几种典型目标的角闪烁特性分析

从角闪烁的概念出发分析了谐振区典型目标的角闪烁特性。利用解析方法给出了无限长导体圆柱角闪烁的产生机理,角闪烁与电尺寸的关系;利用矩量法求解电磁场积分方程,分析了导体平板和有限长导体圆柱的远区散射场和波印廷矢量,发现导体平板和有限长导体圆柱的波印廷矢量在球坐标系下的3个分量随远区观察距离的平方衰减,因此对导体平板和有限长导体圆柱来说,由波印廷矢量法计算所得的角闪烁与观察距离有关。

关于完全匹配层吸收边界条件中差分格式的讨论

对完全匹配层 (PML)中Maxwell方程差分格式的推导 ,本文认为文献 [1]求解微分方程时有不妥之处 ,给出了改正。根据PML介质中电磁波传播特性 ,我们还用直接方法导出差分格式的不同形式 ,在证明两者一致的同时指出后者更具精确性 ,并易于编程实现。

雷达目标远区角闪烁线偏差与观察距离无关的一般性证明

和利用高频区散射中心模型计算目标角闪烁不同,直接从Stratton-Chu积分公式出发给出了目标散射场分量随观察距离的变化关系,并证明在远区近似条件下任意目标的远区角闪烁线偏差与目标观察距离无关,只跟目标本身电尺寸、形状及观察目标方向有关。利用驻相法说明所提方法和散射中心建模方法在高频区的结果是一致的,而所提方法适合在全频带上分析目标角闪烁,更具一般性。最后利用电场积分方程结合矩量法计算了有限大导体平板和有限长导体圆柱的角闪烁线偏差,验证了目标远区角闪烁线偏差与观察距离无关。

二维无条件稳定时域有限差分方法

基于半隐式的Crank Nicolson差分格式给出了一种无条件稳定时域有限差分方法。和传统FDTD法中采用的显式差分格式不同 ,对Maxwell方程组采用半隐式差分格式 ,在时间和空间上仍然是二阶精确的。但时间步长不再受稳定性条件的限制 ,只需考虑数值色散误差对其取值的制约。利用分裂场完全匹配层吸收边界截断计算空间 ,为保证PML空间的无条件稳定性 ,其方程也采用半隐式差分格式。数值结果表明相同条件下US FDTD方法与传统FDTD方法的计算精度是相同的 ,而且在增大时间步长时US FDTD方法是稳定的和收敛的。可以预见US

分析表面粗糙有耗波导传输特性的频域有限差分方法

提出了一种分析金属有耗和表面粗糙对波导传输特性影响的频域有限差分方法(FDFD).该方法按照Maxwell方程组的旋度方程对波导横截面内部场分量进行差分展开,对波导的有耗金属边界和表面粗糙边界分别采用表面阻抗边界条件(SIBC)和等效SIBC代替.将波导内部节点场分量及边界节点场分量满足的方程联立形成特征矩阵方程组,通过求解特征矩阵的特征值可得到指定频率下金属波导的传播常数.和微扰法相比,FDFD方法能分析截止频率以下及形状不规则时表面粗糙有耗波导的传输特性.数值仿真结果表明,随着粗糙度的增大,金属衰减损耗逐渐增大到表面光滑时损耗的2倍.

THz波段介质涂敷空芯金属圆波导的传输特性

针对THz波段介质涂敷空芯金属圆波导传输特性的精确分析问题,基于波导中场方程及边界条件建立关于传播常数的特征方程,并且采用改进的Muller法求解特征方程得到涂敷圆波导主模HE11模的传播常数。计算中对THz波段的非理想导体电导率采用经典弛豫效应模型。仿真结果表明:内径为1.8mm的银波导,当聚苯乙烯涂敷层厚度为17μm时,HE11模在1.5～3.0THz的衰减常数在1dB/m以下,且具有较好的色散特性;内径为2.2mm的银波导,在2.5THz时其衰减常数随涂敷层厚度的增加先增大后减小,且存在最佳介质涂敷层厚度,可实现THz波低损耗传输。

基于微多普勒特征的运动步态识别

人的肢体运动会产生微多普勒特征,利用这一特征可以进行人体步态识别。首先对人体进行建模,并利用运动捕捉数据模拟了人运动时的雷达回波。然后利用Chirplet变换对人体躯干的平动和肢体微动部分的回波进行了分离,从肢体部分回波中提取了人体运动的步频,并将其作为特征量进行人的运动步态识别。仿真结果表明了利用步频特征识别人体运动步态的有效性,且这一特征不受雷达视线方向与人体运动方向夹角的影响,可以应用于城市反恐等领域。

