随机小介质球散射的稀疏矩阵/规则网格法分析

利用张量电场积分方程和稀疏矩阵/规则网格 (SMCG)法分析了随机分布小介质球的散射问题 .SMCG法根据离散单元间场作用的强弱 ,将阻抗元素分解为强作用的稀疏矩阵和弱作用的补充矩阵 .在共轭梯度法迭代求解矩阵方程时 ,直接计算强作用稀疏阵与待求向量的乘积 ;而对弱作用的补充矩阵 ,则将阻抗元素在规则网格上应用Taylor级数展开 ,由于级数项中存在平移不变性的核 ,因而可利用快速傅里叶变换实现补充矩阵与待求向量的乘积 .实验算例表明 :SMCG法和矩量法的数值曲线吻合性很好 ,在分析电大目标散射时减少了计算机内存和CPU时间要求 。

稀疏矩阵规范网格结合物理双网格分析介质海面散射特性与试验验证

采用传统数值方法计算介质粗糙海面后向电磁散射时,波束照射面积随擦地角减小急剧增大,需要消耗大量的内存和计算时间。稀疏矩阵规范网格法用快速傅里叶变换计算远区相互作用,极大地提高了计算速度,同时基于物理的双网格法,依据格林函数在介质和自由空间中随作用距离的衰减特性,采用不同分区的网格划分技术,有效减少了介质粗糙面计算所需的内存量。该文基于Monte-Carlo方法产生不同海情PM谱海面,将上述两种方法结合,数值研究了S和Ku波段后向散射特性随擦地角的变化,并与造波池海面后向电磁散射试验进行对比。试验采用连续波扫频方法测量了造波池模拟的中低海情和缩比高海情1维PM谱海面后向散射系数。计算结果与测量数据相吻合,证明了方法具有较高的效率和可行性。结果分析表明,不同海情下海表面相关长度和散射特性存在明显差异。

不确定概率分布下的重要性测度及其稀疏网格解

针对基本输入变量概率分布信息不可准确预知的情况,对基本变量基于方差的重要性测度进行分析,建立了随机不确定性分布参数,区间不确定性分布参数以及随机和区间混合不确定性参数条件下的3种重要性测度指标.该指标体系能够反映3种不确定性分布参数条件下,输入变量对结构系统输出性能的影响.由于基于方差的重要性测度计算量大,文中采用稀疏网格方法在每一分布参数实现值处进行计算.针对3种不确定性分布参数情况,分别利用稀疏网格方法和稀疏网格方法结合遗传算法对所提的重要性测度指标进行计算.通过数值算例和工程算例说明所提指标的合理性和所采用方法的高效性.

稀疏网格与数论网格在饱和-非饱和流随机模拟中的应用与比较

在饱和-非饱和流的随机模拟中,传统的蒙特卡罗方法收敛速度慢,计算成本高,特别是计算的误差为概率误差,易产生较大的不确定性.引入稀疏网格配点法和数论网格点集可以获得更好的模拟效果.通过算例分析和研究得出:在某些饱和-非饱和流随机模型的模拟中,稀疏网格配点法能够极大地节省计算成本,输出水头(或水质)具有确定的表达式,但是当随机变量维度较高或者模型中被积函数光滑性较差时,其模拟效果往往并不理想,甚至有可能出现违背物理现象的错误结果;数论网格法具有更好的适用性,维数越高,其优势越突出,且相比蒙特卡罗法精度要好,误差是确定的,避免了蒙特卡罗法概率误差带来的不确定性.

电阻阵列非均匀性测试与校正

电阻阵列红外图像投射器的研究在近20年间取得了突破性的进展。作为红外图像生成系统的关键部件,电阻阵列的非均匀性是影响红外图像质量的主要因素,电阻阵列在使用之前必须进行非均匀性校正才能满足红外图像生成系统的应用要求。给出了非均匀性校正的流程;针对稀疏网格法和全屏测试法的互补性,提出了改进的全屏测试法;采用3次样条插值和分段线性法进行数据处理;采用"在线查表法"进行实时非均匀性校正。仿真结果表明,改进的全屏测试法及非均匀性实时算法取得了良好的效果。

