用高频近似模型和入射-出射波模型对早期高空核电磁脉冲场的计算比对

在康普顿电流和电导率相同的条件下,分别采用高频近似模型和入射-出射波模型对早期高空核电磁脉冲场进行一维计算,得到了地面上电场峰值的分布图以及爆心下方、空间某测试点的电场分量波形比对图。分析表明,计算结果符合对早期高空核电磁脉冲的规律性认识,同时两种方法得到的电场峰值、上升沿、脉宽、下降沿以及整体形状差异很小,说明两者均适用于早期高空核电磁脉冲场的计算。比较而言,高频近似模型的理论来源清晰、方程形式简单,便于求解,所以在实际研究中大多采用该模型。

用高频近似计算结构体辐射声场

本文对高频段（ｋａ≥５）结构体辐射声场用高频近似即所谓平面波近似方法来计算。该方法不但避免了通常所用的边界元法（ＢｏｕｎｄａｒｙＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ，简称ＢＥＭ法）计算结构体辐射声场出现的３个问题：（１）不光滑点处的Ｃ（Ｐ）因子计算，（２）奇异积分，（３）特征频率处解的非唯一性，而且该方法精度较高，计算量小。

随钻地震钻头震源波动方程的高频近似解法

由于几何光学法求解钻头震源波动方程的高频近似解有局限性,即在焦散区失效,故只能计算非焦散区的高频近似解.采用Maslov方法求解了波动方程在焦散区和非焦散区的高频近似解,并借此得到了钻头震源波动方程在三维空间中焦散区和非焦散区处处有效的高频近似解.研究结果表明,根据解得波动方程的数值解可绘出钻头震源波场图,可对钻头震源波场传播特性进行进一步的研究.

高频近似下新月形导体的散射场计算和散射体轮廓的投影重建

本文研究了高频条件下一个三维新月形导电物体的电磁散射远场的计算问题。在计算中我们根据物理光学和Fock理论得到散射体表面的等效面电流分布,并引入一沿边缘的线电荷分布以计入边缘的贡献。计算结果用于散射体轮廓的投影重建获得成功。

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。

高频近似成像研究

利用高频近似法分析了散射原理,得到了时域复杂形状导电体的散射场,并研究了导电体基于背投影算法的时城SMEP(Sine-Modulated Exponential Pulse)响应成像。经计算机模拟,实现得到缩比飞机模型清晰的像,表明该方法是雷达成像系统的一种有效手段。

基于弹性反射波正演表达的转换波逆时偏移与反偏移

针对线性化弹性反射波方程无法直接用于弹性转换波反偏移模拟的问题,本文提出基于高频近似的一次反射波模拟新方法.该方法基于地震波传播的散射理论,先对地下速度扰动的空间变化进行高频近似,再基于散射波传播方程推导得到线性化一次反射波传播方程.基于弹性反射地震数据表达,本文采用线性算子的伴随估计反射系数,实现反射波逆时偏移.根据该线性表达,联合背景速度和成像值来模拟一次反射横波传播,实现了弹性波角度域反偏移,并进一步导出成像值关于波速的梯度.数值实验表明,基于弹性反射地震数据表达的偏移成像方法,既克服了极性反转效应,又使成像结果包含了更为丰富的反射角信息;一次反射波模拟方法获得的弹性地震数据具有较高的精度和稳定性,得到的弹性波场的振幅和相位信息与理论解析解吻合较好,有效保证了成像域层析速度反演梯度的稳定求解.

直升机尾桨参数对RCS影响分析

在执行战时任务时,对武装直升机的隐身性能提出了较高要求,为降低直升机在执行任务时被发现的概率,基于几何光学法和一致性绕射理论,研究直升机尾桨翼型厚度、弯度、剪刀角角度对RCS的影响。选用两种雷达照射方位,通过对尾桨不同参数和涂敷吸波材料的RCS峰值、均值对比,判断更有利于直升机尾桨隐身的条件。结果表明:雷达从地面照射时,尾桨厚度小、弯度小的RCS会适当减小,剪刀角角度的变化会导致RCS峰值相位变化;雷达平行照射时,厚度小的尾桨RCS小,弯度小的RCS峰值更小;在桨叶前缘与桨尖端面涂敷吸波材料可以有效降低桨叶整体RCS。因此,选择尾桨的厚度越小、弯度越小,有利于降低直升机尾桨的RCS,对桨尖端面和桨叶前缘进行吸波材料涂敷可以有效降低整体RCS。

