三维时域自由面格林函数法的时域绕射力计算研究

船舶工业CAE软件势流求解器的开发对势流计算方法的可靠性提出要求,本文针对三维时域面元法开展绕射力计算研究。首先引入三维时域自由面格林函数,其瞬时项的求解采用Hess&Smith方法,记忆项的求解采用Beck团队的方法;其次,推导出全浪向绕射力脉冲函数法编程所用的数学表达式;然后,采用分布源模型求解源强和速度势,并采用压力直接积分法求出时域绕射力;最后,针对Wigley I船型开展绕射力和FK力计算,并与公开的试验和计算结果进行对比,验证本文方法的可靠性。本文方法和代码可用于船舶工业CAE软件势流求解器和波浪中船舶非线性失稳运动预报。

地震勘探中的边缘绕射波及其动力学识别方法

深层、小尺度岩性体的高分辨率探测已超出常规的反射波地震勘探能力,而绕射波成像技术具有高分辨率.综述国内外绕射波的研究现状,本文将发展已久却未受到高度重视的几何绕射理论引入到勘探地震中,从物理直观性上阐述了边缘绕射波的运动学和动力学特征,详细分析了沉积不连续、透镜体和正断层产生的边缘绕射问题.目前主要依据走时差异识别边缘绕射波,本文基于边缘绕射波的绕射系数,提出绕射波的动力学识别方法 .通过比较沉积不连续共炮点和共偏移距的边缘绕射振幅变化曲线,得出共偏移距剖面中振幅主能量和极性反转特性均出现在绕射点在地表投影处,与共炮点记录相比,对信噪比要求不高,为绕射波识别的最佳剖面;透镜体的识别可根据两界面相交处和界面截断处边缘绕射波动力学特征共同分析;识别正断层要将其上表面和下表面分别看成两个沉积不连续模式,根据相应的绕射系数变化曲线进行识别.

基于f-x EMD波场分离的绕射多次波压制方法

自由表面多次波压制(SRME)方法是海洋地震数据处理中的关键步骤。当存在崎岖海底条件时,绕射波十分发育,常规SRME算法很难将复杂绕射多次波有效消除。对压制效果较差的多次波进行成因分析,首先基于f-x EMD波场分离算法,将全数据分解为反射部分和绕射部分,再对其进行多次波预测,获得绕射预测多次波子集:反射-绕射预测多次波、绕射-反射预测多次波和绕射-绕射预测多次波。然后,改进常规SRME算法的迭代过程,在SRME的迭代过程中使用与原数据中多次波更加匹配的绕射多次波子集进行多次波压制。与常规SRME算法的对比结果表明,改进的SRME算法在理论数据和实际数据处理中对多次波的压制都取得更好的效果。

一种高实时性电磁波绕射仿真模型及其应用

电磁波传输中遇到障碍物将在其后形成阴影区,在实时雷达模拟中需要计算阴影区以形成逼真的雷达回波图象。基于电磁波绕射理论建立的数学模型可用于简化遮挡阴影区的计算,适当的简化可大大降低仿真计算的复杂度,保证精度的同时提高了模拟的实时性。

水下爆炸作用圆柱壳的冲击波绕射效应及水域压力分布研究

文中采用流固耦合数值方法计算了无反射、刚性和弹性圆柱壳在200 kg药量TNT炸药爆炸冲击波作用下水域流场压力的变化,分析了冲击波延圆柱壳的绕射现象,得出了圆柱壳附近水域压力场的变化规律.通过数值计算分析了绕射波的入射冲击波、反射冲击波、衍射波和辐射波组成;辐射波主要由结构的变形和振动引起;压力汇聚点位置,压力峰值与结构相对刚度有关;空化发生时间、产生的压力同样与结构相对刚度有关.

