基于时域多分辨分析方法的长波信号时延预测

长波地波传播时延是决定陆基导航定位系统精度的关键,时域有限差分(Finite Difference-Time Domain,FDTD)方法可以提高其精度。但是FDTD方法在计算长距离的模型问题时迭代次数随之增多导致数值计算误差变大。主要通过基于圆柱坐标系下采用具有紧支撑特性的二阶矩Daubechies小波函数为尺度函数的时域多分辨分析(Multiresolution Time Domain,MRTD)方法来提高数值计算精度。随后对MRTD方法进行色散分析,最后将该方法应用于低频地波的传播预测中,提取观测点的衰减因子相位,与使用FDTD数值算法得到的结果进行对比,结果表明:MRTD方法可以在保持精度的前提下用时比FDTD更短。

电磁脉冲对细线耦合的时域多分辨分析

对利用时域多分辨分析(MRTD)方法计算电磁脉冲(EMP)与细线耦合的问题进行了研究。将传统Holland细线算法应用到时域多分辨分析当中,推导出了MRTD方法中对细线结构处理的一种算法,并给出了具体的计算步骤和相关参数的选取方法。计算表明,采用MRTD方法计算细线问题,可以取较大的空间步长,一般可以取到最短工作波长的1/4左右,有效地节约了计算资源;MRTD方法也可以较方便地处理细线位于大地附近的情况,为计算地面铺设较长细线的EMP耦合提供了一种途径。

基于时域多分辨算法的非球形气溶胶散射特性仿真模拟

非球形气溶胶的散射特性是影响辐射传输模拟准确性的重要因素.为实现非球形、非均质气溶胶散射特性的模拟,基于MRTD(multi-resolution time-domain)方法建立了一个新的气溶胶散射模型.采用MRTD技术实现了近场电磁场的计算;考虑气溶胶的特殊性,推导了基于体积积分方法的近远场外推方法,实现了粒子散射振幅矩阵和穆勒矩阵的仿真;构建了粒子吸收和消光截面的计算模型,实现了粒子积分散射特性的高精度模拟.将MRTD散射模型的结果与Mie理论、T矩阵法进行了对比,验证了模型的准确性;讨论了空间网格粗细对模拟精度的影响,并定量分析了模型的运行效率.结果表明,MRTD散射模型的相函数模拟误差小于8%,其中前向散射方向小于4%;当粒径与入射光波长相当时,消光和散射效率因子的相对误差小于0.1%;空间网格粗细对模拟精度影响显著,当粒子尺度参数小于20时,在相同模拟精度要求下,所需网格尺寸随尺度参数呈先增大后减小的特征.

时域多分辨率法在探地雷达三维正演模拟中的应用

应用小波伽略金方法,对Maxwell的2个旋度方程进行离散化,导出DB2-MRTD算法的探地雷达3D差分公式、数值稳定性条件。在此基础上,开发探地雷达MRTD法正演模拟程序。所开发的对三维立方体小空洞体模型进行正演模拟。研究结果表明:采用该程序极大地提高了运算速度,改善了三维探地雷达正演方法;相应的正演合成三维剖视图及切片图指示了立方体小空洞体的雷达波空间的三维响应特征;模拟结果表明,采用时域多分辨率法可提高探地雷达探测的可靠性、准确度。

有耗介质完全匹配层在时域多分辨分析中的应用

对无耗和有耗介质中的完全匹配问题进行了研究,将广义完全匹配吸收层(GPML)应用到时域多分辨分析(MRTD)中。GPML是在扩展坐标系下由Maxwell方程得到的,在MRTD中实现对GPML的求解,并在频域对GPML进行了有效性分析,得出了GPML在不同空间步长和不同吸收层厚度情况下入射波由真空入射到吸收层的反射系数在频域的分布,并给出了有耗介质中GPML吸收效果的例子。结果表明,GPML的反射系数在一定频率范围内小于-40 dB,且随着计算空间步长的减小和吸收层厚度的增加而减小。GPML既可以用来截断无耗介质也可以用来截断有耗介质,为时域多分辨分析方法提供了一种较为通用的吸收边界。

探地雷达时域多分辨法(MRTD)三维正演模拟

应用小波伽略金方法,对Maxwell方程进行离散化,导出了DB2-MRTD算法的探地雷达3D差分公式、数值稳定性条件.在此基础上,开发了探地雷达MRTD(multi-resolution time domain)法正演模拟程序,该程序极大地提高了运算速度,改善了三维探地雷达正演方法,并利用该自制程序,对三角形金属体模型进行了正演模拟,得到了其相应的正演合成三维剖视图及切片图,通过对这些模拟结果进行分析,可以加深对三维雷达反射特征的认识,提高探地雷达探测的可靠性、准确度,同时也说明时域多分辨率法在探地雷达三维正演模拟中的有效性.

