导体板上单极天线对电磁脉冲响应特性的矩量法分析

针对应用广泛的单极天线,基于矩量法分析了天线对高空电磁脉冲和高功率微波、超宽带非核电磁脉冲的响应,计算了三类电磁脉冲通过天线耦合产生感应电流频谱响应和时域瞬态响应,窄带脉冲的响应曲线与入射脉冲有较大相似性,电流响应峰值依次为100,60和10.3 A,对现有大功率限幅器的功率容限提出了更高的要求。

大气后向散射对主动探测激光脉冲的影响

分析了大气散射模型导致的后向散射对激光脉冲的影响,建立了激光脉冲后向散射物理模型,可用于估算后向散射产生干扰脉冲的功率。利用雪崩二极管探测器(APD)对实际大气条件下大气后向散射对探测激光脉冲产生的干扰脉冲进行了测量,结合测量结果和模型计算结果得到气溶胶和分子散射综合相函数值,与实测后向散射相函数值具有较好的一致性,对设计激光主动探测系统具有实际应用价值。

主动探测回波激光脉冲时域特性

利用“猫眼”效应原理实施目标主动探测，能够快速、准确发现空间光学侦察设备。激光脉冲辐照不同的反射目标，产生回波经大气传输后具有不同的脉冲展宽，利用该特性可实现对不同目标的识别和定位。利用光子散射理论分析了近地面气溶胶散射效应引起的脉冲展宽，给出了影响脉冲展宽的主要因素，建立了“猫眼”和漫反射背景回波脉冲展宽的计算物理模型；为验证模型，设计并实施了基于飞艇平台的动态主动探测验证实验，实验结果表明：激光脉冲经过8～10 km斜程大气传输，“猫眼”和飞艇背景漫反射回波分别展宽了20～30 ns和90 ns，与物理模型计算值具有较好的一致性，验证了物理模型的正确性，该模型可为区分和提取“猫眼”回波信号提供理论依据。

配电线路-变压器系统对强电磁脉冲的电压响应

电磁脉冲易于耦合进入未经加固的架空线缆系统,对接入电子系统具有很强的干扰和破坏作用。为评估其特性和规律,基于Agrawal传输线模型对电磁脉冲作用下配电线路-变压器系统的感应电压进行数值模拟,得到线缆末端感应电压对电缆长度、高度和地表面参数的计算结果;将线缆感应电压作用到10/0.4 kV变压器上,计算了3类10/0.4 kV变压器低压绕组上的感应电压。数值模拟结果表明,配电线路接入未带负载变压器时,波形形状不变,仅电压峰值减小2/3;变压器接入负载时,电压峰值进一步减小1/3,峰时后延,脉宽减小,波形震荡明显减弱以至快速消失。该仿真结果,可用于指导电磁脉冲防护器件的选择,在防护效能的评估上也具有重要意义。

基于并行梯度下降算法模拟高功率固体激光装置的相干合成(英文)

多路光的相干合成是高功率固体激光装置的关键技术之一。基于合成模型,对4组tilt/tip-piston镜采用并行梯度算法,通过模拟计算实现了光束间的位相锁定和相干合成。结果表明有限次算法迭代次数内,相干合成时远场焦斑10μm半径范围内的强度比约为非相干合成时的4倍。基于高频响应驱动器和对应的高速控制算法将有可能实现高功率固体激光装置多路输出光束间的相干合成。

角锥棱镜后向衍射特性的Zemax分析

当角锥棱镜(CCR)作为激光的合作目标时,其后向空间衍射特性是进行系统设计所必须考虑的。Zemax具有强大的物理光学计算能力,可对非序列光学元件角锥棱镜的后向衍射特性进行仿真,仿真结果精度高,方法简便具有通用性。首先建立了角锥棱镜的几何模型,分别计算了在垂直和倾斜入射条件下,理想和具有二面角误差角锥棱镜近场和远场的衍射图样,最后考虑偏振效应下角锥棱镜的衍射图像,将近场模拟结果与实际测量值进行了对比,具有非常好的一致性。根据定量的仿真计算结果,得到了一系列有益于工程设计的结论,借助于Zemax,将对不同使用要求的角锥棱镜及其系统设计产生极大便利。