分析三维随机介质目标散射问题的SMCG方法

应用稀疏矩阵规则网格 (sparsematrixcanonicalgrid ,SMCG)法分析了三维随机介质目标的电磁散射问题 .用矩量法求解介质散射体的体积分方程时 ,根据散射体离散单元间场相互作用的强弱 ,将阻抗矩阵分解为近区强相互作用的稀疏矩阵和远区弱相互作用的补充矩阵 .在用共轭梯度法迭代求解矩阵方程时 ,将格林函数在规则网格点上进行泰勒级数展开 ,进而可利用快速傅里叶变换计算弱相互作用矩阵与待求向量的乘积 ,而强相互作用矩阵与待求向量的乘积可以直接计算 .文中对几种不同情况的随机介质目标的远区散射场进行了计算 ,结果表明SMCG法的计算结果与满阵矩量法的计算结果吻合良好 。

电阻阵列非均匀性测试方法研究

给出了电阻阵列非均匀性校正方法,并根据非均匀性测试模型分析了1:1映射下的非均匀性全屏测试方法。针对图像退化会导致边缘效应以及收敛性变差的问题,研究了基于点扩散函数估计的全屏测试方法。仿真结果表明,与原方法相比,该方法可以减少边缘效应的影响,并且在平滑因子较大时可以体现出更好的收敛性。

二维海面上方金属目标复合散射快速算法研究

为快速获取二维海面上方金属目标的复合散射,通过改进计算分层粗糙面散射的层内波传播展开法(PILE),结合快速计算二维粗糙面散射的稀疏矩阵平面迭代与规范网格法(SMFIA/CAG),以及计算金属目标散射的基于三角屋顶(RWG)基函数的矩量法(MoM),提出了结合稀疏矩阵平面迭代及规范网格法的扩展层内波传播展开法(E-PILE+SMFIA/CAG)。引入锥形入射波以减小人为截断粗糙面所引起的边缘衍射,采用蒙特卡洛(Monte-Carlo)模拟生成具有Pierson-Moskowitz(PM)海浪谱的随机海洋粗糙面。数值分析了海面上方典型导体目标的复合双站散射系数,验证了算法的有效性与收敛性。最后,应用该算法计算了海面上方导弹目标的电磁散射,讨论了目标高度及海面上风速对复合散射系数的影响。

三维目标与粗糙面复合散射的广义稀疏矩阵平面迭代及规范网格算法

提出了快速计算二维导体粗糙面与面上金属目标复合散射的广义稀疏矩阵平面迭代及规范网格法(G-SMFSIA/CAG).推导了二维导体粗糙面与面上目标相互作用的耦合积分方程,用稀疏矩阵平面迭代及规范网格法(SMFSIA/CAG)求解粗糙面部分的表面积分方程,而用基于RWG基函数的矩量法(MOM)计算目标部分的表面积分方程,并通过更新方程的激励项迭代求解目标与粗糙面的相互耦合作用.结合Monte-Carlo方法产生具有PM(Pierson-Moskowitz)海浪谱的随机海洋粗糙面,数值分析了海面上不同形状导体目标的复合双站散射系数,验证了算法的有效性与收敛性.最后,计算了海面上舰船目标的双站散射系数,并讨论了不同风速海面对散射系数的影响.

电阻阵列非均匀测试与校正方法研究

红外图像生成技术是构建红外成像半实物仿真系统的关键技术之一,其中作为投射器件的电阻阵列一直以来是研究的热点,它存在非均匀性的固有不足。作为非均匀校正的测试手段,稀疏网格法和全屏测试法很早就已被国外研究者提出,取得了良好的校正效果。近来,随着我国电阻阵列研发脚步的跟进,校正方法也不断更新。本文针对国产电阻阵列响应曲线的特性,介绍分析了逆稀疏网格法并提出一种简化的校正流程。同时,针对数据处理方式的不同改进了插值校正方法,继而对比验证了两种校正方法,有效提升校正精度。

随机分布目标散射特性的预处理SMCG法分析

稀疏矩阵规则网格(SMCG)法,是一种有效的电磁场数值计算方法。为了进一步提高SMCG方法的计算效率,文章提出了两种预处理SMCG方法,并应用这两种方法对随机分布三维介质多目标的电磁散射特性进行了分析。数值计算表明,该方法是快速、有效的。

