Solution for Hardware-in-the-Loop Radar Netting Simulation Problem by Utilizing Time Reversal Method

A new method of radar netting simulation with hardware-in-the-loop (HWIL) is introduced based on the idea of time reversal. It is the high authenticity, low cost and great simplification in design that the method does provide. Along with several paragraphs about the vital features, the model of probability is explained in an analytical way to find out the feasibility of this method.

The time reversal effect of the impulse response of crust

In this paper, the time reversal processes of impulse response of crust are simulated by means of a dynamical finite element method (DFEM). The results indicate that a small undulating load during a long period may cause a focused brevity impact in a chaos-response system. The physical principle for this phenomenon is that the wave interferes or multiples superposition. Based on this knowledge, a new view toward the mechanism for preparing and triggering an earthquake is proposed. Finally, an interpretation of crust response to the sea tides is given.

基于ABAQUS的木梁损伤识别仿真研究

采用ABAQUS和压电时间反演技术对带裂缝木梁进行损伤识别数值仿真分析和试验验证研究,提出了基于时间反演聚焦信号峰值的损伤指数D1和基于时间反演重构信号和激励信号相关系数的损伤指数D2,以进行损伤识别定量评估。研究表明:聚焦信号峰值、重构信号和激励信号的相关系数均与损伤程度密切相关,两个损伤指数均随损伤程度的增加而增大;时间反演法具有良好的自适应聚焦效果,利用压电时间反演技术可有效识别木梁不同程度的裂缝损伤。研究结果可为工程实际提供参考。

速度-应力声波方程混合交错网格有限差分数值模拟及逆时偏移

用常规交错网格有限差分法(C‐SFD)进行速度—应力声波方程数值模拟,虽然空间差分算子能达到2M阶差分精度(M表示空间差分算子中与差分中心点等距的坐标轴网格点的组数),但差分离散声波方程仅具有2阶差分精度,所以其模拟精度低、稳定性差。为此,联合利用坐标轴网格点和非坐标轴网格点构建空间差分算子近似一阶空间偏导数,建立了一种适用于速度—应力声波方程的混合交错网格有限差分法(M‐SFD),并基于时空域频散关系和泰勒级数展开建立差分系数求解方程组,导出了差分系数通解。M‐SFD给出的差分离散声波方程可达到4、6、8阶、甚至任意偶数阶差分精度。频散分析表明:在特定的Courant条件数取值(如Courant条件数r=0.3)条件下,C‐SFD通过调整M的取值,无法将数值频散误差控制在1%以内;M‐SFD通过调整M和N的取值(N表示空间差分算子中与差分中心点等距的非坐标轴网格点的组数),基本可以将频散误差控制在1‰以内,甚至可以控制在0.1‰以内。稳定性分析显示:M取值相同时,M‐SFD的稳定性强于C‐SFD。数值模拟实例表明:计算效率基本相同时,M‐SFD比C‐SFD能更有效地压制数值频散,模拟精度更高;M‐SFD还能采用比C‐SFD更大的时间采样间隔以获得更高的计算效率,且模拟精度更高。进一步将M‐SFD推广应用于逆时偏移,M‐SFD作为逆时偏移中的波场传播算子,能够有效消除由于数值频散造成的成像假象,从而提高深层的构造成像精度和分辨率。

应用自适应变网格紧致差分的地震波数值模拟及逆时偏移

紧致有限差分(Compact Difference,CD)格式相对于中心有限差分(Finite Difference,FD)格式具有计算精度高、边界处理简单等优点,其中,规则网格四阶CD格式所需计算节点数少,计算精度高,但使用该格式求解声波方程时需求解大型稀疏对角矩阵方程组,当模型较大时,该格式计算效率较低,同时用于存储和计算对角矩阵方程组的内存需求也较大。自适应变网格策略能够通过优化网格剖分,有效降低模型网格数,从而达到提高计算效率、降低内存占用的目的。文中推导了求解二维声波方程的时间二阶中心差分、空间四阶CD的离散格式,并应用于正演模拟;通过引入自适应变网格策略,推导了修正声波方程,发展了高效、高精度的自适应变网格紧致差分逆时偏移成像方法。数值实验表明:该方法可实现复杂构造的高效、高分辨率成像;与规则细网格剖分方法相比,在保证精度的前提下,该方法可将Marmousi模型的成像效率提高约33.7%。