随机小介质球散射的稀疏矩阵/规则网格法分析

利用张量电场积分方程和稀疏矩阵/规则网格 (SMCG)法分析了随机分布小介质球的散射问题 .SMCG法根据离散单元间场作用的强弱 ,将阻抗元素分解为强作用的稀疏矩阵和弱作用的补充矩阵 .在共轭梯度法迭代求解矩阵方程时 ,直接计算强作用稀疏阵与待求向量的乘积 ;而对弱作用的补充矩阵 ,则将阻抗元素在规则网格上应用Taylor级数展开 ,由于级数项中存在平移不变性的核 ,因而可利用快速傅里叶变换实现补充矩阵与待求向量的乘积 .实验算例表明 :SMCG法和矩量法的数值曲线吻合性很好 ,在分析电大目标散射时减少了计算机内存和CPU时间要求 。

基于失败向量信息的难测固定故障测试向量生成

针对数字电路中难测固定故障测试向量生成效率低的问题,基于失败向量信息实现难测固定故障的测试向量生成.该方法利用难测固定故障失败向量与成功向量在端口逻辑值上可能具有的相反属性,以输入端口逻辑值的概率信息量化失败向量的特征,从而提高难测固定故障成功测试向量生成的生成概率,缩小测试向量的搜索范围,提高了测试向量生成的效率.

有耗媒质中Maxwell方程组瞬态解的惟一性研究

在相同的初边值条件下 ,首先给出了有耗媒质中Maxwell方程组的拉普拉斯变换法解和分离变量法解 .通过比较两种解析解的数值曲线得出 :两者的差异在于求解Harmuth解的数值曲线时 ,采取无穷积分的高频截断近似产生了吉布斯现象 ;在计算Harmuth解的数值曲线时不断增大积分上限 ,其数值曲线的振荡不断向不连续点处收缩 ,而且衰减加快 ,因此在求解Harmuth解的数值曲线时 ,若积分区间取为理想无限大 ,则可以预见相同计算精度下两种方法的电场解的数值曲线是一致的 .由此从数值计算的角度 ,验证了有耗媒质中波方程解的惟一性 .计算结果表明 ,在求解由分离变量法所得的无穷积分解析解的数值曲线时 ,吉布斯现象的存在具有普遍意义 .

FDTD方法分析THz波段金属平板的屏蔽特性

研究了室温下金属平板对THz波的透射屏蔽特性。考虑到THz波段金属电导率的频率色散特征,基于Z变换方法处理频域色散媒质本构关系到时域的转化,使FDTD仿真易于编程实现。仿真表明,对不同金属材料,其屏蔽效应随频率呈现出周期振荡,且金属平板厚度在百nm量级时对THz波的屏蔽效应>60 dB。对不同厚度的金属平板,其屏蔽效应以dB为单位随厚度线性增大,有望利用此特性实现厚度μ<m级薄层金属的厚度测量。

基于四元数的人运动雷达回波计算方法

人运动的雷达散射回波的获取是研究人微多普勒特征的关键问题。在计算运动人体各部件位置时,常用的欧拉角方法存在复杂矩阵运算等问题,因此针对一个常用的运动模型特点,提出利用四元数方法进行各部件位置计算。四元数法可以有效地减少矩阵运算。应用该方法仿真获得的人体运动散射回波与国外实测数据对比结果表明了其正确性。对合成回波的时频分析结果表明,人运动的微运动特征可以提供有价值的信息,并有望用于人体目标的识别。

一种降低交替方向隐式时域有限差分数值色散的方法

针对交替方向隐式时域有限差分方法(ADI-FDTD)数值色散严重的缺点,提出了一种低数值色散的各向同性ADI-FDTD方法.该方法在ADI-FDTD方法的差分近似微分中引入各向同性差分模板,并通过确定各向同性差分的加权系数来近似实现各向同性,然后人为修正空间的介质参数来减少各个方向上的数值色散误差,因此在模拟一定带宽的时域问题时可有效提高计算精度和计算效率.仿真结果表明,该方法在单频上可近似实现无数值色散误差,在所优化的频带附近其数值色散误差是ADI-FDTD方法的1%.

基于分布式压缩感知的无线传感器网络异常数据处理

无线传感器网络的海量数据采集、传输和处理,对传感器节点的处理能力和功耗提出了严峻挑战,而且现实环境中传感器故障或者环境因素的突变会导致部分采集数据异常,而传统的数据处理方法无法对包含异常的数据进行有效的处理。针对上述问题,文中提出了两类无线传感器网络的异常数据模型,以及相应的基于分布式压缩感知的异常数据处理方法。通过协同的多个传感器进行数据压缩采样,当多个传感器采集的数据包含异常成分时,分布式压缩感知技术对数据中相同的正常分量进行一次统一重构,仅对不同的异常分量进行单独重构,从而避免了对相同数据分量的重复处理,提高了对包含异常成分数据处理的效率。另外,分布式压缩感知技术充分利用数据间的相关性,可有效减少传感器网络的数据采集量,加强其对抗异常数据的鲁棒性。对两类异常数据模型的数值仿真结果表明:相比于传统的基于单组测量值的压缩感知技术,基于分布式压缩感知技术的数据处理方法在提高异常数据重构准确率的同时,将采样数据量减少了约33%,证明了该方法的有效性。