不同土壤类型的粗糙地面电磁散射特性及布儒斯特效应研究

土壤表面散射特性对大地遥感等问题有着重要应用,地面对雷达波束的镜面反射是造成镜像干扰的主要原因,利用粗糙地面的布儒斯特效应将有效削弱镜面反射。采用四成分土壤介电模型计算不同类型土壤的介电常数,以二维高斯粗糙面模拟实际地面,引入锥形入射波来克服粗糙面的边缘衍射;应用基于物理意义的双网格法(PBTG)结合稀疏矩阵规范网格法(SMCG)计算分析土壤类型和湿度对地面散射特性的影响,进一步探究了粗糙地面布儒斯特效应随土壤类型、湿度及入射波频率等的变化关系。分析表明:土壤类型和湿度等因素对地面散射特性及布儒斯特效应均会产生不同程度的影响。研究成果对于不同土壤类型的地面环境遥感探测以及削弱镜像干扰提供了理论支撑。

不同类型土壤地面与其上方目标散射特性研究

针对超低空目标与地面复合电磁散射的问题,以某型巡航导弹作为超低空目标的典型代表,研究了不同类型土壤地面与其上方巡航导弹的散射特性。在考虑不同类型土壤组成成分的基础上,采用四成分土壤介电模型计算其介电常数,分析了土壤介电常数与土壤类型和土壤湿度的关系;以二维高斯粗糙面模拟地面环境,引入锥形入射波克服粗糙面的边缘衍射,应用基于物理意义的双网格法(Physics Based Two Grid,PBTG)结合稀疏矩阵规范网格法(Sparse Matrix Canonical Grid,SMCG)仿真分析了土壤类型、入射波频率与极化等因素对地面环境电磁散射特性的影响;基于目标与环境的复合表面积分方程,研究了不同类型土壤地面与巡航导弹的复合散射特性。分析表明:巡航导弹与粗糙面相互作用,使三种类型土壤地面的散射系数均有所增大。研究成果为不同类型土壤地面环境遥感探测及其上方超低空目标的探测提供了理论参考。

基于数值方法的三维激光海面漫反射特性研究

为提高卫星海色遥感技术在实际应用中的效率,对不同海况下不同入射角度的三维激光海面漫反射特性进行了建模仿真计算,并在实验室条件下对激光入射波动水面后产生的散射场能量分布特性进行了研究。根据麦克斯韦尔方程和边界条件分析了散射场在各向分量间的耦合关系,矢量分解后得到了6个标量方程并用矩量法进行离散,给出了离散后的矩阵方程。用稀疏矩阵规则网格法(SMCG)求解矩阵方程,求解时采用共轭梯度法(CGM)计算。在对有限照射区域进行计算时,为减少边界效应产生的误差,用能量强度服从高斯分布的三维锥形波模拟入射激光束。仿真计算了不同粗糙度海面的三维双站散射系数,结果发现:对相同粗糙度海面模型,入射角度越小,粗糙面对激光的漫反射就越大,散射场的能量分布也越均匀。用实验对仿真结果进行验证,结果表明:与基尔霍夫近似(KA)和二维前后向迭代法(FBM)相比,该方法能准确表示波动水面的三维激光漫反射特性,为进一步研究三维激光海面漫反射特性奠定了基础。

V-SMCG算法对起伏月面异常回波的定量研究

本文基于月面石块的分布模型和概率分布函数,采用蒙特卡洛反函数法建立随机分布石块的月面几何模型.基于Maxwell积分方程发展了矢量稀疏矩阵规范网格法(Vector Sparse Matrix Canonical Grid, V-SMCG)矩量法的求解过程,数值仿真了不同月面几何的全极化复散射回波,并根据Mini-RF雷达观测配置计算回波圆极化比(Circular Polarization Ratio, CPR).仿真结果表明:月面随机分布石块引起月面几何起伏粗糙度的增加,多次散射明显增强了雷达后向回波,并使得CPR值出现大于1的情况,尤其是大于波长尺度的石块会使得CPR值远远大于1.

高频段掠海目标的电磁散射特性研究

针对掠海目标的低探测性问题,以蒙特卡洛法生成的PM(Pierson-Moskowitz)海洋谱粗糙面模拟真实海面,为消除人为截断粗糙面引起的边缘衍射,引入三维锥形波,结合稀疏矩阵平面迭代及规范网格法(SMFIA/CAG)与矩量法(MOM)求解目标与粗糙面的迭代积分方程。计算分析了掠海巡航导弹在高频段(HF)下的电磁散射特性,结果表明根据不同入射方向,采用相应的极化方式才能获得最佳探测效果。这对利用天波超视距雷达对抗超低空目标具有一定的参考价值。