用于快点火的激光驱动器组束方式

根据实现快点火激光的预估参数要求,分析了非相干组束和相干组束是否可满足快点火所需的激光功率密度和能量。引入与实际情况相当的畸变波前分析远场焦斑,为了满足能量要求非相干组束需要组合更多的光束,并改进驱动器的稳定性将角漂控制在±2μrad范围内;相干组束可获得更小的焦斑有利于提高功率密度,同时可降低对能量的要求,但仅对单路光分别进行波前补偿并不能提高能量集中度,需要引入复杂的监测和控制设备对整个通光孔径内的波前(包括束内和束间)进行全局控制。基于目前提出的参数要求和波前校正能力,非相干合成更易实现快点火,但相干合成则具有更广泛的应用潜力。

拼接聚焦终端在快点火装置上的应用

为满足快点火对点火脉冲功率的要求,主要在建和规划中的快点火驱动器均提出类似天文望远镜的拼接技术,实现大口径多路激光的相干聚焦。采用几何光学追迹和傅里叶方法求解拼接聚焦模型,针对抛物面镜的拼接规模和控制精度对焦斑峰值功率的影响进行了理论和数值模拟研究。模拟了2×2,3×3和4×4拼接离轴抛物面镜在一定控制精度下远场焦斑的斯特列尔比,并由正态分布的蒙特-卡罗方法分析了精度误差对斯特列尔比的影响。结果表明,面外旋转角和轴向活塞位移误差分别为1μrad和210.6 nm时2×2结构的焦斑斯特列尔比大于0.8的概率超过60%。

近地浮空器三维姿态校准的激光传递设计

浮空器由于长期空中作业,导致其装载的惯性导航系统输出姿态的积累误差越来越大,必须进行定期校准。针对这个问题,提出利用已校准精密惯性导航系统对浮空器进行姿态校准,其关键是测量两个基座固连坐标系之间的相对角度。对该相对角度测量系统进行了设计:地面激光发射装置发射经过磁光调制的线偏振光,接收装置采用CCD和光电二极管分别测量俯仰角、滚转角和偏航角。考虑强大气效应和激光远距离传输的影响,该系统三维相对角度的理论测量精度可达到10-4 rad,太空背景下的测量精度可提高两个数量级,对非接触物体间的相对姿态测量具有重要意义。

光学窗口的电磁耦合模拟和防护技术

当高功率微波（HPM）辐照装配光学窗口的电子方舱，电磁波将通过透明光学窗口耦合进入方舱内部，损伤方舱内部的电子器件。基于有限时域差分法（FDTD），文章计算了点辐射源和平面波入射下舱体内部的场强分布，当窗口采用ZnS／Ag／ZnS多层透明导电薄膜防护时，屏蔽效能达到40dB，可对内部电子器件产生有效的防护。

高功率微波武器对卫星的威胁及防范措施

基于高功率微波(HPM)对电子系统的毁伤效应,重点分析了HPM的两种耦合方式,对前门耦合卫星天线、光学窗口的场强分布和后门孔缝耦合进行初步仿真计算,并对相应的防护措施作了论述。最后提出解决卫星设备抗HPM的思路和研究方向。

平顶高斯超短脉冲激光的时间部分相干性对相干合成的影响

利用准单色光干涉理论,计算了2×2平顶高斯超短脉冲激光在远场的干涉图样,分析了激光的时间部分相干性及其存在束间相位差时对相干合成的影响。计算结果表明,当单路激光输出光束线宽小于100 nm时,理想波前的远场光斑图样和峰值光强基本保持不变,当光束线宽大于100 nm时,干涉减弱衍射效应逐渐增强;光束间存在相位差时,时间部分相干性将破坏远场图样随束间相位差的周期性变化,相位差越大干涉越弱;当超过相干长度时,则为非相干合成,但1/6倍相干长度范围内,仍可视为较理想的相干合成,此时焦斑的斯特列尔比大于0.9,对超短脉冲的相干合成影响可忽略。

上下行传输孔径接收光强起伏特性分析

为了研究地星上行和星地下行激光链路孔径内接收光强信号的典型特征,基于大气湍流理论和位相屏方法,计算了短波和中波红外激光在特定大气相干长度条件下,孔径内接收激光功率与总功率的比值及起伏情况。根据统计结果讨论了上下行大气通道传播特性的差异,结果表明相同外界条件下,直径50cm孔径内接收的下行激光信号强度大于上行激光信号强度1个数量级以上,其信号的起伏程度也低于上行激光;中等湍流下,下行激光孔径接收光强的概率分布函数服从对数正态分布,最大概率接收功率比与无湍流条件下的功率比值一致,分别为0.42%(1.315μm)和0.26%(3.8μm)。