一种分析微带线随机参数敏感性的多项式混沌展开方法

针对传输线加工中材料及结构参数随机不确定性对传输性能影响的问题,提出了一种计算随机系数传输线电报方程的多项式混沌(PC)展开方法。利用正交多项式混沌基函数,该方法首先将传输线电报方程中的随机等效集总参数、传输线电压及电流响应进行展开;其次利用Galerkin法,将随机系数的电报方程问题转化为关于电压、电流正交多项式展开系数的确定性扩阶方程组问题,并结合传输线边界条件可计算电压、电流的展开系数,进而获得电压、电流及传递函数的均值、方差和概率密度分布。随机参数微带传输线的仿真结果表明:低频时导带宽度对微带线的传输性能影响较大,高频时介电常数对其传输性能影响较大;在满足计算精度要求的同时,PC展开方法具有比传统蒙特卡罗(MC)方法更高的计算效率,计算耗时仅约为MC方法的1/500。

THz频段圆波导传输特性的特征方程分析法

针对THz频段采用金属电导率趋肤效应模型会引入传播常数误差的问题,提出了一种非理想导体圆波导传输特性的特征方程分析法.首先基于圆波导中的场方程及电磁场边界条件得到了关于传播常数的特征方程;其次在特征方程中采用非理想导体电导率的经典驰豫模型,通过数值求解得到了圆波导的传播常数.与采用变分法计算传播常数的结果相比,特征方程法可在全频段上精确表征圆波导的传输特性.仿真结果表明:与传统变分法相比,圆波导特征方程分析法得到的衰减常数相对误差在10THz时可减小66%;与传统的金属电导率趋肤效应模型相比,特征方程分析法采用金属电导率经典弛豫效应模型得到的衰减常数相对误差在6THz时可减小31%.

金属涂敷层对圆波导传输特性的影响分析

建立了金属圆波导中电磁模式的特征方程,通过特征方程研究了涂敷层电导率和厚度对电磁波传播特性的影响规律.先从圆波导中电磁波满足的场方程及边界条件出发,推导了在波导壁电导率及厚度有限、内壁具有金属涂敷层时满足传播常数的圆波导特征方程,并得到了各模式传播常数的近似解析式.通过近似解析式和数值法求解特征方程,得出金属涂敷层的厚度及电导率对衰减常数及相位常数的影响规律,解析解与数值解的结果具有很好的一致性.研究结果表明,金属涂覆层厚度在小于2倍趋肤厚度时对电磁波传播特性影响最大,在大于3倍趋肤厚度时趋于稳定值.

用于非规则波导传输特性分析的高效坐标变换法

针对传统数值方法在非规则波导的数值计算中存在边界处理复杂、计算效率低等问题,提出了一种高效分析非规则波导传输特性的坐标变换法。首先根据变换函数,将非规则截面区域映射为一个简单的规则截面区域,为保证变换前后Maxwell方程组满足形式不变性,变换后的规则截面区域需填充适当的各向异性媒质,媒质参数由Jacobian变换矩阵确定,由此将非规则截面波导转化为一个与其等效的规则截面波导;其次借助有限元法对简单的等效规则波导进行求解,可有效降低边界处理算法的复杂度和剖分网格密度,提高数值计算效率。对椭圆波导和矩形脊波导的计算结果表明,使用该方法能够在保证足够计算精度的同时,节省计算资源达50%以上。

临界路径跟踪算法中自屏蔽和多路敏化现象的研究

目前临界路径跟踪算法中确定扇出源临界性时,未同时考虑扇出源的自屏蔽和多路敏化现象,进而导致处理结果出现近似问题,对此研究了自屏蔽和多路敏化现象对扇出源临界性的影响,提高了算法的准确性.通过使用18值符号仿真,可以同时检测固定故障和跳变时延故障,提高了算法的有效性.使用C++编程语言对改进后的临界路径跟踪算法进行实现,并应用于ISCAS’85标准电路进行故障模拟,实验结果证明了该算法的准确性和高效性.

粗糙导体表面提取印刷电路板介质参数的微分外推方法

针对在高速传输／互连结构中小尺寸印刷电路板（PCB）金属导带表面粗糙对信号传输损耗和相移影响增大的问题，提出了一种宽频带下提取PCB板介质参数的方法。该方法基于带状线模型，首先计算表面光滑导体和粗糙导体时的表面阻抗；然后利用表面阻抗计算表面粗糙导体模型的传播常数；最后借助微分外推方法分离光滑导体下的传播常数，从而在宽频带下提取介质基板的介电常数和损耗角正切。仿真结果表明：在从直流到20GHz的频带上，分离导体表面粗糙影响后，提取的介电常数和损耗角正切与实际采用的聚四氟乙烯材料参数相比，在1MHz下，相对介电常数误差为2％，损耗角正切为5％；在10-20GHz的高频范围内，相对介电常数最大误差为1％，损耗角正切最大误差为8．6％。该方法基于等效表面阻抗理论，在保证计算精度的同时，有效地节约了计算资源，适于在宽频带下提取PCB板的介质参数。