吸波涂层对直升机旋翼电磁散射特性影响研究

基于几何光学、物理光学和等效电磁流的雷达散射截面(RCS)高频近似算法,联合傅里叶变换提取和分析了涂覆雷达吸波材料旋翼的动态电磁散射特性,重点研究了涂层位置、涂层厚度以及电磁频率等因素变化对旋翼动态电磁散射特性的影响。结果表明:在旋翼表面添加吸波涂层能够有效减缩旋翼的时域动态RCS和频域分量幅值,并且吸波材料的涂覆位置决定了频域上分量幅值降低的频带范围,通过RCS的频谱特征能够判断出旋翼表面何处存在吸波涂层;吸波涂层的厚度和所处的电磁环境,均会影响涂层的吸波效果,根据重量指标、作战任务等需求合理制定旋翼的涂覆吸波材料方案,针对性降低旋翼特定部位的散射强度,能够干扰旋翼时域和频域的动态电磁散射特性,更好地发挥吸波涂层提升旋翼雷达隐身性的能力。

复杂雷达体的二次电磁散射

讨论了用几何光学和物理光学方法计算两面元对上的二次电磁散射。建立了二次散射理论模型,并利用快速射线追踪搜索算法计算了典型形体及复杂目标的二次散射。计算表明该方法结果与理论值非常接近,而且处理计算速度非常快,在复杂目标可视化预估系统中可提高预估速度和可靠性。

利用辛几何理论求解电磁波在非均匀媒质中的传播

提出了一种基于辛几何的高频近似的新方法 ,并用此方法求解了电磁波在一非均匀媒质中的传播问题。通过辛空间上的坐标变换 ,使电磁波传播中的焦散问题转化为非焦散的问题 ,并结合几何光学的方法 ,求得了包括焦散区在内的高频近似解。解决了几何光学法无法在焦散区求解的问题 。

腔体结构电磁散射分析新方法

本文提出一种综合了复射线和几何光学射线法优点的腔体结构电磁散射分析方法──高斯射线管方法讨论了单位平面波的高斯射线管模拟，以及高斯射线管在曲界面上的反射问题给出了用高斯射线管计算腔体结构散射的典型算例．

地震波散射:理论与应用

传统的球面对称(或层状构造)地球模型正经历着一场革命。地球被揭示从地壳、地幔到地核到处都呈现多尺度的横向非均匀性。这些具有不同尺度的非均匀体对地震波具有不同的效应。速度和密度的非均匀体能改变波形,引起走时和振幅的起伏以及产生直达波的视衰减。地球岩石层的非均匀体还能产生P尾波、S尾波和Lg尾波等。核-幔边界附近的非均匀体能产生对PKP波的散射而成为PKIKP的前驱波,PKKP波的散射波可成为主震相自己的前驱波。近源和近台站的复杂构造可通过共振、散射来改变地震波形。粗糙地形或粗糙界面能造成体波和面波的耦合。地壳内规则排列的裂隙可产生有效各向异性而使S波分裂。由三维非均匀体所引起的地震波的变化,在广义上被称为地震波散射。近十多年来,由于高质量的高频数字地震资料的逐渐增多,对地震波散射的研究在急速发展并引起了越来越多的地震学家、工程学家和勘探地球物理学家的兴趣。本文综述了地震波散射的基本理论和在这一领域各方面的最新进展。其内容大致为:一、地球横向非均匀性的谱及各种散射态式二、地震波散射的研究方法1.理论研究(1)不连续非均匀介质的边界匹配方法(2)弱散射的微扰法(3)高频近似法(4)随机方法和非均匀体的统计特性2.数值模拟和物理模型试验3.野外观测三、弹性波散射的基本特征和标量波近似1.弹性波瑞雷散射2.弹性波瑞雷-甘斯散射3.随机介质的弹性波散射四.地震波散射的表现和应用1.透射起伏2.尾波产生及包络消减3.散射衰减4.核-幔边界附近的散射5.地表地形、近地表结构和深部构造引起的散射6.裂缝散射和有效各向异性7.散射和非线性。

利用抛物线方程方法计算目标RCS

目前的RCS计算方法主要是低频算法(如MoM、FEM、FDTD)和高频近似方法(如PO、GTD、UTD)。这两种方法各有利弊,低频算法主要处理的目标电尺寸小于或等于波长的量级,而高频近似方法则在处理上百个波长的目标时更为擅长。因此,对于几个波长和数十个波长的目标,使用一种抛物线方程方法计算RCS,推导出了用于计算目标RCS的三维抛物线方程。为了显示方法的有效性,计算了一个导体球的RCS,并与解析解对比,二者吻合得相当好。

典型建筑物的合成孔径雷达回波模拟研究

为了更有效地研究合成孔径雷达的成像算法,回波模拟技术的研究变得十分重要,其中回波模拟的计算效率成为关键问题.采用2DFFT方法对粗糙地面上的典型建筑物进行合成孔径雷达(SAR)的回波模拟,获得了地面建筑物的正确SAR回波信号.针对SAR雷达回波模拟中去遮挡部分计算量大,引入了图形电磁学的方法,利用计算机硬件自动去遮挡大大提高了SAR雷达回波信号的仿真时间.

