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。

机载相控阵天线绕射场分析

采用一致性几何绕射理论分析了某型航空飞行器机体对其上安装的阵列天线辐射方向图的影响。给出了机体散射场分析数学模型建立的原则和天线装机后总场计算方法,详细推导了阴影区曲面绕射场的计算公式,分析了载机对天线辐射方向图的影响。以相控阵天线为例,计算在机体上不同安装位置,天线不同扫描角情况下的天线辐射方向图,为大型阵列天线在载机上的优化布局提供参考。

半球封闭圆柱体表面绕射声场研究

基于一致性几何绕射理论,对半球封闭圆柱体上半球表面的高频绕射声场进行了数值计算与分析。获得了单个点声源作用下,半球表面声场的声压分布图,其中包括一些干涉条纹,干涉条纹的区域及形状与点声源的位置和频率有关;在多个点声源作用下,发现在接近半球顶点的附近,多个声波经多途传播后在该区域的叠加声压由衰减转为增强的现象。

谐振区目标散射特性与曲面绕射机理的研究

针对目标在谐振区的散射模型,提出了将高频方法应用于谐振区的两种改进办法,用以解决高频方法在谐振区精确度有所下降的问题.在谐振区,随着频率和目标电尺寸的降低,对于表达式中的高频级数解,需要更多的求和项才能使级数得以收敛,除此之外还考察了高阶爬行波对散射场的影响.在此基础上,为了分析谐振区的散射特性与散射机理,将混合几何光学-物理光学算法与一致性几何绕射理论相结合,同时推导了爬行波随爬行距离等参数衰减的表达式,并且通过计算金属球和二维圆柱的散射场,总结出目标在谐振区的散射特性.

NURBS-UTD方法的爬行波射线寻迹算法

针对一致性几何绕射理论方法不能处理任意弯曲模型这一缺陷,研究了基于任意曲面模型的一致性几何绕射理论方法,采用数值的微分几何手段提出了基于非均匀有理B样条建模技术的一致性几何绕射理论方法中在暗区占主要地位的爬行波射线的寻迹算法,使得一致性几何绕射理论方法可应用到复杂电磁目标的分析中.这种算法可以应用于已有的板、柱、锥模型,并且可以有效地处理以往无法操作的任意光滑凸曲面.

机载通信天线辐射特性分析

采用一致性几何绕射理论分析了某型航空飞行器机体对其上安装的通讯线天线辐射方向图的影响,给出了航空飞行器散射模型建立的原则和方法,对安装在飞机表面的通信线天线阴影区散射场计算公式进行了详细的分析推导,设计了机载通信线天线辐射方向图计算软件,可快速准确计算机载天线辐射方向图.以通信常用单极子天线为例,计算了机体表面不同安装位置线天线受载机影响辐射方向图,该结果对机载天线安装位置优化有指导意义.

复杂环境中天线辐射方向图的分析

采用一致性几何绕射理论(UTD)研究了电大尺寸复杂平台中天线的辐射特性。以点源模型分析了天线受周围电磁环境影响后的辐射方向图,与自由空间方向图的对比说明了受影响后天线辐射特性的变化。与低频算法相比,本文算法有计算速度快、占用内存量很少的优点,可应用于工程中类似平台的多天线系统干扰分析。

分布计算在机载天线辐射特性仿真分析中的应用

一致性几何绕射理论(UTD)结合优化算法分析机载天线的辐射特性,编写了Matlab下的远场方向图计算仿真程序。利用分布式计算引擎DCE及分布式计算工具包DCT,结合计算机网络进行分布式并行程序设计,提高了运行速度,形成了机载天线远场方向图仿真软件。得到了令人满意的远场方向图仿真结果,证明分布式并行程序设计可以应用于大型系统的计算仿真中,并对机载天线辐射特性进行了分析。

电大尺寸导体附近线天线的辐射方向图研究

采用一致性几何绕射理论分析了电大尺寸导体对其附近的对称振子天线辐射方向图的影响,计算了在三种不同环境下的天线方向图,结果与软件(FEKO)仿真结果吻合良好。为分析工程中复杂的电大尺寸目标,提供了重要的参考依据。

机载天线辐射方向图研究

本文采用一致性几何绕射理论分析了某型载机机体对其上安装的单极子天线辐射方向图的影响，计算了天线经机体散射后的场，编制了计算程序，调用该程序可计算机载天线任意面方向图及立体方向图。其结果可用于天线间耦合特性分析和机载多天线配置优化研究。

高精度法矢下切割面自适应的凸曲面射线寻迹

针对电大尺寸目标难以精确解析表达带来的一致性几何绕射算法应用难问题,提出了基于三角网格、适用于任意凸曲面的射线寻迹(TM-tracing)算法。应用工程中较易获取的三角网格及其协议,设计了一种满足快速多边搜索条件的网状数据存储链表;提出了满足寻迹要求的高精度法矢求解算法;采用切割面自适应调整的弧形拟合寻迹方法实现了爬行波寻迹算法;结合一致性几何绕射理论(UTD)实现了暗区场值求解算法。任意网格曲面射线寻迹结果表明:本文提出的寻迹算法适用于包括球、柱和锥在内的任意光滑凸曲面,寻迹偏差小于1.61%,寻迹速度为2.8 s,具有一定的工程应用价值。

