高纬电离层调制加热辐射波特性分析

基于2017—2019年我国利用欧洲非相干散射(European Incoherent Scatter,EISCAT)科学联合会加热装置开展电离层调制加热的实验数据,分析获得了高纬度电离层调制加热激励ULF/VLF电磁波辐射特性.实验采用自然电流调制和双频双波束调制两种加热模式,分析两种加热模式下加热功率、加热波极化、辐射频率和地磁扰动对ULF/VLF电磁波强度的影响.研究结果表明:激励辐射波强度与加热功率近似成正比例关系,自然电流调制和双频双波束调制激励辐射波的功率比例系数分别约为1.7和2.1;相对O波极化方式,加热波采用X极化波更有利于激励ULF/VLF电磁波辐射;随着辐射波频率的增加,辐射波强度先增加后减小,自然电流调制激励辐射波强度最大值出现在2 kHz附近,双频双波束调制激励辐射波强度最大值出现在8~14 kHz;自然电流调制加热激励辐射源强度依赖于电离层中自然电流的大小,而双频双波束调制激励辐射波强度与自然电流强弱相关性较小.最后,针对目前电离层调制加热的热点问题-双频双波束调制加热形成ULF/VLF辐射源到底处于电离层中什么位置,采用实验和理论相结合的分析方法,对比两种加热模式激励ULF/VLF电磁波传播特性的差异,结果表明双频双波束调制模式辐射源的传播特性更加符合辐射源位于F层情形.

网络并行FDTD方法分析电大目标电磁散射

本文应用基于消息传递 (MessagePassing)模式的网络并行计算系统来实现并行FDTD方法 .通过区域分割技术将FDTD计算区域分割成多个子域进行分别计算 ,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行切向场值的数据交换以使整个迭代进行下去 ,从而实现FDTD并行计算 .我们采用PVM并行平台来实现并行FDTD算法 .计算结果表明了本方法的正确性和有效性 .

应用改进迭代物理光学方法分析电大尺寸开口腔体散射

为了克服用 IPO法处理电大尺寸形状相对复杂的腔体散射时会出现迭代收敛慢甚至发散现象 ,本文引入松弛因子、异步迭代以及继承迭代等措施改进迭代的收敛性 。

复杂载体短波天线特性的FDTD模拟与分析

分析复杂载体 (卫星、舰船 )上短波波段单极天线和矩形环天线特性。由于天线工作在短波波段 (3～ 30MHz) ,通常载体尺寸与波长可比拟 ,因此天线与载体之间的电磁作用比较复杂 ,天线特性会受到很大影响。用时域有限差分 (FDTD)方法模拟单极天线和环天线的算法 ,然后对一种简化卫星和舰船模型上单极天线和环天线特性是如何受天线位置、天线半径以及载体结构的影响进行模拟与分析。计算结果对实际工程应用有重要参考价值。

等离子体涂覆三维目标散射特性的PLRC-FDTD分析

采用分段线性递归卷积时域有限差分方法(PLRC-FDTD)分析等离子体覆盖三维目标的散射特性,分别计算了均匀和非均匀等离子体覆盖导体球的后向雷达散射截面。计算结果表明等离子体涂层选择合适的厚度、电子密度和碰撞频率,能够有效的减小目标的雷达散射截面。选择合适的参数,非均匀等离子体层有更好的隐身效果。

FDTD-SIBC混合方法计算近地导线表面电流

通过在 FDTD方法中引进时域表面阻抗边界条件来研究瞬态电磁脉冲对有耗地面附近电缆线耦合问题。由频域表面阻抗出发通过拉氏变换得到时域表面阻抗边界条件( SIBC) ,并将这种边界条件应用于 FDTD方法中来模拟有耗地面的反射。