用于地震反射数据偏移的反射波方程

与地震数据偏移相对应的正演方程是利用线性反演方法开展有效利用地震数据波形信息的偏移方法研究的基础。由于宏观偏移模型下的波动方程不能描述反射波的反射,因此当前反射数据偏移方法缺乏与之相对应的正演方程。为了满足能有效利用波形信息的高精度偏移成像需要,在高频近似条件下,提出了用于反射数据偏移的反射波方程。在给定宏观偏移模型的前提下,从散射理论中的波动方程出发,依据地震波长与地下散射体大小及其物理性质空间变化快慢之间的相对关系,即在高频近似条件下,局部散射体退化为在空间上具有一定延续度的反射体,散射波退化为具有局部平面波特征的反射波,推导出基于物性参数相对变化的反射波方程。针对反射率在地震反射中的广泛应用,定义物性参数相对变化沿入射波传播方向的方向导数为反射体上反射面的反射率,推导出基于反射率变化的反射波方程。根据地下介质的不同,分别给出了宏观偏移模型下基于物性参数相对变化和反射率变化的标量反射波方程、声反射波方程和弹性反射波方程。

基于反射波动方程的叠前地震反射数据波阻抗相对变化成像研究

波阻抗是地震数据岩性处理解释中的重要参数。提出了一种基于反射波动方程的叠前地震反射数据深度域波阻抗相对变化成像方法。从变密度的声波方程出发,首先利用高频近似,推导出基于波阻抗相对变化的一次反射波场的线性传播方程,然后基于该传播方程,利用线性反演理论推导出获得深度域波阻抗相对变化近似估计的成像公式。受反射地震数据频带范围的限制和波形线性反演问题近似求解成像方法的限制,该波阻抗相对变化成像方法所获得的成像结果的保真性和分辨率会存在不足,但其计算量与逆时偏移的计算量基本相当。合成数据的模型试验结果验证了波阻抗相对变化成像方法的有效性。

基于地震数据线性正演表达的波形成像(一):地震数据的线性正演表达

地震数据的正演表达是构建地震波反演成像方法的基础。给定满足地震波运动学的准确的地下介质光滑模型,基于地震数据线性正演表达提出波形成像方法理论,不仅可修正当前以构造为主要目标的地震数据偏移成像方法理论的不足,还可实现对地下地层的岩性成像。在满足地震波运动学的准确的光滑模型下,地震波不发生散射、反射和波型转换,将扰动法应用于波动方程,得到描述地下非均匀体产生的扰动波场的波动方程。依据地震波长与非均匀体大小或非均匀体物理性质空间变化特征尺度之间的相对大小关系,将非均匀体划分为在空间上具有有限延续度的产生散射波的局部散射体或在空间上具有一定延续度的产生反射波的反射体,相应的描述扰动波场的波动方程转化为描述散射波场的波动方程或描述反射波场的波动方程。对于散射波,利用小扰动假定、Born近似,可得到基于散射体物性参数相对扰动的散射数据线性正演表达;对于反射波,利用波阻抗相对扰动的小值假定、一次波近似和高频近似,可得到基于反射体波阻抗相对扰动的反射数据线性正演表达。为了描述反射体边界对反射波的作用,在高频近似条件下定义反射体波阻抗相对扰动沿入射波传播方向的方向导数为反射体边界的局部反射系数,得到基于反射体边界局部反射系数的反射数据线性正演表达。最后给出具体的标量波、声波和各向同性弹性波方程下散射数据和反射数据的具体线性正演表达式。

基于旋转体矩量法的高性能微波传输天线分析与设计

在分析口径较小,焦距较短,带有复杂结构馈源的毫米波反射面天线时,不再适合采用高频近似方法,而采用全波矩量法求解,由于其巨大的计算量在PC机上求解还有很大的困难,提出一种计算毫米波反射面的新方法,充分利用计算模型轴对称这一几何特性,建立旋转体矩量法模型,并把该方法应用到设计微波传输系统中的小口径毫米波反射面天线上。由于在建模中考虑了馈源和主抛物面之间的互耦,计算结果和实验结果相当吻合。通过理论分析和实验,设计的口径为0.3 m天线在整个角域上满足了特定的方向图包络,达到了ETSI Class 3的高性能标准。

基于地震波方程的地震数据波形偏移与最小二乘波形偏移方法

针对当前岩性油气藏和页岩油气藏勘探对地震数据偏移成像高精度和高分辨的需求,对当前常见的偏移、偏移照明补偿和最小二乘偏移进行了简要回顾和评述。根据地下非均匀体的大小和速度变化与地震波长之间的相对关系,将非均匀体划分为散射体和反射体,相应地产生散射波和反射波。在散射理论的基础上,推导得到了描述散射波传播和散射的散射波方程。利用高频近似,推导得到了两种描述反射波的反射波方程,即基于速度相对扰动的反射波方程和基于反射面上反射率的反射波方程。将得到的散射波方程和反射波方程作为地震散射数据和反射数据的正演方程,利用线性反演方法,分别提出了地震散射数据和反射数据的的波形偏移与最小二乘波形偏移。地震反射数据的波形偏移与最小二乘波形偏移包括了目标分别为速度相对扰动和反射率两种不同形式的波形偏移与最小二乘波形偏移。