哈特曼-夏克波前传感器高精度球面波标定方法研究

为解决哈特曼-夏克波前传感器传统标定方法存在的测量精度低、稳定性不足等问题,提出了一种基于球面波的哈特曼-夏克波前传感器高精度绝对标定方法。通过理论推导获取了球面波的高精度标定方法,结合搭建的球面波标定实验装置,对子孔径数为128×128的哈特曼-夏克波前传感器完成高精度标定。该方法计算得到了哈特曼-夏克波前传感器结构参数f,w以及L_(0)的精确值。对标定后的哈特曼-夏克波前传感器的测量精度进行测试,实验结果表明,经本文方法标定后的哈特曼-夏克波前传感器的波前复原精度达到了PV=1.376×10^(-2)λ,RMS=4×10^(-3)λ(λ=625 nm),重复性精度为PV=3.2×10^(-3)λ,RMS=9.76×10^(-4)λ(λ=625 nm)。该方法可以为大口径的SHWFS完成高精度标定,提升测量精度。

会聚球面波的泰伯效应

运用傅里叶变换和菲涅尔-基尔霍夫衍射理论推导了会聚球面波入射二维振幅型光栅在其菲涅尔衍射区的像面光场分布表达式,分析了成像条件以及成像规律。通过实验对泰伯效应进行观测,测量数据与理论值平均误差在4.6%左右,验证了所推导公式的正确性。研究结果完善了泰伯效应相关理论,对拓展其应用具有一定参考价值。

基于球面波模型的L频段定位技术研究

作为一种重要的态势感知手段,针对空中运动目标的无源定位技术是国防军工领域的主要研究内容之一。文章采用长基线天线阵面,基于球面波模型完成相位提取、相位解模糊,并结合干涉仪测向所获得的辐射源入射角,实现L频段目标的单站瞬时无源定位,并对定位误差进行仿真分析。文章还提出采用射频光纤稳相传输技术,解决远距离射频信号传输带来的相位同步、射频衰减问题,为该技术的工程化实现提供切实可行的解决思路。

基于球面波的非平稳性MIMO信道建模

提出了一种新的无线通信物理信道模型,可用于研究多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系统中天线与传播信道之间的相互作用。利用球矢量波系数展开、天线散射矩阵和非平稳性建模,推导出了信道矩阵的扩展形式。引入了剥离天线影响的信道矩阵,并将其协方差统计量表示为共极化分量和交叉极化分量的双边功率角谱(Double-Directional Power-Angular Spectrum, DD-PAS)的函数。模型对于研究指定传播信道中天线设计具有重要价值,对MIMO系统在典型的传播环境中的应用进行了仿真分析,验证了所提出信道的准确性,结果表明提出的模型可以用于未来无线通信系统建设中。

基于窄带技术与球面波插值的井间走时计算

井间层析成像方法以其高精度和高分辨率的特点在工程勘查和石油勘探开发中得到了广泛应用,地震波走时作为层析成像过程中的一个重要参数,它的计算精度往往决定了成像的准确性。本文针对井间地震的实际情况,采用窄带技术进行波前扩展、球面波插值技术进行局部插值相,二者相结合构建新算法来获取井间地震波的走时。通过模型实验的对比分析得出以下结论:(1)本文改进后的算法具有计算精度高的优点,从而适用于井间地震波走时计算;(2)针对井中激发点位于物性分界面的情况,算法能够稳定地计算走时并满足井间层析成像的要求;(3)算法在复杂模型下也能够正确计算走时并正确地反映井间地震波波前的传播情况。

一种新的椭圆球面波信号时频域滤波方法

针对如何在时频域降低干扰噪声对椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWFs)信号时频域分布特性的影响,引入精细滤波,提出了1种新的椭圆球面波信号时频域滤波方法。仿真结果表明,所提方法在时频域以能量峰值点为基准,构造以距离为依据的滤波算子调节参数,能够有效抑制噪声对PSWFs信号时频域分布特性的影响,提高信号局部区域的能量聚集性。

工业物联网中基于球面波的波束域信道建模

随着天线阵列的增大,传统MIMO信道中的广义平稳(Wide-Sense Stationary, WSS)假设已失效,在大规模MIMO信道中,近场效应和非平稳性越发明显。针对波束域信道建模(Beam Domain Channel Model, BDCM)中尚未考虑到的大规模MIMO特性,将几何随机建模(Geometry-Based Stochastic Model, GBSM)中的天线域转换到波束域,提出了一个引入球面波假设的波束域信道模型。基于提出的模型,推导了时空相关函数(Spatial-Temporal Correlation Function, ST-CF),并研究了球面波假设对时空相关性的影响。通过波束扩展参数的模拟仿真表明,球面波假设下波束域信道模型具有良好的准确性。