基于角锥棱镜和面阵CCD的动态基座航向角校准

研究用于飞行器等动态基座航向角校准的大范围、中高精度航向角度测量系统。系统采用2个面阵电荷耦合装置(CCD)检测反射光斑的相对位置,实时测定动态基座航向角,为避免基座晃动的影响,提出了角锥棱镜反射测量方法并设计了整套光路,所需元件少,结构简单,光路调谐简便,适合空中作业。根据预估参数搭建了实验系统,对面阵CCD传感器的检测信号进行阈值分割处理后,采用重心亚像素检测方法,定位精度达到0.4像元大小,航向角度测量不受基座晃动影响,测量精度优于1,′测量范围满足±10,°为应用于外场实验打下了基础。

等离子体对高功率微波的防护

提出了用等离子体防护高功率微波破坏电子设备的方法。建立了"介质层-等离子体层-介质层-等离子体层"的反射/吸收模型,其中两层均匀非磁化等离子体厚度各为50mm,等离子体频率为30GHz,等离子碰撞频率为70GHz。计算了微波的透射功率、防护结构的最小防护距离。计算结果表明:对功率10GW、脉冲宽度100ns、天线100m2(效率50%)的微波源产生的微波,频率小于30GHz时,将被防护装置反射;频率为31～80GHz时,防护结构的最小防护距离约为5km。

波导等离子体限幅器中气体的选择与触发条件计算

为保护电子设备不受高功率微波损坏，在矩形波导中嵌入等离子体限幅器。计算了不同气体的微波击穿场强随气体压强以及微波频率的变化规律。在高气压条件下（1333～133320Pa），气体击穿场强随气压增大而增大，在计算的4种气体中Ne的击穿场强最小；低气压条件下（1.3332～133.32Pa），气体击穿场强随气压增大而减小，且Xe具有最小击穿场强。高气压条件下气体的击穿场强明显高于低气压下的击穿场强。计算结果表明：当填充133.32Pa的Xe时，限幅器能够在约30km范围内，有效地防护10GW级高功率微波对电子设备的损坏。

温度变化下研磨金属表面反射率和发射率的测量

介绍了测量材料表面双向反射分布函数和发射率的原理和方法,搭建了532 nm和1 064 nm波长双向反射分布函数和表面发射率测量平台,对经金刚砂(320目)研磨后金属靶板表面的反射率和发射率及中等温升情况下的变化特性进行了实验测量。测量结果表明,粗糙金属靶板表面近似为朗伯辐射体,反射率低于0.25。在常温至320℃范围内,靶板表面反射分布、反射率和发射率的变化幅度较小。

功率PIN二极管PSpice子电路模型

提出一种改进的PIN二极管子电路模型。该模型能够反映PIN二极管的瞬态开关特性,将基区电导调制效应考虑在内。通过PSpice软件瞬态仿真PIN二极管的正向直流、反向恢复特性。利用该子电路对新型SiC材料PIN二极管建模仿真,仿真结果表明运用新材料对二极管开关性能有显著提高。

PIN二极管子电路模型与微波限幅研究

利用一种改进的PIN二极管子电路模型，通过Pspice软件瞬态仿真研究了PIN限幅器的平顶泄漏和高频限幅性能。利用该子电路对新型SiC材料PIN二极管建模仿真，仿真结果表明新型二极管可以提高限幅器的性能。

级联式高功率微波限幅防护装置

针对单级等离子体限幅器在防护高功率微波时可能出现的功率泄漏问题，提出等离子体限幅器与PIN限幅器在矩形波导中级联的新型防护装置。以功率为10GW、频率为1GHz高功率微波为例，通过计算单级等离子体限幅器的泄漏功率，分析比较了单级等离子体限幅器和级联式防护装置的防护性能。结果表明：对于单级等离子体限幅器不同情况的泄漏（即入射高功率微波场强小于限幅器击穿阈值场强和限幅器响应时间较长两种情况），采用级联式防护措施后，其泄漏功率被抑制在0．40W以下。