考虑多次散射的复杂目标一体化电磁散射计算

在复杂目标电磁散射计算中,表面散射、棱边散射以及凹形结构的多次散射是最为重要的几种散射贡献。研究了包含表面散射、棱边散射和凹形结构多次散射的复杂目标一体化电磁散射计算方法,开发了基于UG建模软件的一体化电磁散射计算软件,其中表面散射计算采用了图形电磁计算方法,棱边散射算法采用ILDC,并使用UG/Open实现了复杂目标棱边自动识别,对于包含多次散射的腔体等凹形结构,开发了基于NURBS曲面的射线追踪方法和SBR算法,实现了腔体结构多次散射计算。所有算法都统一在UG建模软件中开发,实现了从目标几何建模到散射计算的一体化,简化了模型前处理过程。算例表明,所开发的一体化散射计算软件计算精度高,通用性强,具有很好的工程应用价值。

一种太赫兹频段粗糙凸体目标散射计算方法

太赫兹频段下目标散射特性计算需考虑目标表面的粗糙特性和目标材料参数。在对粗糙目标几何建模时,通常的精细面元剖分建模方法使得散射计算问题难以求解。提出确定性建模与统计性建模相结合的粗糙目标几何建模方法,并且基于全波法提出了一种太赫兹频段可计算任意材料、任意粗糙凸体目标散射场的计算方法。通过与通用电磁计算软件计算结果的比较验证了该方法的准确性。

应用按层积分矢量单元法进行多层RAM电磁散射计算

对多层RAM结构进行电磁散射计算时,为了获得精确的计算结果,需要对每层RAM进行精细网格划分,这将大大增加网格数量和计算规模。为此,本文结合曲边四边形矢量单元,应用按层积分方法进行单元计算,以单层整体建模代替多层建模,大幅度减少了网格数量,降低了计算规模。通过算例证实了这种按层积分矢量单元方法计算精度高,具有较好的工程应用价值。

三角网格的融合与优化及其在电磁散射计算中的应用

为实现数值计算中复合模型的三角网格融合、优化电磁散射计算,提出基于三角形求交、面元内角控制的网格模型融合与优化算法.通过两个独立模型中三角面元的交点计算和模块内点云的Delaunay剖分,获得初始融合网格,再通过查找、消除畸形面元来优化融合后的网格.一系列模型的测试表明,在保持网格采样信息与几何外观的前提下,本文所提出的算法可稳健、有效地实现不同网格密度、不同结构特征的三角面元模型融合,去除畸形面元减少网格面元数目.

测量表面粗糙度参数的反散射计算研究

用光的角散射分布技术测量工件表面的粗糙度参数是近几年来发展起来的新的测量技术。它具有分辨力高、非接触、区域平均和快速测量等优点,可获得多个表面粗糙度参数。采用该技术测量的实验装置角分辨力为0.1°,测量范围为0.6328μm<λ_s(空间平均波长)<40μm,0.0001<△_a(轮廓的算术平均斜率)<0.0088,2nm<R_c(平均峰谷高度)<200nm和0.5nm<R_a(轮廓算术平均偏差)<50nm。

光散射粒度测量中Mie理论两种改进的数值计算方法

本文提出了两种 Ｍｉｅ 散射程序算法：改进连分式方法和修正倒推法。改进连分式方法对 Ｌｅｎｔｚ 提出的连分式数值计算方法进行了改进，使 Ｍｉｅ 程序的计算范围大大拓宽：颗粒当量直径达到１０５ ，折射率虚部绝对值达到１０５ 。解决了以往一些算法不稳定的现象。修正倒推法在兼顾精度的同时，大大缩短了 Ｍｉｅ 程序的计算时间，是一种很实用的方法。从计算结果可以看出以上两种方法各有所长，适合应用在不同的场合。