基于K-wave的经颅超声聚焦仿真研究

由于颅骨形状不规则,声速、密度等声学参数分布不均匀,使用传统相控聚焦的方法进行经颅超声精确聚焦时会出现焦点偏移、焦点形状畸变、散焦的现象,时间反转法被认为是能够克服颅骨非均匀特性,实现经颅聚焦的有效手段。而利用传统有限元,有限差分法进行数值仿真时,往往需要划分十分精密的网格进行计算,耗费大量的时间。K空间伪谱法通过在空间域上进行傅里叶变换,时间域上进行有限差分的方法求解声波方程,能够在降低计算网格密度的同时保证计算精度。为了克服颅骨对聚焦超声造成的焦移影响,同时避免声学模型计算量过大的问题,本文使用Matlab K-wave开源工具箱,对食蟹猴颅骨CT数据进行三维声学建模,实现了基于时间反转法的经颅超声聚焦,讨论了时间反转法对于颅骨不规则形状及非均匀声速造成的焦移的补偿。仿真结果表明,K-wave在提高计算速度的同时能够服务于精准经颅超声聚焦,且相较于传统基于声时差法的相控聚焦方法,时间反转法在预设焦点位置,焦点强度更高,焦斑形状更为规则,聚焦效果更好。

雷达/红外复合制导并行仿真时空一致性研究

针对雷达/红外双模复合制导导引头仿真试验需求,提出并设计了基于并行仿真的复合制导半实物仿真系统,重点研究了并行仿真关键技术时空一致性。详细分析了影响并行仿真时空一致性的主要因素,建立导弹姿态运动误差模型以及目标空间误差模型,依托并行仿真系统仿真模型定量分析了各因素对时空一致性影响程度,最后提出复合制导并行仿真时空一致性设计框架。

隧道反射波超前探测有限差分正演模拟与偏移处理

针对地下工程领域隧道不良地质灾害超前探测问题,构建断层、倾斜软弱夹层等地质灾害体的隧道介质模型,研究隧道反射波超前探测的波场传播机理与偏移成像问题。利用一阶速度-应力弹性波方程和高阶交错网格差分计算方法,导出隧道工程反射波探测数值模拟的差分计算格式、数值稳定性条件以及边界条件,对上述模型进行正演模拟,得到相应模型不同时刻的波场快照与地震合成记录;通过对这些模拟结果进行分析,验证高阶交错网格差分法在隧道波场正演中的有效性。在导出弹性波方程逆时延拓交错网格差分计算格式基础上,通过求解程函数方程,获取激发时间成像条件,进而得到隧道全波场逆时偏移算法及偏移处理程序,并应用于隧道波场偏移成像中。研究结果表明:采用高阶交错网格有限差分逆时偏移算法能使反射波归位,绕射波收敛,从而大大提高了隧道工程反射波探测的分辨率,为隧道超前探测资料的解释提供理论依据。

近程毫米波多普勒目标模拟器的建模与仿真

针对典型弹道体目标多普勒信号时频效应的分析,建立了连续波多普勒体制毫米波近程雷达的视频回波信号数学模型,并利用信号重排小波gabor变换方法对某靶机进行时频谱图仿真,仿真的结果说明该模型是可行的,同时提出将LabVIEW软件和D/A转换器产生的多普勒模拟信号注入射频调制器即可得到体目标多普勒回波信号,从而保证近程半实物仿真测试系统目标模拟器的可靠性。