陆基海洋通信船舶绕射损耗模型研究

海上主要港口和航道上船舶吞吐量大,陆基船舶通信链路被过往船舶遮挡的时间长、频次高,严重影响陆基船舶通信链路的连接质量。针对船岸通信信道测量场景中发生的由过往大型船舶驶过造成遮挡而产生的阴影效应,结合高精度实测数据对这一现象的大尺度信道特性进行了分析和建模。结合阴影效应发生位置的第一菲涅尔半径、离岸距离、收发天线路径距离、天线连线高度和海面曲率引起的相对高度变化等影响因素的内在联系,解析了阴影效应发生时遮挡船只的整个运动过程,并对第一菲涅尔区与遮挡船只相对位置对应的不同时间节点进行了分类。基于ITU-R P.526-15(2019年10月)建议书中的单个刀刃形绕射模型和单个圆形绕射模型,结合船只和第一菲涅尔区的相对关系,构建了基于遮挡船的三维数据和收发端相对位置的船舶绕射损耗模型,针对实测过程中D 06(0.6倍第一菲涅尔区间隙对应的路径距离)范围内和范围外两种情况下的两次船舶遮挡过程进行了模型仿真和实测数据比对分析,并结合分析结果提出了未来的应用方向。

跨大洋水声传播建模与绕射效应

跨大洋水声传播通常指传播距离超过一万公里、低频声波与深海海洋环境大尺度、连续相互作用的物理过程,是超远程水声探测的理论基础.水平绕射是指主要由水体声速变化引起的累积效应,是跨大洋水声传播中非常重要的物理现象.跨大洋水声传播水平绕射会引起声传播路径、到达信号方位角和声传播损失的巨大变化,导致因地形遮挡所产生的“声影区”变为“声照亮区”,有利于水声事件的跨大洋水声传播和信号的超远程检测.为了克服传统柱坐标系下水声传播模型空间分辨率逐渐变差的缺点,本文首先在直角坐标系下构建了一种跨大洋三维水下声传播模型,可实现近、远程声场空间分辨率不变的声场仿真.然后在美国声学学会标准斜坡地形等基准问题下,通过比较镜像解和仿真结果以验证该模型的精度.最后以2022年1月15日的汤加海底火山喷发为实例,开展了火山T波传播建模仿真,实现了从太平洋跨越到大西洋的水声场快速计算.声场计算范围超过16000 km.结果表明,太平洋火山所激发的T波在南美洲大陆的南端产生了绕射,能够经非大圆路径到达大西洋中部并为阿松森岛的水听器三联体H10N所探测到.通过对比不同波导条件下的声场模型仿真结果,发现在南极附近海域声速的变化是产生声水平绕射效应的主要原因.定量比较结果表明,当考虑水体声速变化的累积效应时,在水平距离10000~16500 km范围的垂直剖面内声传播损失降幅可达60 dB以上,在850 m深度的水平面内声传播损失降幅也达到60 dB以上.水体声速变化引起的绕射效应是水声观测系统能够接收到跨大洋传播声信号的根本原因.

地形遮蔽下的电磁波绕射效应对机载电子战影响

针对机载电子战中经常遇到的地形遮蔽问题,定量分析了遮蔽条件下电磁波绕射效应对机载电子战设备的影响。首先基于传统刃形单峰绕射模型提出了在地球曲率下山峰绕射高度的计算方法;然后基于Picquenard刃形多峰绕射模型提出了地球曲率下的主峰迭代搜索算法;最后利用构建的电磁波绕射模型,提出了机载电子战在地形遮蔽情况下的对抗策略。将算法嵌入模型后,通过比对仿真结果与真实试验数据,表明所提算法可适用于计算地形遮蔽对机载电子战设备的影响。

基于人工智能的残余绕射多次波衰减技术研究及应用

深水崎岖海底或含有复杂构造海域的地震资料存在严重的绕射多次波。传统的多次波衰减技术依赖于多次波模型与原始数据的相似度,当它们之间的差异较大时,则绕射多次波的衰减效果不佳。提出了利用人工智能深度学习中的目标检测网络检测绕射多次波区域;然后利用字典特征学习的方法,将多次波衰减问题转化为多次波字典特征学习与再重构问题,从而解决了绕射多次波模型与实际数据之间存在较大差异的问题。正演数据及实际数据应用表明,基于人工智能的残余绕射多次波衰减技术能够有效确定绕射多次波的位置并衰减残余绕射多次波,解决了绕射多次波预测不准、衰减效果不佳的问题。