基于副瓣峰值控制的天线阵方向图综合

在干扰入射方向,自适应天线阵方向图会产生零陷,使副瓣电平降低。根据自适应阵列的这一特性,应用一种基于最大输出信噪比准则的改进自适应算法对天线阵进行方向图综合。假定有大量干扰信号施加到方向图副瓣区,通过只对副瓣峰值电平进行控制调整加权值,降低副瓣电平,得到满足副瓣要求的目标方向图,使算法得到简化。可以应用于不等间距直线阵列和矩形平面阵的方向图综合问题。考虑了阵元间的互耦及阵元方向图特性的影响。仿真结果证实了该算法是可行的。

基于AFAS的通信链路设计

基于大功率HF无线电波加热电离层过程中产生的不均匀体有沿场散射特性,建立了散射通信链路模型。通过选取边界点的方法对散射体作近似处理。考虑到电波在电离层中的折射,采用射线追踪技术模拟通信信号在电离层中的传播路径,并用试射法确定初始方向角。以加热站点位于武汉为例,数值模拟得到了通信链路的散射接收范围。其结果表明在我国进行人工沿场散射(AFAS)通信具有很好的优势。

脉冲源激励下地下目标的电磁散射分析

本文分析在地面上放置冲激函数源情况地下电磁场的传播和散射特性 .在冲激函数源的后期由于电磁场变化较缓慢位移电流可以忽略 ,扩散特性占据优势 .本文通过在准静态Maxwell方程中引进虚拟位移电流项 ,将扩散问题的求解转化为波动问题 ,从而应用非均匀时域有限差分 (FDTD)方法来分析地下问题 .

我国极区冬季电离层加热实验研究

通过对非相干散射雷达观测数据的处理分析,研究了2008年1月我国在挪威Troms(?)进行的冬季电离层加热实验效应.研究结果表明,电离层临界频率大于泵波频率的O波加热事件扰动效应明显,电子温度存在60%～120%的增强,扰动范围从150 km一直延伸到400 km,电子密度扰动不显著,最大可以观察到12%的密度衰减.受加热影响,离子声波频率有1～2 kHz的增加,离子线谱峰谷比增加,有时伴随有高阶谐振线出现.离子线和等离子线功率存在过冲现象,等离子线的功率剖面存在单峰、双峰和三峰结构,等离子线的功率增强幅度随频率负指数衰减.

有耗平面和三维目标复合散射的FDTD分析

采用FDTD方法计算了有耗地面与三维目标的复合散射 ,对吸收边界条件 ,连接边界条件和近远场变换作了细致讨论。吸收边界使用了广义PML吸收层 ,它对电磁波有较好的吸收效果。连接边界处则利用解析入射波和三波迭加技术 ,上半平面用入射波和反射波、下半平面用透射波作为对目标的外加场进行计算。得到近场数据后 ,为避免出现复杂的Sommerfeld积分 ,用互易原理简化了外推过程。FDTD算法与矩量法和快速多层多极子相比 ,具有节省内存 ,计算时间短等优点。通过地上物体和地下物体的计算验证了FDTD方法的精确性 。

中低纬调制高频加热电离层ELF／VLF辐射模拟

从基本的电子能量方程出发,改进了幅度调制HF电波加热低电离层模型。计算了低电离层电子温度和电导率随加热时间的变化,以及不同高度上加热产生ELF/VLF Hall电流大小。根据实际的电离层参数,在一定加热条件下,计算了北京、上海、昆明和海口所产生ELF/VLF Hall总电偶极矩大小。结果表明:利用幅度调制HF电波加热中低纬度地区低电离层,可以有效形成ELF/VLF电波辐射源。

极区冬季电离层加热实验研究(三)——低电离层分析

使用低电离层加热条件下,非麦克斯韦碰撞等离子体非相干散射的理论模型,我们对我国2008年1月进行的极区冬季电离层加热实验进行了分析.分析结果表明,本次实验在低电离层区域得到了显著的电子温度增强现象,最大增幅百分比达到了168.9%.基于上述理论模型,我们进一步反演了非麦克斯韦指数,并由其计算出了加热电场强度,这对电离层加热的精确数值仿真有着重要的意义.

