波束波导电磁传输问题的积分方程数值解

应用积分方程数值方法建立了任意形状波束波导中电磁传输问题的物理模型;在馈电端用模式匹配方法分析端口匹配状况,基于等效原理建立波导的场激励模型,应用边界积分方程匹配波导的理想电导体(PEC)边界条件,最后,通过矩量法(MoM)和多层快速多级子算法(MLFMA)等数值算法给出了波束波导电磁传输和口面辐射的场解。数值实例证明了上述分析方法对于电大尺寸波束波导电磁传输问题的有效性和精确性。

求解波束波导中激励-传输-辐射问题的积分方程方法

针对波束波导系统结构和馈电特性,应用体面积分方程建立了任意结构波束波导中电磁波的激励、传输和辐射问题所对应的物理模型。在激励端,采用模式展开方法描述输入口面场分布,并利用模式匹配方法精确模拟波束波导馈电端的匹配状况。通过对波束波导内部的实际结构的精确拟合,基于积分方程建立了激励-传输-辐射的电磁模型,并以高效数值解法给出了波束波导内部任意场点的电场强度分布和波束波导的辐射场解。数值实例证明,积分方程方法可对电大尺寸任意结构波束波导的激励-传输-辐射问题给出稳定的、高精度的数值解。

可用于雨区边界的雷达方程和有意义的波束范围

目前使用的天气雷达方程不能用于雨区边界附近。为了研究数字雷达平均回波强度的分布、畸变和探测分辨率等规律的需要,本文发展出了可用于雨区边界的天气雷达方程。新建立的方程和已有的把波束限制在半功率点范围内,並假设半功率点范围内天线增益为常数的同类方程不同,它既考虑了半功率点以外的波束能量,也考虑了波束内天线增益的不均匀分布。本文以713天气雷达为例,从保证波束在降水区内时雷达方程能给出一定精度的回波强度和波束边缘进入降水区时能产生可探测回波这两个方面,利用新得到的方程,计算了有意义的波束范围,得到了一些在分析、使用雷达观测资料时值得注意的结果。

阵列天线的波束扫描与衰减特性(英文)

由电磁场理论给出了线元天线阵列波束扫描的解析公式 ,并由该解析公式得到阵列天线波束扫描的数字结果 ,然后用光栅方程对所得数字结果作了理论分析 ,得到以下结论 :(1)阵列天线扫描问题可以由光栅方程进行简洁分析 ;(2 )波束能量极大值与阵列天线元数目的四次方成正比 ;(3)通过适当馈电时间延迟 ,可以控制波束扫描范围 ;(4 )扫描的角范围依赖所给的半角度宽度要求。

多波束测深声速剖面数据使用中的若干问题

在对多波束测深声速剖面资料检查时发现,部分单位将海水压强简单地近似为海水深度,导致海水表层及浅水处的声速实际值受影响较大。分析了多波束测深声速剖面资料存在的若干问题,引入国际上由海水压强向深度转换的新实用模型,对存在的问题进行了纠正,基于实测声速剖面资料进行了试验性验证,提出了使用多波束测深声速剖面时需要注意的几个问题。

多波束测深仪有效扇面宽度估计方法

根据多波束测深仪的声纳方程,提出多波束测深仪有效扇面宽度概算方法。通过多波束测深仪声学设计原理估计多波束测深仪的声学参数。分别对各波束的目标强度和声源级进行估算,给出了不同工作深度和工作脉宽情况下的各波束声源级分布,通过检索各波束的声源级确定多波束测深仪的有效扇面宽度,并对测船的选择提出建议。

宽波束超声波流量计Lamb波发射技术研究

宽波束超声波流量计的研究是超声波流量计发展的趋势,但目前专门针对管道流量测量的宽波束理论研究较少.为此,在建立管道声路模型的基础上,推导了适用于管道流量测量的Lamb波的色散方程,给出了在管道中通过调整超声波发射频率激发Lamb波的方法,并分析了在该条件下管道中的声场分布,从而建立了一套管道Lamb波理论.在此理论基础上,设计了验证管道Lamb波理论的实验方案,实验数据与理论推导基本吻合,因此从实验角度验证了管道Lamb波理论的合理性.