圆锥体与圆柱体的几何绕射理论绕射线寻迹

基于几何绕射理论研究了圆锥体以及圆柱体上精确的绕射线寻迹方程 ,所得公式在射线寻迹上适用于远场与近场 ,比目前文献提及的方法更精确 .数值计算结果在远场情况下与文献结果吻合 。

基于绕射波的储层预测方法及其应用

碳酸盐岩缝洞、孔洞型油气藏在石油勘探中占有很大比重,其中储层预测是难题。反射波勘探时由于假设反射界面为光滑且无限大平面,因此受到纵向、横向分辨率限制,不能有效识别碳酸盐岩缝洞、孔洞型油气藏等该类地质体。基于绕射波的储层预测方法可从地震数据中去除反射波后,只利用地震波场中的绕射信息进行分析。绕射波利用的难点在于绕射波为弱信号,掩盖在强反射背景下,因此,需要去除反射能量以突显绕射信息。基于反射波与绕射波的相关性差异,给出了一种绕射波分离方法。该方法结合平面波破坏滤波与中值滤波,利用正则化反演迭代算法求取反射波平滑倾角场,同时沿着估计出的倾角进行中值滤波,进而计算出波形、振幅稳定的反射数据,最后由地震数据减去预测出的反射波,实现绕射波提取。数值模型及实际应用效果表明,该方法能够有效提取层间岩溶、溶洞、孔洞等地质信息,对碳酸盐岩缝洞型油气藏研究具有重要意义。

基于PWD的绕射波波场分离成像方法综述

绕射波成像方法能有效地对地下小尺度不连续地质体如断层、裂缝、粗糙岩丘边缘、河道等高精度成像,成像优劣的关键在于如何有效地从原始波场记录中分离反射波和绕射波波场.目前,绕射波分离及绕射波成像方法已逐步成为研究热点.本文系统地回顾了绕射波分离及成像方法的发展历程,分析了反射波和绕射波波场特征,并着重介绍了PWD(平面波分解)解构滤波器及其在叠前、叠后分离并成像绕射波的方法原理,探讨了绕射波成像方法的应用前景.

MoM/PO混合法中劈绕射电流基函数研究

论文给出了Bilow所提出的绕射电流基函数的理论依据,并把这种电流基函数和Burnside所提出的绕射电流基函数作了比较。考虑到绕射理论和基本电磁理论场量关系,对Bilow绕射电流基函数在过渡区和非过渡区分别进行了修正,提出了新的绕射电流基函数。三种基函数模拟的结果和理想导体劈绕射的解析解进行了比较,证明目前所采用的基函数精度最高。

地震绕射波波场分离与成像方法综述

地震资料中的绕射波携带了小尺度地质异常体信息,可以更加清晰地刻画断层、边界以及缝洞储集体等非均质体构造,但在常规地震资料处理中,绕射波往往作为噪声被压制掉。对分离地震绕射波和反射波的方法以及绕射体单独成像方法进行了研究。首先,从理论上阐述了地震绕射波的产生机制及地震特征;然后,从绕射波与反射波分离的角度出发,利用两者在不同域的形态差异,通过平面波分解技术、多聚焦叠加技术和聚焦切除反聚焦技术对绕射波与反射波进行分离;最后,应用高精度偏移方法对分离后的绕射波进行偏移成像。基于剖析和总结典型地区的应用实例,发现绕射目标单独成像可以实现小尺度异常体的识别,非均质地质体的成像精度显著提高,对高精度地震解释具有重要意义。由于绕射波本质上是三维现象,在三维情况下实现绕射波与反射波的分离并成像具有重要意义,也是未来研究与应用的发展方向。