非球面检测中最佳入射球面波和最佳参考球面波的确定

为了能够对非球面光学元件面型进行高精度的干涉检测,提出了一种确定最佳入射球面波和最佳参考球面波的新方法。该方法通过计算分析入射球面波与非球面反射波干涉条纹密度,确定最佳入射球面波的波源位置;通过计算分析在干涉图记录平面CCD上干涉条纹的密度,确定非球面检测时参考球面波波源的最佳位置。应用该理论与方法,不仅可明确非球面检测时CCD等光路元件选型的具体策略,而且可用于指导非球面检测调试过程,并能够通过对干涉图的深入分析,获得更多被测非球面的信息。

计算索末菲尔德型积分的新方法——球面波级数展开法

利用广义阻抗边界条件模拟和简化地球表面对电磁场的影响。应用圆柱波函数的球面波展开表达式,地平面上方水平电偶极子电磁场中的索末菲尔德型积分可表达成快速、绝对收敛的球面波展开式,利用积分路径的变换和超几何函数理论,展开式中的展开系数可表达成以大地表面复阻抗为宗量的第二类勒让德函数。该展开式数学物理意义明显,并且十分便于数值计算,该文给出的方法是求解下索末菲尔德半空间问题的精确、有效解析方法。

零阶角长球面波函数与长球面波函数的研究

本文深入研究了零阶角长球面波函数与长球面波函数,给出描述零阶角长球面波函数的微分方程与描述长球面波函数的积分方程不是相对应的关系。给出亥姆霍兹方程在球坐标系中与长旋转椭球坐标系中微分方程解之间的关系,可对零阶角长球面波函数了解得更清楚。对由信号最优波形设计法导出的长球面波函数积分方程,给出一种理论综合分析法,可以解决信号最优波形设计的具体实现。对长球面波函数命名尝试给出一种解释。

非正弦波通信时域正交椭圆球面波脉冲设计方法

针对非正弦波信号的频带传输问题,同时为了有效提高非正弦波通信系统的频带利用率及功率利用率,提出了时域正交椭圆球面波脉冲集设计方法。通过参数设置、频段划分、求解方程、Schmidt正交化等步骤设计时域正交椭圆球面波脉冲集,调整脉冲参数实现脉冲集信号的频谱搬移与频谱控制,脉冲集信号为频谱特性可控的带限信号。仿真结果表明:时域正交椭圆球面波脉冲集具有较好的能量聚集性,利用该脉冲集实现多路信息并行传输时,在保证系统具有较好的功率利用率前提下,系统的频带利用率可快速接近奈奎斯特速率。

正交椭圆球面波函数脉冲调制方法

为了提高通信系统的功率效率和频谱效率,该文提出正交椭圆球面波函数(PSWF)脉冲调制方法。该方法利用具有高能量聚集性的椭圆球面波函数作为传输波形来提高通信系统的功率效率,采用时域正交、频谱混叠或交叠的正交脉冲组传输信息,以减小信息传输带宽,提高通信系统的频谱效率。理论分析及仿真结果表明,该方法可使通信系统的单位频带利用率快速接近2 Baud/Hz,且已调信号具有较好的频域能量聚集性,不仅有利于提高系统的功率效率,还可有效减小对相邻通信用户的电磁干扰。

球面波叠前地震记录的合成方法

叠前地震数据的反演需要以某种正演算法为基础。采用反射率法计算层状介质的球面波叠前地震记录,在平面纵波入射和全固态介质假设条件下,推导了水平层状介质中的频率慢度域纵横波反射、透射系数公式,给出了τ-p域的平面波合成记录的实现方法,并利用广义Filon积分方法对频率慢度域的反射率函数进行了积分变换,同时还对全反射现象和截断效应给出了相应的解决方案。计算结果表明,利用反射率法可以得到地震波场的完全解,包括地震波在地层中传播时形成的一次波、多次波和转换波信息。模型试算和实际应用均表明该方法能够提高计算速度和计算精度。

球面波的反射P波AVO分析

本文对球面波反射P波反射系数计算公式进行了推导,根据推导公式计算出第I类AVO和第III类AVO介质中反射系数及相位随入射角的变化,并与基于平面波的Zoeppritz方程计算的结果进行对比.结果显示,对于第I类AVO介质,球面波反射系数在临界角附近较基于平面波的Zoeppritz方程计算结果更精确;同时受界面深度的影响较大,随深度的增加,球面波AVO趋势接近平面波AVO.最后,通过数值模拟技术,对模型数据和实际数据进行模拟,对平面波AVO道集和球面波AVO道集进行了验证分析.浅层的第I类AVO现象,在近临界角和超临界角处折射引起反射系数与相位的变化较大,对于第III类AVO现象,由于不存在临界角问题,球面波模拟结果与基于平面波的Zoeppritz计算结果差别较小.上述计算分析,可为实际资料的大偏移距道集的AVO分析提供理论基础.