基于时域多分辨分析方法的地闪雷电电磁脉冲计算

为提高地闪回击电流辐射场的计算效率,提出基于时域多分辨分析的雷电电磁脉冲计算方法.在二维柱坐标系下,以具有紧支撑的Daubechies小波尺度函数作为时域多分辨算法的展开基函数,推导出该算法在二维柱坐标系下的迭代计算公式;采用完全匹配层吸收边界条件截断计算域.利用该算法计算了与放电通道不同距离处雷电电磁脉冲的各个场分量.将所得结果与时域有限差分法的计算结果进行比较,结果表明:二者具有较好的一致性;在相同精度要求下,时域多分辨算法不仅具有更好的数值色散特性,还提高了计算效率、降低了计算内存开销.

基于时域多分辨法微带线串扰分析

时域多分辨分析法作为一种时域计算方法,其吸收边界直接影响到计算的准确度。采用具有紧支撑性和对称性的CDF(2,6)尺度函数作为基函数得到了三维各向异性完全匹配层吸收边界;将时域多分辨分析法应用于微带线串扰分析中,给出了适用于任意尺度函数的集总电阻和阻抗电压源模拟方法,并用该方法分析了某印刷电路板上两根平行微带线的串扰问题。仿真结果表明:与传统的时域有限差分算法相比,以CDF(2,6)尺度函数为基函数的时域多分辨分析法只需要其一半的网格数,计算速度提高三倍,同时具有内存使用少、利用率高等特点。

时域多分辨小波的交替隐式差分方法

采用Harr尺度和小波函数为空间场量展开函数,得到时域多分辨小波(MRTD)步进方程,并与交替隐式差分(ADI-FDTD)结合,导出ADI-MRTD融合步进方程.场量迭代的核心转化为分块三对角矩阵线性方程组,提出广义追赶法进行高效求解,讨论连接边界条件的处理,使该方法能够有效地模拟散射问题.以一维问题为例,验证ADI-MRTD融合技术的计算精度和有效性.

基于时域多分辨分析方法的散射场计算

时域多分辨分析方法(MRTD)是近年来提出的一种新型电磁场算法,以往的工作将MRTD用于计算近场及腔体。本文将MRTD用于计算目标的散射问题,用完全匹配层(PML)作为边界条件,通过推导MRTD二维的近—远场公式,得到散射场的远场值,这样就可以计算目标雷达散射截面。并以无限长导体方柱为例,计算了其双站雷达散射截面,并与FDTD算法结果进行比较,可以看出MRTD可以大大的节约计算资源,而其计算准确度与文献FDTD结果吻合的很好。

基于小波函数的时域多分辨分析在近场光学中的应用

实现了基于双正交的Cohen Daubechies Feauveau(CDF)小波的时域多分辨分析(MRTD),并将其用于近场电磁散射模拟中。结果表明,在相同的网格划分下基于小波的MRTD比基于尺度函数的MRTD具有更高的数值准确性。最后,对带纳米金属棒孔径光纤探针成像进行了数值模拟,结果显示其成像效果优于普通孔径探针。

双正交时域多分辨方法及其电磁散射应用

研究了一种双正交时域多分辨方法,用于分析三维目标的电磁散射特性,计算目标的雷达散射截面.以具有紧支撑和严格内插特性的双正交Cohen-Daubechies-Feauveau(CDF)小波为场量展开的空间基函数,用小波Galerkin采样方法进一步导出该算法的严格三维计算公式,并分析其色散特性.采用各向异性完全匹配层截断计算空间,应用总场/散射场技术引入入射波.理论分析和实验结果表明,与时域有限差分法和基于非紧支撑的Battle-Lemarie(B-L)小波的MRTD方法相比,该方法在保持计算精度的前提下能大幅度节省计算资源.