三维耦合简正波-抛物方程理论及算法研究

研究三维海洋环境下声传播的快速数值预报方法。在广义相积分(WKBZ)理论和波束位移射线简正波(BDRM)理论的基础上,将二维耦合简正波-抛物方程理论推广至三维。三维耦合简正波-抛物方程(CMPE3D))理论的级数解由垂直方向的本地简正波和水平与方位角方向的简正波幅度系数组成。为了实现该理论的快速算法,在垂直方向上采用WKBZ理论和BDRM理论进行简正波分析,在水平与方位角方向采用与抛物方程模型FOR3D[Lee D.et al.,"Numerical Ocean AcousticPropagation in Three Dimensions",World Scientific,Singapore,1995]类似的方法来求解简正波幅度系数方程。数值计算结果表明,在精度相当的情况下,计算速度比抛物方程算法提高了约100倍,具有计算精度高、速度快的优点。

提高多波束测量有效条幅覆盖宽度的方法研究

随着海洋科技的发展,声学技术在海洋仪器上的应用越来越广泛,多波束测深系统就是声学技术应用的一个范例。多波束测量中有效条幅的覆盖宽度对于调查船只和单位都有重要的意义。在调查中,应尽可能提高有效条幅覆盖宽度。通过多波束系统测深所应用的两大理论(波束形成理论、声纳方程)着手,详细分析了影响多波束测量有效条幅覆盖宽度的船速、海况、发射阵列等因素,提出了提高多波束测量有效条幅覆盖宽度的几点建议。

参量阵声源波束宽度影响因素分析

波束宽度是衡量参量阵声呐性能的重要技术指标之一,在设计时应该对其正确掌握,以保证整机性能.文章以圆形活塞换能器形成的参量阵声场为例,利用维斯特维尔特(Westervelt)理论和Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov(KZK)方程分别计算了参量阵声场波束宽度,通过试验验证了KZK数值计算用于分析波束宽度的准确性及对远近场的适应性,并指出利用Westervelt理论计算参量阵声源波束宽度的不足。然后通过仿真,分别分析了频率、吸收系数、阵长与参量阵波束宽度间的关系,并从物理意义上解释了阵长对参量阵声场波束宽度的影响。

有源天线阵波束电扫描新技术

研究了利用互注频锁相技术实现的低成本、高集成度、高效率的新型非线性有源天线阵列,给出了耦合振荡器阵列的幅度及相位动力系统满足的微分方程组,然后针对控制非线性有源天线阵列波束扫描这一实际应用,找到了可以实现有源天线阵列波束扫描的相位动力系统的轨道及振荡器自由振荡频率需满足的条件,并对轨道的稳定性进行了分析,提出了一种不用移相器实现非线性有源天线阵列波束电扫描的方法,最后利用计算机仿真验证了该方法的可行性。

稳定波束法地震波场模拟技术

稳定波束法地震波场模拟技术将波动理论与射线理论有机的结合起来 ,是一项新的地震波场模拟技术 ,该技术不仅很好的利用线性元模型解决了“两点射线追踪”的难题 ,而且波场合成结果包含了精确的边缘绕射波场。介绍了稳定波束法地震波场模拟技术的基本原理 ,并利用模型模拟实验方法对该项技术进行了验证 ,实验结果证明稳定波束法地震波场模拟技术与传统的射线理论方法相比绕射波模拟精度完全达到了要求 ,与传统的波动理论方法相比计算速度快 ,是一种适合于复杂地质模型的地震波场模拟技术。在实际生产中利用该项技术对处理流程与处理参数进行了验证处理 ,从而提高了处理流程与处理方法的可靠性。

月面着陆器与巡视器同波束差分时延相对定位算法

针对月球着陆巡视探测活动中的月面着陆器与巡视器的相对定位问题,建立了月面双目标相对运动方程和状态方程,给出了同波束差分时延测量量关于双目标相对位置的测量方程,进而实现了基于统计估计方法解算双目标相对位置的算法。结合嫦娥三号探测器跟踪测量条件,利用该算法开展仿真分析。结果表明:在测量弧段达到5min以上、同波束干涉测量(SBI)时延仅有1ns随机误差的情况下,相对定位精度可达20m;测量数据存在3ns系统误差时,相对定位精度为200m,此时如果增加甚长基线干涉测量(VLBI)时延数据,可将相对定位精度提高到150m。利用嫦娥三号实测数据处理结果验证了此算法的正确性和仿真分析的有效性,可为合理制定月面双目标相对定位策略提供参考。