电磁脉冲斜入射时无限长近地细导线表面电流的计算

本文应用时域有限差分 (FDTD)方法研究电磁脉冲斜入射下无限长细导线的表面感应电流 ,并考虑了有耗地面的影响。该问题可以转换为二维问题来计算 ,从而大大节约计算资源。

三维大尺寸介质目标散射问题的总场边界PSTD技术

传统的伪谱时域差分(PSTD)方法中不存在硬连接边界条件,基于Gao 等人的思想,在PSTD计算区域内设置8～10个网格层的连接区.通过引入加权窗函数,使得整个计算区域被有效地划分为总场区、连接区和散射场区.总场边界PSTD技术在成功地把入射波引入到PSTD计算区域内的同时,更便于复杂目标离散建模.以时域高斯脉冲为宽频带平面入射波,通过数值算例,验证了总场边界PSTD技术应用于三维大尺寸介质目标散射问题的有效性和实用性.

加权总场法在PSTD算法中的应用

伪谱时域 (PSTD)方法可以处理电大尺寸目标电磁散射问题。本文介绍了一种能够把入射波有效引入PSTD计算区域的新方法———加权总场法。该方法通过引入类似于FDTD中连接边界的连接层 ,将计算区域划分为总场区、连接区和散射场区。为了总场区和散射场区的连续 ,在连接区引入窗函数 ,通过设置 8 10层连接区就可以将入射波有效地引入到PSTD总场区。这样使入射波和目标分离 ,实现了复杂目标的单独建模 ,从而使PSTD便于模拟复杂目标的电磁散射。文中以高斯脉冲为入射波 ,通过二维情况下目标散射宽度的数值结果 。

FDTD模拟SLF\ELF水平电偶极子在非均匀地-电离层波导中的场

在SLF/ELF频段,已有的解析算法对于研究其在非均匀电离层模型下的电磁特性有很大的局限性。采用三维球坐标时域有限差分方法(FDTD)计算了非均匀电离层模型下(考虑电离层白天和黑夜不对称),水平电偶极子产生的SLF/ELF波在球形地-电离层腔体中的传播特性。计算了电场分量和磁场分量沿地面随传播距离的变化,以及随方位角的变化。和均匀电离层模型对比,非均匀电离层模型的计算结果更具有实际意义。

加载天线目标RCS的FDTD计算与分析

提出一种带角点的细导线模型和传统FDTD相结合的方法分析加载斜拉式线天线目标散射特性。为进一步减小目标离散时的台阶化误差和节省计算资源 (内存和时间 ) ,给出一种简化的共形FDTD(SCFDTD)算法。通过坐标旋转使天线长段平行于某固定坐标轴 ,然后建立带有角点的细导线FDTD模型。以变形网格面积与正常网格面积之比 1/ 6作为SCFDTD算法的判据 ,既简化了已有CFDTD算法的复杂度 ,又不失其物理意义。与传统FDTD方法和实验测量结果对比数值计算例子表明了该方法的可行性与有效性。

基于电离层加热的人工沿场散射RCS估计

在电离层加热理论研究和试验研究的基础上,根据F层散射体的特征和不均匀体散射理论,建立了人工沿场散射(AFAS)中散射体的散射截面积数学模型.通过与国际上理论结果对比,证明了模型的适用性.利用模型估算了中国人工沿场散射通信中,通信频段在20～100 MHz时散射体的散射截面积,结果显示,甚高频率(VHF)的低端可达80dB·m^2.另外,通过计算验证了雷达波束垂直地磁场方向时可获得最大散射截面积的理论.

磁化等离子体涂覆目标散射特性的FDTD方法

基于分段线性递归卷积法(PLRC)把时域有限差分方法(FDTD)推广应用于三维各向异性磁化等离子体中,给出了三维计算公式,并且和电流密度卷积时域有限差分方法(JEC-FDTD)进行了对比,结果表明PLRC方法更精确。计算了磁化等离子体覆盖球锥体的双站雷达散射截面(RCS)与无涂敷以及涂敷非磁化等离子体球锥体的散射特性进行了对比,结果表明磁化等离子体有更加独特的特性。其隐身效果优于非磁化等离子体。