绕射辐射振荡器研究

介绍了“绕射辐射振荡器研究”的成果，简述了理论分析、三维计算及设计方法；给出了实验结果并对有关问题进行了讨论。实验管测试的主要参量为：在工作电压２４００～４０００Ｖ；频率范围ｆ＝８４～１０４ＧＨｚ内测得高频振荡，最大输出功率达２００ｍｗ。频率范围ｆ＝６０～８２ＧＨｚ；最大输出功率达１．３Ｗ。同时介绍了这种器件在科学技术中的应用。

非视距环境下超宽带信号多重绕射仿真研究

利用时域一致性绕射理(UTD)和物理光学(PO)的方法来仿真非视距环境下超宽带(UWB)信号多重绕射传播特性。由于该方法利用一组简单的递推关系来代替一致性绕射理论中复杂的斜率绕射项,从而提供了一种简化的基于时域一致性绕射理论的多重绕射分析方法。利用上述方法推导了著名的Bertoni模型的时域冲激响应,利用卷积运算可以简便地预测仿真环境下接收点的超宽带信号。数值结果表明,这种基于时域UTD-PO的分析方法不仅能够用来准确地分析多重绕射模型而且还能够明显节省运算时间;相比楔形障碍物,圆形障碍物对接收点波形的影响较小。

斜入射下各向异性阻抗劈散射:表面波的绕射

各向异性阻抗劈的绕射研究对雷达探测、电波传播和高频天线设计等方面有着重要的意义。当平面波照射在各向异性阻抗表面上时,可能激励起导波模形式的表面波,在表面波的传播过程中,若遇到几何参数或者物理参数不连续的目标(例如劈边)则会产生绕射场。考虑到斜入射情况下电场与磁场的耦合,在一致性几何绕射理论(uniform geometrical theory of diffraction,UTD)框架内应用摄动原理,以及Van der Waerden方法得到斜入射情况下各向异性阻抗劈散射场中表面波的绕射场贡献。

基于相平均方法的折射绕射联合波浪模型

近岸带波浪运动的研究具有很重要的工程意义,近年来已获得了较丰硕的研究成果并发展了许多波浪模型,而基于不同理论的波浪模型往往具有特定的适用性.在海岸工程中应用比较广泛的一类波浪模型以波能(波作用量)守恒为基本依据,如SWAN模型.该类模型在实际工程中已经得到了大量的应用,但该类模型未计及波浪绕射效应,成为其突出的缺陷之一.如何对模型做适当的改进,使之适用于波浪绕射的模拟,从而在原有基础上拓广模型的应用范围是一项具有实际意义的研究工作.该文采用波能(波作用量)守恒方程描述近岸带波浪运动,通过引入绕射因子,得到折射、绕射联合波浪模型,从而拓广了模型的应用范围.通过实际算例验证,表明所建立的模型计及了波浪折射、绕射作用,对相平均波浪模型在波浪绕射效应模拟方面的改进具有一定的意义.

绕射信息提取技术及其在致密砂岩断裂系统识别中的应用

致密砂岩储层的断裂系统和裂缝发育的准确描述是油气勘探开发过程中的关键问题之一,其中发育的小尺度断裂、裂缝等地质异常体通常会在地震波场传播中产生绕射,这些绕射信息在保幅偏移后能够得到较好地保留。中值滤波技术能够利用反射波与绕射波的空间相关性差异,进行绕射信息提取。在利用中值滤波技术提取的绕射波信息基础上,进一步利用绕射波的空间相关性,采用绕射特征增强处理技术压制部分噪声,突出边缘绕射信息,从而得到更加直观的裂缝发育系统。将该技术用于鄂尔多斯盆地某实际地震资料的处理,结果表明,该技术能够有效提取断裂信息,绕射信息增强结果能够识别出研究区存在的丰富小尺度断裂,较好地刻画了断裂系统的空间展布,对致密气储层研究具有重要意义。

近海风电场障碍下海事雷达绕射损耗估算方法

考虑到目前近海风电场对海事雷达的影响还没有比较完善的理论模型。根据近海风电场周边通航安全保障的需求,提出基于矩形屏蔽绕射的风电场绕射损耗模型,该模型对风电场简化程度较小,与实际风机结果较为接近,估算结果较为可信,通过仿真计算给出特定参数下的风电场绕射损耗分布。