聚合物驱剖面返转时机及其影响因素

聚合物驱过程中的剖面返转现象会对提高采收率造成不利影响,为进一步提高聚合物驱效果,通过理论分析和室内物理模拟方法,对聚合物驱油效果和聚合物驱剖面返转时机及其影响因素进行研究。结果表明,随岩心渗透率升高,聚合物驱剖面返转时机延后且延后幅度增大,聚合物溶液浓度C_P=1600 mg/L、渗透率级差为4时,渗透率大于1200×10^(-3)μm^2后尤为明显;随渗透率级差和小层厚度比(高渗层/低渗层)增大,即地层系数级差增大,剖面返转时机提前,聚合物溶液浓度C_P=1600 mg/L、岩心平均渗透率K_g=300×10^(-3)μm^2、地层系数级差10条件下,剖面返转时机可提前至0.06数0.07 PV。随岩心渗透率升高和地层系数级差增大,采收率增幅呈先增大后减小趋势;聚合物驱剖面返转时机T_p与地层系数级差D_j关系满足方程式T_p=a(D_j-1)^(-1),随聚合物溶液浓度升高,返转系数a值减小,剖面返转时机提前。应用该公式可定量描述剖面返转时机与地层系数关系,及时调整注入参数,提高聚合物驱效果。

时反法用于主动探测的研究与仿真

时反法是一种新颖的自适应聚焦技术,它可以使声信号在未知环境下实现时空聚焦。海洋是一个复杂多变的信道,它会使信号波形在时域上发生畸变,能量在空间上发生扩散从而降低了声纳系统的检测能力。分析了时反法的原理,并进一步分析了时反法用于主动探测的过程。利用射线声学建立了浅海信道模型,对时反法主动探测技术进行了仿真分析。仿真结果表明,它可以使发生扩展的信号在时域上重新得到压缩,并使扩散的能量在目标处聚焦,从而实现对目标进行探测。

基于振动声调制的金属微裂纹定位方法研究

针对传统线性超声检测无法检测闭合微裂纹的问题,搭建了铝板的微裂纹振动声调制(VAM)检测系统,提取检测信号中的一阶旁瓣非线性信号和只滤除基波的全部非线性信号并对其时域反转,在ABAQUS有限元软件下,将其加载在铝板的无损模型上实现时间反转聚焦,获取铝板模型能量分布云图和各质点的位移信息,以此对微裂纹进行定位。结果表明,在时反信号的聚焦时刻原裂纹位置处有较强能量聚焦,只滤除基波的全部非线性信号聚焦效果优于一阶旁瓣非线性信号,振动声调制技术与时间反转方法结合能够实现对微裂纹的检测和定位。

含内边界非均匀材料三维FEM模型的时间逆转仿真研究

运用 3- D非线性动态有限元方法 ,针对地壳块体建立了一个材料非均匀的包含多个内部界面的三维典型模型 ,通过对模型的时间逆转效应的仿真研究 ,初步探讨了基于动力学原理人工触发地震的可能性 ,重新提出以提前触发地震、增加频度、降低震级为基本方法的消除震害原理。模拟结果表明 ,如果将地震图 (seismogram)进行时间逆转后 ,作为加载曲线 ,在地震台站点上通过一个有效的力源加载于基岩 ,利用时间逆转效应 ,可以将人工施加的能量在某一瞬间集中到以往的震源 ,引起一个强烈的冲击 ,因而可能触发地震。

地壳块体脉冲响应的时间反转效应研究

运用动态有限元方法 ,对地壳块体脉冲响应的时间反转过程进行了仿真研究 .结果表明 ,分布在较长时段上的量值较小的变化载荷 ,在一定的构造条件或边界条件下有可能累积成一个时间短、量值高的脉冲 .这一过程在物理上表现为先头发出的波与后继发出的波发生了多次叠加或干涉 .在这个认识基础上 ,对孕震以及发震的机理提出了新的看法 ,并就华北块体对渤海、黄海潮汐动态响应的仿真结果 ,进一步作出理论上的解释 .