复杂含核粒子对贝塞尔波束散射特性的影响

基于面积分方程的矩量法及其快速算法研究了复杂含核粒子对任意入射贝塞尔波束的散射特性.将零阶贝塞尔束的矢量解和坐标系旋转理论相结合,推导出任意入射贝塞尔波束电磁场分量的数学表达式.根据等效原理,建立了求解具有任意形状和复杂内部结构含核粒子散射问题的面积分方程.对贝塞尔波束任意入射下一些复杂含核粒子的散射进行了数值模拟,结果表明:贝塞尔波束入射时的微分散射截面要小于平面波入射时的微分散射截面,且随着半锥角的减小而增大;当波束中心的位置远离粒子中心时,微分散射截面会减小;微分散射截面对波束的入射角非常敏感.这为激光对微粒的探测、诊断以及操纵技术提供有益帮助.

宽带分裂波束探鱼仪探测性能预报建模及仿真分析

宽带分裂波束探鱼仪探测性能由多种因素相互影响、共同作用,作为最关键的技术指标,直接影响该探鱼仪的实际使用。为了指导后续该类型探鱼仪的研制和使用,需要梳理不同因素对其探测性能的影响过程。采用水声学系统建模的方法,结合典型参数及海洋环境,根据主动声呐方程给出了在噪声背景下、体积混响背景下和体积混响与噪声混叠背景下有效作用距离预报模型,并分析了主要制约因素;进行了不同背景下探测性能的仿真,讨论了不同海况下频率对不同目标强度鱼探测性能的影响,对比了窄带系统和宽带系统对抗混响的能力;通过对宽带分裂波束探鱼仪探测性能的声学仿真结果明确了实际使用环境中不同参数对探测性能的影响,为远距离、高分辨率宽带分裂波束探鱼仪的研制提供了改进方向。

无载波单脉冲天线阵近场波束扫描的时域模拟

运用时域电场积分方程 (TD EFIE)方法得出了在耦合条件下无载波单脉冲激励线天线阵列的瞬态电流分布 ,通过对阵列天线辐射近、远场的模拟 ,论证了阵列天线近场主波束形成及实施主波束扫描的可行性 ;并给出了在一定距离上实现近场主波束扫描时 ,天线阵各单元所需要的延时量。对于设计无载波单脉冲体制相控阵探地雷达系统具有意义。

一种Ka波段对称四波束波导缝隙行波阵列天线的设计

本文给出了一种Ka波段对称四波束波导缝隙行波阵列天线的设计方法。该设计对经典行波阵理论进行了改进和创新,提出将驻波阵的电流幅度分布理论应用于行波阵,推导出多波束波导缝隙的电场分布方程,实现了波导缝隙阵列天线对称四波束配置,并具备共口径、高增益、低副瓣等优点,满足多普勒测速雷达对天线的要求。HFSS软件仿真测量结果验证了该设计的正确性。

不同波束形成的参量阵近场比较

文章采用KZK方程数值求解均匀平面阵、聚焦阵及非衍射阵形成的参量阵波束近场声场 ,比较了不同波束声轴上的原、差频声压级及声截面。

单波束测深仪波束角的仿真分析与设计

针对单波束测深仪波束角的设计影响因素进行了归纳和分析,通过对典型工作频率的测深仪在不同波束角情况下换能器的尺寸、声呐方程、探测分辨率等影响因素进行仿真分析,得出了波束角设计的约束条件以及指导原则,对单波束测深仪的设计具有指导意义。

相控阵技术在天气雷达中的初步应用

由中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室与中国电子科技集团南京第14研究所联合研制的S波段相控阵天气雷达采用宽波束发射多波束接收,从而很大程度上缩短了雷达扫描周期,但是由于相控阵天气雷达其波束宽度与增益不是定值,而是随着仰角发生变化,同时相控阵天气雷达采用了脉冲压缩技术,因此需要对Probert-Jones提出的经典雷达气象方程中的波束宽度和增益参量进行订正,才能运用到对相控阵天气雷达反射率因子的估算中。本文通过对相控阵天气雷达波束宽度与增益特性的分析,在经典雷达气象方程的基础上给出了有关相控阵天气雷达的雷达反射率计算方法,分区域给出了详细的反射率因子估算参数,并在此基础上进行反射率的估算,为相控阵天气雷达的定标与定量测量提供理论基础。