Time Domain Analysis of Transmit/Receive Dipole Pair Array

We introduce a new transmit/receive dipole pair array to obtain a compact quasi\|monostatic antenna structure for ground penetrating radar systems. And we analyze this transmit/receive dipole pair array in time domain. The numerical results show that if the distance between the transmit antenna and receive antenna is appropriate the array configuration is adoptable.

The transient scattering mechanism of dipole array with reflector

The transient backscattering mechanisms of a dipole array with reflector have been investigated from different aspects： time-domain, frequency-domain, and combined time-frequency domain, using 4 × 8 dipole arrays with reflector as an example. The data of scattering from the arrays under the incidence of Gaussian pulses are obtained by finite differential time domain method. The influences of the array structural parameters, incident wave parameters, and incident angles on the waveforms, spectrum, and time-frequency representations of the backscattered fields of the arrays are analysed and conclusions are drawn. From these characteristics and conclusions, it is possible to deduce the array structure inversely from the backscattered field.

时间域有限差分法(FDTD)对井中雷达的数值模拟

为了进一步认识雷达的探测性能,用数值模拟的方法来研究各种地质条件下雷达的信号反应。时间域的麦克斯韦差分方程可以用一系列的差分方程来表达,这个过程叫做时间域有限差分法(FDTD)。该方法可以有效地计算三维空间中电磁场的时间域信号。引入了可包含局部小网格的技术,计算精度和效率都得到了提高,同时,作为发射和接收的偶极子天线的模拟方法也得到了充分的考虑。计算了充水裂缝和一种矿体的井中雷达信号响应。结果表明,井中雷达可以用于探测地下充水裂缝和矿体。

用水平天线消除天波干扰的算法研究

天波电台干扰导致探测距离下降是高频地波探海雷达面临的主要问题 ,虽然用水平天线能够消除天波干扰 ,但要消除多个干扰需要使用多根水平天线 ,这在海边有限的场地条件下是不可行的。基于对干扰特性的分析 ,提出了一种将水平天线的信号两次混频、在时域分段滤波的新算法 ,可以用较少的水平天线消除多个干扰 ,理论和仿真证明了算法的有效性 ,从而为在有限场地条件下 ,用水平天线消除天波干扰的工程应用提供了实现方案。

一种时域电磁法剩余油探测装置的参数研究

提出了一种非接触式剩余油探测装置的参数设计方法。通过两种观测装置在均匀介质中时域电磁响应特性的对比,确定了最佳观测装置结构。分析了发射信号脉冲宽度和关断时间对响应信号的影响。研究了发射线圈电性与实际发射波形关断时间的关系,提出了发射线圈参数的选择原则。讨论了斜阶跃波激励下接收线圈的过渡过程,并给出了匹配电阻和接收线圈分布电容的估算方法。根据分析结果最终设计了装置参数并进行了室内实验。结果表明,不论从响应信号幅度还是延迟时间,均可对不同电导率的介质进行有效识别,为今后时间域电磁法剩余油探测的井下实验奠定了基础。

球形偶极子电场传感器的仿真建模与分析

针对常用瞬态电磁脉冲测试手段的缺点,笔者给出了一种新型的球形偶极子电场传感器,并对其进行了仿真建模和分析。文中分别在时、频域研究了负载阻抗变化和传感器尺寸变化对其测试特性的影响,并直观地给出了传感器输出电压的波形失真情况及其频率特性。结果显示:传感器低频特性受其负载阻抗影响显著,而其高频特性受传感器尺寸影响显著。分析结果对球形偶极子电场传感器研制中的参数优化和选择具有一定的参考价值。

矿井浪涌脉冲电磁辐射特性的研究

采用时域有限差分法(FDTD)对矩形巷道内浪涌脉冲注入传输线产生的电磁辐射场进行了研究,建立了数学模型,并计算了巷道内不同位置辐射场的强度.计算结果表明:当监控设备、分站或信号电缆与高压电缆布置在同侧时,距高压电缆距离不同,浪涌脉冲电磁辐射的强度不同,距离越小,场强越大;当距离高压电缆的距离足够大时,浪涌脉冲对其电磁辐射强度相差不大.因此,监控设备、分站和信号电缆应尽量不与高压电缆布置在同一侧.