椭圆球面波函数的快速重构算法

椭圆球面波函数是一种极具应用前景的非正弦函数。针对现有求解算法效率低,不易硬件实现的问题,基于带通采样定理并结合椭圆球面波函数的时限带限特性,提出了一种快速重构算法并推导得出了重构函数,给出了近似解析解表达式,对比分析了算法的求解精度和计算复杂度。结果表明:该算法求解速度快、精度高、计算复杂度低,可用于任意频段上的椭圆球面波函数的数值求解。该算法更适于硬件实现。

椭圆球面波信号间交叉项时频分布特性研究

该文引入Wigner-Ville分布中的交叉项,通过建立交叉项时频分布特性与椭圆球面波函数(Prolate Spheroidal Wave Function,PSWF)信号及其Hilbert变换信号性质之间的关系,重点研究了PSWF信号间交叉项时频分布特性与信号自身奇偶性、最佳时频能量聚集性等性质的关系,交叉项在时域、频域、时频域的能量密度分布规律。理论和仿真分析表明,PSWF信号间交叉项具有良好的对称性、时频能量聚集性。且交叉项时频分布的局部特征参量,与相互作用的PSWF信号阶数、功率谱局部能量密度峰值点个数以及位置密切相关,能够反映信号在时频域的相干程度,为下一步探索研究高效PSWF信号时频域检测方法提供参考依据。

线性黏弹性球面波的特征线分析

基于ZWT黏弹性本构方程建立了体现高应变率效应的黏弹性球面波的控制方程组,包含5个偏微分方程,解5个未知量v、σr、σθ、εr和εθ。采用特征线法,问题转化为解3族特征线上的5个常微分方程,物理上图像清晰,数学上易于求解。特征线数值分析显示,黏弹性球面波的衰减和弥散效应超过线弹性球面波。球面扩散引起的环向拉应力是导致介质拉伸破坏的主因。进一步还针对强间断黏弹性球面波得出其衰减特性的解析表达式,表明这种更强的衰减特性是几何扩散效应和本构黏性效应两者共同作用的后果。

采用球面波叠加法还原自由声场的方法

为解决非自由声场中近场声全息重建时,干扰声在目标声源表面产生的散射影响,提出一种基于球面波叠加法的自由场还原技术。该技术首先采用基于球面波叠加法的声场分离技术获得向内和向外传播的声场,然后以目标声源的表面导纳作为边界条件,实现目标声源辐射声和散射声的分离,从而获得等效于自由声场的测量条件。该技术为准确实现非自由声场中的噪声源识别创造了条件。文中首先详细描述了该技术的基本原理,并提出一种最优球面波展开项数选取方法,最后通过数值仿真说明了该技术的有效性。结果表明:在频率较低时,散射声影响较小,采用声场分离技术和自由场还原技术效果相当;但随着频率升高,散射声影响逐步增强,必须采用自由场还原技术才能准确获得目标声源辐射声。

球面波照明下傅里叶变换全息多图像加密方法研究

为了减少加密系统所用模板数,简化隐藏图像对解密过程的影响,采用球面波照明研究了基于傅里叶变换全息的多图像加密隐藏方法,并进行了加密、加密图像隐藏和解密的理论分析和数值模拟,加密图像和原始图像间的相关系数趋于0,宿主图像和加密图像的叠加系数ρ<0.3时,宿主图像和隐藏图像的相关系数趋于1,解密图像和原始图像间的相关系数趋于1。结果表明,该加密隐藏方法的加密、解密和隐藏效果良好。

球面波加载下黄土线黏弹性本构关系

采用0.125 g TNT当量的微型炸药球作为爆炸源,利用在Φ1 370 mm×1 200 mm黄土样品180～1 280 m.kt-1/3范围内实测球面波径向粒子速度数据为基础,结合强间断波相容条件及变模量本构模型假设,反演得到黄土的弹性模量E=(1.927±0.216)GPa、体积模量K=(1.284±0.144)GPa及剪切模量G=(0.771±0.086)。把黄土视为线黏弹性ZWT(朱-王-唐)材料进行数值模拟,以实测粒子速度幅值vmax、位移幅值umax及对应时刻作为数值模拟结果的对比参数,定义了误差函数,其极小值对应的松弛剪切模量GM=0.13 GPa、松弛因子θM=21μs,将GM、θM作为黄土黏弹性本构参数的描述对球面波在黄土中的传播进行了数值模拟,结果表明:模拟得到的粒子速度曲线与试验曲线吻合较好,粒子速度幅值vmax、位移幅值umax与试验结果的最大偏差分别为8%、6%;粒子速度、位移幅值对应时刻与试验结果的最大偏差分别为1%、5%;数值模拟得到不同比距离处的径向应力σr、切向应力σθ、径向应变εr、切向应变εθ与基于强间断及变模量模型假设得到的结果具有较好的一致性。