基于时域多分辨和时域有限差分的二维谐振结构的分析

本文提出了一种具有二阶消失矩的Daubechies’紧支撑尺度函数的时域多分辨分析的方法,对其高线性色散特性进行了研究并和传统的时域有限差分方法进行了比较,最后通过对二维谐振腔的算例的分析来阐述该方法在不影响精度的情况下对内存要求大大降低。

时域多分辨分析(MRTD)中的吸收边界条件

介绍了时域多分辨分析方法的原理及步骤.分析了应用于MRTD的各种吸收边界条件,对各吸收边界条件条件进行了比较和分析,并作出了总结。

用基于Daubechies尺度函数的时域多分辨分析计算电磁散射

利用Daubechies尺度函数的紧支撑性,将一种新的时域多分辨分析(MRTD)算法应用到三维目标的电磁散射中并分析了其色散特性,使用MRTD/FDTD接口技术解决了连接和吸收边界的处理.算例表明,在不牺牲精度的情况下,该方法比传统的FDTD需要的网格数少,计算速度快.最后,计算了二维PBG结构的反射特性.

非对称共面波导色散特性的时域多分辨分析

为分析非对称共面波导(ACPW)的色散特性,应用时域多分辨分析(MRTD)方法,采用完全匹配层(PML)吸收边界条件,对ACPW的特性阻抗进行计算,分析介质基片介电常数以及介质基片厚度对ACPW特性阻抗的影响,描绘ACPW特性阻抗随频率变化曲线.结果表明,该算法与传统的时域有限差分法(FDTD)具有良好的一致性,而计算时间缩短了近1/2.应用MRTD算法分析ACPW是有效的.

用基于Coifman尺度函数的多分辨时域分析计算电磁散射

本文利用Coifman尺度函数具有消失矩和紧支集的特点 ,提出了一种新的多分辨时域分析方法 ,研究了它的数值色散特性 ,并与通常的FDTD方法进行了比较 .通过算例 ,表明该方法比通常的FDTD方法需要网格数量少。

任意形状目标的多分辨时域(MRTD)散射特性分析

应用三维多分辨时域(Three-dimensionalmu ltiresolution time-dom ain,3D-M RTD)方法研究一些具有任意形状目标的雷达散射截面(R adar cross-section,RCS),其中M RTD中的电磁场量用小波函数Battle-Lemarié的三次样条尺度函数展开。推导出了严格的M RTD方法的场的时空迭代关系式及M RTD方法的三维散射模型,其中包括基于最近邻网格近似的表面等价电流的计算、散射场的近-远场变换和基于离散的傅里叶(Fourier)变换的RCS计算式。采用M RTD方法(并采用其适用的近似网格剖分方法)研究了从低频(瑞利和谐振模式)到高频(准光学模式)的几种结构的双-站(Bi-static)RCS模式。与传统的时域有限差分(Finited ifference time-do-main,FDTD)法的结果进行了比较,发现M RTD方法较FDTD方法节省相当的计算空间和时间。

基于多分辨分析的时域与频域相结合的微带线特性分析

本文以数值模拟基片各向异性微带线色散特性为例，给出了一种改进的基于多分辨分析理论的数值分析波导特性的方法。这种方法的特点是巧妙地将时域分析和频域分析有机地结合起来，避免了纵向开放边界条件的处理，减少了内存需求及运算工作量。其精度与类似的FDTD相当，但计算时间可以减少近一半。

基于小波多分辨探地雷达三维正演模拟及偏移处理

通过对Maxwell方程进行离散化,导出DB2-MRTD算法的探地雷达3D差分公式,并开发探地雷达MRTD法正演程序,利用该程序对三维雷达模型进行正演模拟,得到其相应的正演合成三维剖视图及切片图;通过对这些模拟结果进行分析,验证MRTD法在探地雷达三维正演中的有效性;利用爆炸反射原理和浮动坐标变换,推导出三维探地雷达波动方程差分格式,并把波场外推矩阵在小波域进行求解,进而得到探地雷达小波域三维偏移算法及偏移处理程序,把该程序应用于正演结果中。对比偏移处理前、后的雷达资料发现,该三维偏移算法能使3D正演剖面中的反射波归位、绕射波收敛,极大地提高了雷达剖面的分辨率。