基于“时间反演”的组网雷达半实物仿真方法

该文介绍了一种基于“时间反演”的半实物仿真方法。它可以有效解决在半实物仿真中 ,采用一套半实物设备实现多部雷达组网仿真的问题。文中通过数学概率模型分析了这种仿真方法的可行性 ,并且详细分析了其中的几个关键问题。最后将这种方法应用在一个具体的雷达对抗仿真系统中 ,实现了组网雷达的对抗仿真 ,既降低成本、简化系统设计 。

基于偏移反过程的一次反射波模拟

针对当前描述线性化反射波传播的数学物理方程不明确的问题,提出基于地下介质反射率函数的一次反射波方程.该线性化模拟方法是在Born近似下,以地震波传播的散射理论为基础,利用高频近似理论对地下速度扰动的空间变化进行近似,定义反射率函数,再由散射波传播方程推导得到线性化一次反射波传播方程.反射波场的形成与逆时偏移有相反的数学物理过程,是由空间域的成像结果获得数据域的地震记录,故该线性化模拟方法也可称为逆时反偏移(RTDM).数值试验结果表明,一次反射波模拟方法获得的地震数据具有较高的精度和稳定性,能够得到振幅和相位信息准确的反射波场.

基于一步法波场延拓的正演模拟和逆时偏移成像

通常工业界实现逆时偏移算法时采用有限差分数值方法模拟地震波场,波场模拟常常受稳定性条件限制,且易产生数值频散,成像精度降低.本文引入了一步法波场延拓方法,首先构建声波传播算子,借助Chebyshev多项式和Jacobi-Anger展开式近似传播算子中的e指数项,进而实现波场递推,该方法时间步长的选取不受稳定性条件限制而且不存在空间频散现象.本文将一步法波场延拓方法用于逆时偏移成像的波场模拟,并提出双缓冲区存储策略,在不增加计算量的前提下,大幅降低了逆时偏移方法的波场存储量.波场模拟和逆时偏移成像测试表明,本文提出的一步法波场延拓方法模拟地震波场精度高,消除了频散影响,可在较大时间步长的情况下实现高精度波场模拟;提出的基于一步法波场延拓的逆时偏移方法成像质量好;基于双缓冲区存储策略的逆时偏移成像方法存储成本低.

基于起伏地表的叠前逆时偏移成像

中国西部地区复杂地表条件对准确地震成像提出了挑战。通过对起伏地表模型的数值模拟和处理分析,探讨了起伏地表条件下地震成像存在的问题和解决方法,实现了基于起伏地表的叠前逆时偏移,并用来对模型数据进行处理。与常规处理方法和基于浮动基准面的叠前深度偏移相比,该方法在地形复杂的陕北地区取得了良好的效果。

起伏地表无反射递推算法叠后逆时偏移(英文)

目前研究基于起伏地表、复杂构造和速度复杂等条件的地震精确成像方法有重要意义。逆时偏移是一种高精度的偏移成像方法。文中在声波方程中引入波阻抗函数得到一种新的无反射递推算法,并通过坐标变换原理推导出起伏地表条件下的算法,利用爆炸反射面逆时偏移原理和零时间叠后逆时偏移成像条件,实现了复杂条件下的叠后数值模拟及逆时偏移。理论模型和实际资料的计算说明该方法不仅能有效压制层间反射波,并能处理起伏地表条件下的地震成像问题,证明本方法有较强适应性和实用性。

基于虚拟源时间反转的经颅超声精确聚焦

针对经颅超声难以精确聚焦的问题,本文研究了基于虚拟源的时间反转方法,建立颅骨二维数字模型,在聚焦目标处设置虚拟声源,利用时域有限差分法模拟超声时间反转过程,并考察基于虚拟源时间反转方法的聚焦效果。数值仿真结果表明,基于虚拟源的时间反转方法可以实现经颅超声的精确聚焦,聚焦强度和精度好于传统的相控聚焦;换能器中心频率和数量对聚焦效果的影响规律与相控聚焦时类似;该方法可以同时向多个焦点聚焦,并自适应调节各焦点处声压幅度。