非球形粒子光散射计算研究的进展综述

介质的光散射在许多科学和工程领域中,如光学、电磁学、工程物理、天体物理、大气科学、海洋学、生态学、生物物理学等都有重要的应用。由于其重要性、复杂性和困难性,非球形粒子光散射已成为国际上光散射理论研究的焦点和前沿课题。就粒子光散射,特别是非球形粒子光散射的计算方法及其研究进展进行扼要综述。首先,从光散射的理论基础出发,指出过去广泛应用的球形粒子光散射Lorenz-Mie理论的局限性,从粒子非球形性对散射模式影响的本质,讨论球形粒子Lorenz-Mie散射与非球形粒子光散射的不等效性。在此基础上扼要地阐述了现代非球形粒子光散射计算研究的进展,包括精确的理论解法、一些重要的数值技术以及2个重要的近似解法,即光学软粒子近似和几何光学近似。并指出,近年来为了表示自然界中近于层状和更复杂粒子的光散射特性,层状粒子模型和扩展边界条件法(EBCM)正在成为热门的研究领域,是2个值得注意的发展动向。最后,简要地讨论了非球形粒子光散射计算研究所面临的挑战及其未来的发展方向。

水下掩埋目标的散射声场计算与实验

水下掩埋目标声散射问题是识别和探测掩埋目标的理论基础,是声散射研究领域的热点问题.本文基于射线声学推导了掩埋情况下目标声散射计算的格林函数近似式,并在此基础上进一步给出了相应的远场积分公式.在有限元方法的基础上,将推导得到的公式写入有限元仿真软件,对软件功能进行拓展,构建二维轴对称目标的声散射模型,并计算掩埋情况下弹性实心球在不同条件下的目标强度,获得了其散射声场随频率、掩埋深度、沙层吸收系数等参数的变化规律.开展实心球的自由空间和浅掩埋条件下水池声散射实验,利用共振隔离技术处理实验数据,提取目标声散射的纯弹性共振特征进行分析,结果表明可将其用于掩埋目标识别和探测.最后利用总散射声场与理论计算结果进行对比,验证了理论仿真的正确性.

共享铁塔与航空无线电导航台站防护间距的计算

为得到航空无线电导航台站的防护间距,建立基站天线激励条件下的共享铁塔电磁散射求解模型,采用矩量法和物理光学法对电场积分进行混合求解,并针对兆赫兹频段带来的阻抗矩阵求解资源量过大的问题,提出引用多层快速多极子算法(multi level fast multipole method,MLFMM)以降低计算复杂度,实现测距台站处的干扰场强求解。以共享铁塔的安装方式、铁塔塔型、铁塔基数为变量,分别求解了3种因子条件下干扰场强的变化规律,并以干扰防护率为阈值,建议航空无线电导航台站信号覆盖范围内的共享铁塔与航空无线电导航台站测距信标台之间的防护间距为11.1 km。

自旋偏振相关极化势在低能电子散射中的应用

在Padial和Norcross所提出的一个方法里,被广泛用于密度泛函理论中的相关势和极化长程热一起被应用于电子被原子分子散射的理论计算中,在我们前边的工作中把这种相关极化势和严格的交换作用一起应用在低能电子被惰性气体原子和碱土原子的散射计算中。结果表明,密度泛函中的相关势可以替代低能电子散射计算中常用的含参数的cut-off function。

带障板水听器基阵阵列流形的边界元计算及验证

建立一种复杂结构水听器基阵阵列流形计算模型。该模型运用声场计算的边界元方法,通过计算任意散射体表面声场分布,求出基阵阵元位置处声场响应,进而得到基阵阵列流形;基于该阵列流形,运用波束设计方法求出阵元权值,分别利用实测和理论阵列流形得到基阵实测波束以及理论波束。针对安装在半球形硬质铝壳体上的圆弧阵进行的水池实验,实验结果表明实测阵列流形和基于边界元方法的计算结果基本吻合,实测波束和理论波束相差不大,并且性能均优于按无指向性点接收器经相位补偿后相加所得到的波束。

NURBS曲面在电大尺寸RCS计算应用中的改进

NURBS曲面建模技术的应用是电磁散射计算中的重要研究内容。基于NURBS控制网格的剖分和规划处理,简并相似的计算,提出一种将基于NURBS建模的曲面转化为分段Bez-ier面片的高效算法,简化了该过程的复杂度和计算量。结果表明该算法保持了良好的通用性和准确性,且曲面次数越高,控制顶点越多,在计算量上的优势越明显。

