓋范圍廣、結構簡單、成本低等優點，基于電磁超表面的透射陣易于加工、剖面低，具有較為廣泛的應用。利用電磁超表面可以實現對電磁波波前相位的靈活調控，高增益多波束透射陣天線由 90°極化旋轉超表面單元組成，該超表面單元可以同時完成極化旋轉和相位補償。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，采用空饋技術使得饋電網絡簡單，整個天線質量輕，便于安裝，是無線通信系統中天線端可取的方案。 2.渦旋波生成技術。在微波射頻波段產生渦旋電磁波，常用方法通常為螺旋相位板、反射面和環形陣列天線，螺旋相位板成本高、體積大，產生渦旋波效率低，不利于遠距離傳輸；反射面容易設計、效率高，但加工較為困難且體積較大，限制了應用范圍；環形陣列天線可以調節陣元間相位差以產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，但饋電網絡設計較為復雜，不利于大規模推廣。 基于人工電磁表面的天線技術近年來發展迅速，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成，其厚度小于工作波長。超表面與傳統材料相比，其功能上的優勢體現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控，即對透射波和反射波的幅度分布、相位分布、極化狀態的靈活控制，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整的能力，因此設計自由度大，能產生模態純凈的 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，平面印刷結構也大幅降低結構設計的復雜性，同時由于不需要饋電網絡，也不存在饋電損耗，容易實現較高的口徑利用效率。

空間多波束延遲網絡主要應用于光控相控陣天線內部的波束形成網絡，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。 該延遲網絡通過微波光子技術，在光域對微波信號進行高精度多路分組延遲及多路合成，通過光延遲技術克服了電延遲技術（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，該技術還可應用于其他需要實現射頻信號精確延遲及分配的系統當中。

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本發明公開了一種實現 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，以將該矩陣 J(1)變換成對角矩陣，重復上述運算達至少 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 的每一列進行加權處理，以生成最終的波束賦形權矢量。本發明能夠克服現有 EBB 算法的不足，準確地計算多流波束賦形權矢量，并有效降低誤碼率。

本發明公開了一種定頻波束掃描漏波天線及其波束掃描方法，所述天線包括介質基板，分別位于該介質基板正反兩面的金屬條帶和金屬地板以及位于介質基板正面的若干變容二極管；金屬條帶包括一組弧形漸變微帶線結構和位于漸變微帶線結構之間的人工表面等離激元結構；人工表面等離激元結構包括與漸變微帶線結構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；金屬條帶通過變容二極管和過孔與金屬地板連接。本發明通過對變容二極管容值的調整實現對平均表面阻抗的調制，且隨著電壓的改變能夠實現波束定頻掃描；另外本發明制造簡單、操作方便、容易集成，只需要一步光刻過程，不僅節省造價，而且避免了多層結構引發的加工誤差。

本發明公開了一種基于多波束相控陣聲納系統的三維聲納可視化處理方法，包括以下步驟：采集聲納數據，并通過網絡發送；通過網絡逐幀獲取聲納數據，將每一幀聲納數據對應的范圍圖像轉化為全局坐標系下的點云數據；對點云數據進行過濾，將過濾得到的點云數據連接成三角面片，并計算每個三角面片的法向量和頂點；將當前幀與前一幀進行配準，將配準后的當前幀和前一幀中的點云數據進行馬賽克化處理，然后利用遍歷交叉點算法將馬賽克化后的當前幀和前一幀的點云數據進行融合，并進行三維場景圖像模型點集的更新；依據融合后的點云數據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。本發明方法，速度快，精度高。

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