少周期脉冲在稠密V型三能级介质中传播时的粒子布居演化

利用由预估计校正-时域有限差分(PC-FDTD)法求解Maxwell-Bloch方程得到的数值解,研究少周期激光脉冲在稠密V型三能级原子介质中传播时各能级粒子数布居的演化特性.结果表明,两跃迁偶极矩的比值(γ)对稠密介质中粒子数布居反转出现的时间和振荡的次数具有显著的影响,γ=1时,考虑洛仑兹局域场修正(LFC)时,粒子数反转出现的较晚,近偶极-偶极(NDD)相互作用延缓了粒子数的反转;γ>1时,考虑LFC时,粒子数反转出现的较早,NDD相互作用加快了粒子数的反转;电偶极矩不同时,粒子数布居振荡的次数比相同时多.粒子数布居在稠密介质中的演化特性与稀疏介质中显著不同,在入界处,稀疏介质中粒子数布居可以实现长时间的反转;随着介质密度的增大,粒子数布居产生准周期性的振荡,但考虑LFC时,振荡的次数比不考虑LFC时少.

频率域偶层位曲面位场处理和转换方法研究

在空间域偶层位法的基础上,研究了完整的频率域偶层位曲面位场处理和转换方法.该法可应用于平面或曲面、规则网或非规则网的位场数据处理和转换.通过对偶层面z坐标和计算面z坐标平移不同的量来加速正演快速收敛和保证反演稳定、快速收敛;提出了适合于不规则网曲面处理和转换的核心算法——单点快速Fourier变换;提出了频率域不规则网曲面处理和转换方法技术.通过以上技术措施解决了大数据量特别是曲面不规则网的位场处理和转换问题,模型试算以及实际资料处理验证了该方法的应用效果.

频率域偶层位方法在直升机磁测数据处理中的应用

由于航磁测量飞行高度数据精度低以及数据量大等原因,使得已有的一些曲面位场数据处理和转换方法很少用于实际生产中。因此,提出了频率域偶层位曲面位场数据处理和转换方法。该方法采用数据圆滑方法压制飞行高度数据的干扰,并成功地应用于湖北黄石直升机航磁测量的数据处理中。应用结果表明,曲面延拓到地表的磁场与地面磁测结果对应很好,而且曲面化极结果与已知地质体也有很好的对应,证实了频率域偶层位曲面位场数据处理和转换方法实用性强,可用于起伏测量条件下航磁数据的处理工作中。

利用脑电空间高频分量分离深、浅层偶极子源

从头皮观测脑电中把由深层源产生的部分与浅层源产生的部分分开，据以观察大脑内的深层电活动细节是在理论和临床上有重要意义的课题。本文根据对深、浅层偶极子源在头皮上产生电位的空间频率分析，提出利用脑电的空间高频分量对浅层源定位，进而把浅层源产生的电位从脑电中分离出去的方法，并将Ｍａｒｑｕａｒｄｔ优化算法由空域推广到空频域。仿真实验表明，此法可以较准地定位浅层源，从而有效地把脑电中深、浅层源的贡献区分开来。

基于姿态变化的航空频率域电磁法仪器偏置实时校正方法研究

磁偶极子的航空频率域电磁法仪器在飞行测量的过程中由于仪器偏置的存在,且仪器偏置会随着外部气压、温度等环境因素以及收发线圈晃动的影响而呈现非线性变化,使得观测数据出现误差,因此需要对仪器偏置进行校正.而传统的在测线飞行前后将仪器抬至高空的"零场值"标定方法具有成本高、受测区环境影响大以及采用线性插值获取测线飞行过程中仪器偏置的精度低等缺点.本文根据仪器偏置与仪器姿态角变化无关的特性,通过测得仪器的姿态角信息,在满足重叠偶极子模型的条件下,实现对仪器偏置的高精度实时校正.模型仿真结果表明,在30m常规飞行高度下,该方法实时测得的仪器偏置精度接近于110m高空测得的精度;校正后仪器偏置的绝对误差与理论二次场的比值即相对误差小于5%,满足反演大地电导率的精度要求.该方法不仅减少了飞行的工作量,降低了飞行成本和飞行难度,而且可更加精确地获得测线飞行过程中仪器偏置的非线性变化值,提高航测数据的观测精度.