腔体RCS计算前置处理中网格单元的相互遮挡判断

在对飞行器的腔体进行RCS计算时,需要考虑各部分的相互散射影响,即需要判断腔体内表面上各网格单元之间的相互遮挡关系。论文提出了一种快速高效针对腔体网格进行网格单元相互可见性判断的新方法。该方法利用网格单元的拓扑关系进行判断,需要先对整个腔体剖分的网格单元按照拓扑关系从腔体曲面的一端到另一端按照环状结构排序。算法具有其他常规算法不可比拟的优点。

遗传算法应用于二维微波成像研究

微波成像在生物医学等诸多领域中具有独特优势和远大的应用前景 .但在成像反演计算中 ,描述微波散射的算子方程通常是复杂的非线性方程 ,求解十分困难 ,同时面临着病态方程求解、计算耗时过多等诸多难题 .作者试用遗传算法完成成像计算中逆问题的求解 .对二维微波成像问题的数值计算结果表明 ,遗传算法能够对介质目标的位置、形状和介电常数进行准确的成像 。

带矢量ABC底面的共形完全匹配层

共形完全匹配层是一种有耗各向异性媒质组成的凸且光滑的壳体,其底面一般是PEC面或PMC面,但是PEC面或PMC面会对原散射场产生反射;为了减少底面反射,将CPML原有的PEC(或PMC)底面改为矢量ABC吸收边界,并给出了带矢量ABC底面的CPML泛函公式。通过数值算例证明,这种带矢量ABC底面的CPML边界不仅减少了底面反射,而且吸收效果好,计算精度高。

原子碰撞理论中的Oppenheimer近似

本文介绍了原子碰撞理论中的Oppenheimer近似 ,并将此近似方法应用于e -H弹性散射计算 .最后 。

一种NURBS曲面转化为Bezier曲面片的改进算法

NURBS曲面建模技术的应用是电磁散射计算中的重要研究内容。基于NURBS控制网格的剖分和规划处理,简并相似的计算,提出了一种将基于NURBS建模的曲面转化为分段Bezier面片的高效算法,简化了该过程的复杂度和计算量。结果表明该算法保持了良好的通用性和准确性,且曲面次数越高,控制顶点越多,在计算量上的优势越明显。

用闭耦合波包法研究H_2-LiF固体表面的衍射

对气相原子或分子与固体表面的散射计算,现已发展了许多量子近似方法,本文采用闭耦合波包法—CCWP方法对H2—LiF（001）面衍射行为进行研究。 闭耦合波包法是闭耦合—CC方法和波包法结合起来的一种含时近似方法。含时波函数可以用转动基函数作展开。展开系数即为描述双原子分子质心运动的含时波函数。我们取高斯波包来描述它,从而得到CCWP方程。

基于高频近似波传播的实用化保真RTM成像方法

从线性化反演成像的正问题出发,讨论了体散射和面散射模式下散射波场的表达、线性化及其高频近似表征。在Bayes框架下,进一步讨论了高频近似的线性化体散射模式(ray+Born近似)以及高频近似的线性化面散射模式(ray+Kirchhoff近似)下反演成像公式及其波动方程的实现。将逆散射成像公式中波场隐式分解思想融入到ray+Kirchhoff近似下波动方程反演成像公式中,得到了改进的基于反射模式的真振幅逆时偏移(RTM)成像条件。给出的改进成像条件能够在成像过程中自动保真地消除RTM成像过程中的低波数噪声,同时,该成像条件输出的成像结果与ray+Kirchhoff近似下反演结果具有一致性。此外,还简单讨论了基于给出的成像条件的角度反射系数输出、高效稳健角度域照明补偿方法以及阻抗扰动成像方法。

COMPUTER VISUALIZATION OF ELECTROMAGNETIC WAVE INTERACTION WITH STRUCTURES

In this paper, a computer visualization approach is proposed for electromagnetic wave interaction with structures by mains of finite difference-time doain method (F-D) and computer graphics. By visualization of FDTD, Phenomena such as wave propagation, penetration through structures, renection and absorption by structures are observed. Visualization of electromagnetic wave interactions with two wing-shaped structures is demonstrated. These examples indicate that the approach describe in the paper offers an effective way for investigating electromagnetic wave phenomena and is helpful to the engineers in controlling radar signature of the targets.