机载天线辐射特性并行计算与绘制技术

计算量过大是机载天线辐射特性分析的瓶颈问题,为此,提出一种基于等三角剖分的并行UTD计算与绘制算法,算法采用基于空间八叉树分割的模型框架半自动提取方法进行模型简化。给出一种全方位等三角剖分负载平衡方案,并采用sort-last并行图形绘制框架和Binary-swap图像合成算法进行并行绘制,将该算法在计算机集群上进行实现。实验结果表明,该算法能够有效节约计算时间,提高绘制效率,较好地满足了大型复杂飞行器机载天线的方向图特性分析需求。

光滑曲面上测地线射线寻迹算法及爬行波计算

提出了一种光滑凸曲面上的一致性几何绕射理论(UTD)爬行波射线寻迹算法,该算法结合泰勒级数,并根据测地线的相关性质,使用计算几何方法对暗区爬行波射线进行寻迹;在参数曲面片上根据测地线性质求解爬行波轨迹点,并对爬行波在任意一点处的测地曲率进行计算,结果准确度高。最后使用该算法结合UTD方法计算二维圆柱的散射场,得到的结果与级数解吻合,验证了本文算法的有效性,扩展了UTD方法在实际工程中的应用。

国产超算平台分析城市环境电磁射线传播的并行计算研究

基于国产'神威·太湖之光'超级计算机平台,研究了适用于国产众核架构的一致性几何绕射理论方法的并行计算。该方法可用于城市环境电磁射线传播的高效分析以及以射线传播为基础的电磁态势预测。以260个异构核为基准,其并行方案在4160个异构核时的并行效率达到了99%以上。数值结果表明该并行方法能够在国产众核平台中快速高效地解决城市某区域的电磁场传播预测问题,并为后续安全、高效地开展城市电磁态势预测分析提供支撑。

车载天线辐射方向图分析

车体及地面对车载天线性能的影响关系着车载通信系统的性能优劣,车载天线辐射方向图可以直观地表示天线的收发性能,因此对车载天线的辐射方向图进行研究具有工程价值。文中应用一致性几何绕射理论进行定性分析,然后采用基于矩量法(MOM)的FEKO软件,仿真分析了有限大平面上的鞭状天线以及某装甲车载鞭状通讯天线,位于车体不同位置时对其方向图的影响。研究结果对车载天线优化配置设计有一定参考价值。

机载天线辐射方向图的MoM-UTD混合法分析

采用矩量法（MoM）结合一致性几何绕射理论（UTD）的混合方法分析了机载单极天线的辐射特性。用该混合方法建立的机载天线辐射模型更符合实际，并且它同时具有MoM的精确性和UTD的高效性，克服了单一方法的不足。计算结果对于预测天线间的电磁兼容性和优化天线布局具有一定的指导意义。

用UTD-MOM混合法有效分析大型平面阵列天线的辐射特性

采用矩量法(MOM)结合一致性几何绕射理论(UTD)来分析和计算大型平面阵列天线的辐射特性。大型天线阵列含有很多的辐射单元,单独应用矩量法求解时,未知数太多,计算速度慢。而应用MOM UTD混合方法,未知数的数量大大少于单独用矩量法时的未知数的数量。本文以振子组成的平面阵列为例,说明该方法如何应用。最后给出了数值解的结果,并与单独用矩量法得到的结果进行了比较。比较表明,该方法是有效的、准确的。

机载脊喇叭天线辐射特性分析

基于一致性几何绕射理论分析飞机机体结构对安装在机背上的双脊喇叭天线辐射特性的影响,分析了机载双脊喇叭天线各辐射场分量的计算方法,计算了天线经简化机体散射后的方向图。仿真实验结果表明,机体对天线辐射特性的影响主要在机身表面的反射、结构边缘的绕射,而表面爬行波对天线方向图主瓣的影响非常小,其影响主要在后瓣。计算结果可为天线安装后辐射性能预测和最优化配置提供理论依据。

机载天线辐射方向图的MM—UTD混合法分析

采用矩量法（MM）结合二致性几何绕射理论（UTD）的混合方法计算了机载单极天线的辐射方向图。该混合方法建立的机载天线辐射模型更符合实际，并且它同时具有MM的精确性和UTD的高效率，克服了单一方法的不足。计算结果对于预测天线间的电磁兼容性和优化天线布局具有一定的指导意义。

城市环境电磁态势计算中的并行UTD方法

复杂城市环境中的电磁态势预测是无线通信频谱利用、城市系统工程规划以及电磁兼容设计的基本问题,既有工程实用性价值,又具有理论探索价值。计算电磁学中的一致性几何绕射理论方法是分析电大环境电磁问题的有效方法,建立并行策略之后可有效地对城市环境中的电磁态势进行仿真计算和分析。引入了解析六面体模型,使用平面反射、边缘绕射以及与边缘绕射有关的二次绕射、反射-绕射等射线模型来描述电磁波在不可见区域中的传播情况,给出了二次边缘绕射的解析射线寻迹方法。给出计算实例,分别与矩量法计算结果和实际测量结果进行了对比,验证了所述方法的准确性和有效性。为缩短射线寻迹模块的计算时间,提升计算效率并进一步扩展可应用的工程问题计算规模,设计了一种可扩展性较好的并行计算策略,根据射线类型相似性分配计算任务以保证较好的并行计算量均衡。对并行效率和并行加速比进行了讨论,说明了此并行策略的扩展性;与实测结果的对比说明了并行一致性几何绕射理论方法的工程实用性。