近自由面三维水翼的水动力分析及试验研究

采用面元法对近自由面三维水翼进行势流数值分析并进行了相关试验研究。在数值计算中,将Rankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法模拟水翼的势流场和自由表面波形。在自由面采用非线性自由面边界条件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足Kutta条件。文中给出了数值计算模型的参数,对于不同浸深、不同航速和不同攻角下的水翼,计算了水翼表面上的压力分布,水翼的阻力和升力及自由表面波形。数值计算结果与试验结果进行了对比。结果表明,文中方法可用于水翼优化设计、近自由面振动翼运动及水翼船兴波等问题的研究。

直接边界元法时域全非线性兴波计算(英文)

文章在时域中采用直接边界元的方法计算模拟了以稳定航速运动的近水面潜体全非线性兴波现象。从格林定理出发,在边界面上布置Rankine源和偶极子,采用时间步进的方法计算模拟潜体近自由面运动的兴波现象。每个时步自由面上的势和节点位置采用全非线性拉格朗日自由面边界条件求解,重新生成自由面网格准备下一个时步计算的初始条件。文中给出了数值计算的结果并与试验和线性计算的结果相比,证实了该方法是可靠的,并可以利用该方法建立数值波浪水池。

近自由面三维水翼的水动力时域分析(英文)

基于格林定理,将Rankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法计算了近自由面条件下的三维水翼的势流场。其中在自由面采用线性自由面边界条件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足Kutta条件。影响系数中的奇异积分及非奇异积分都采用一种精确积分的方法计算。文中确定了计算模型和参数,给出了不同航速、展长及浸深下的数值计算结果,并与相关文献结果进行了对比,证实了该方法是一种可靠、有效的时域算法。

圆柱螺旋线的时域电磁场

给出一个单连通的空间电流线圈在远区辐射的时域电磁场，应用等效性原理和场的迭加性，求出圆柱螺旋天线的辐射场分布。

一种超宽带穿墙雷达的三维成像算法研究

提出了一种应用于超宽带穿墙雷达的三维成像算法。在研究后向投影算法原理的基础上,构建了电磁波穿透介质墙的数学模型,补偿了电磁波在墙体中传播的时间延迟,推导了基于偶极子近场辐射模型的穿墙改进后向投影算法,给出了算法的实现流程。利用FDTD得到采样数据,运用算法的具体流程实现对介质墙存在下的目标进行三维成像。验证了算法的有效性,分析了墙体和目标间耦合作用对成像效果的影响。

印刷对数周期天线的FDTD分析与实验

采用非均匀网格时域有限差分(NU FDTD)方法,对单层印刷对数周期阵子天线(PLPDA)进行了电磁仿真,分析了单面和双面介质盖板对PLPDA性能的影响,得到了PLPDA的驻波和方向图特性,并进行了实验验证,分析结果与实验结果吻合得较好。

GaAs光导开关lock-on模式的高倍增偶极畴模型

采用瞬态电脉冲测试电路,对砷化镓(GaAs)光导开关线性与锁定(lock-on)工作模式的临界状态进行了系统的实验测试,得到阈值条件附近波形变化情况及lock-on模式下电压转换效率显著提高现象。根据实验测试结果,提出了高倍增偶极畴模型,并结合载流子雪崩倍增理论,对实验观察到的若干临界实验现象进行了合理的解释。

超宽带无线电引信天线设计及仿真

为解决超宽带引信发射机与天线带宽、功率匹配的问题,设计了一种超宽带无线电引信天线。借助CST电磁场仿真软件对三角对称振子天线的馈电点和张角天线性能进行了仿真优化,通过分析其驻波比、天线带宽、天线增益和辐射信号幅度,可得出三角对称振子天线的最佳馈电点为三角形顶端、最佳张角为60°以及时域分析法更适合于超宽带无线电引信天线的仿真与优化。