基于FDTD的粗糙地面宽带前向电磁散射研究

采用指数型分布粗糙面模拟实际的粗糙地面,运用FDTD方法研究了超宽带高斯脉冲电磁波入射粗糙地面时的宽带前向电磁散射问题;通过数值计算得到前向散射系数随频率的变化曲线,并与时谐场源激励下的结果进行了对比;分析了不同的粗糙地面高度起伏相关长度、均方根高度,土壤湿度和入射角下前向散射系数随频率的变化关系,得到了指数型分布粗糙地面的宽带前向电磁散射特性。数值计算结果表明各参数的变化对前向电磁散射系数的影响比较明显,入射波不同极化方式下的前向散射系数也有显著变化。     

沙漠表面电磁散射的FDTD研究

采用一维指数型粗糙面模拟沙漠表面,利用土壤介电常数的四成分模型计算沙土的介电常数,运用FDTD方法研究了沙漠表面的电磁散射特性,数值计算得出了沙漠表面电磁散射系数随散射角和入射波波长变化的曲线,讨论了电磁散射系数随沙漠表面高度起伏均方根、相关长度、入射电磁波波长的变化关系,数值计算结果表明,沙漠表面高度起伏均方根、相关长度、入射电磁波波长对沙漠表面电磁散射系数的影响比较复杂。     

粗糙面与上方目标复合的宽带电磁散射研究

采用指数型分布粗糙面和Monte Carlo方法模拟实际的粗糙地面,运用时域有限差分法研究了超宽带高斯脉冲电磁波入射时粗糙地面与上方等边三角形截面柱的宽带后向电磁散射问题;通过数值计算得到了后向复合散射系数随频率的变化曲线,分析了不同的粗糙地面高度起伏均方根、相关长度,土壤湿度和三角形边长、倾角、高度及介电常数条件下后向散射系数随频率的变化关系,得到了指数型分布粗糙地面与上方目标的宽带后向电磁散射特性。     

电子束空气等离子体电子数密度分布模型研究

基于Monte-Carlo模型计算出的电子束空气等离子体电子数密度分布,建立了不同工况下该等离子体的形态参数和电磁参数模型。利用该模型对有、无电子束空气等离子体时目标电磁散射的变化进行了仿真计算,获得了不同工况下遮挡等离子体后相对于遮挡前电磁散射强度平均相对衰减。将仿真结果与相应工况下的实验结果进行了比较,对比结果表明:基于Monte-Carlo模型计算出的电子束空气等离子体电子数密度分布具有较高的可靠性。因此,建立的形态参数与电磁参数模型为深入研究电子束空气等离子体特性奠定了基础。     

基于OpenMP的射线追踪并行计算方法

射线追踪法是计算有等离子体包覆的飞行器电磁散射特性的经典方法,计算效率较低是制约该方法应用的主要因素,如何高效的利用现代计算机技术和射线追踪计算模型已经成为电磁散射计算的一个重要发展方向。拥有多内核CPU的计算机的出现和流行为提高射线追踪法计算在等离子体包覆下的飞行器电磁散射特性的效率提供了一个有效地途径。在共享存储（OpenMP）模型的基础上,对射线追踪法进行分析,实现了对射线追踪法并行计算的编程,并有效地提高了射线追踪法的计算效率。     

金属球电磁散射特性FDTD并行计算及性能分析

研究金属球电磁散射特性及其FDTD并行计算,可为金属目标和结构更为复杂的其他目标的电磁散射特性及复杂算法的研究提供理论依据与方法借鉴.采用时域有限差分（FDTD）法分析了自由空间中金属球远区散射电场分布情况,得到了电磁波远场区电场分量和雷达散射截面（RCS）的波形曲线,与现有实验数据作了比对,利用OpenMP＋细粒度方式实现了FDTD算法并行化,并对该并行方法进行了并行性能分析与正确性验证.实验表明,计算结果与现有金属球远场区散射场数据非常吻合,并证明了该并行算法的正确性和有效性.     

风电机叶片回波模拟及其多普勒特性分析

准确模拟风电机叶片回波并分析其多普勒特性,是风电场杂波识别的关键问题。由于现有的散射点叠加模型无法体现出叶片复杂异形曲面上感应电流的连续性,为此,依据电磁散射理论,提出了基于散射电场的叶片回波模拟方法。根据雷达回波与散射电场的数学关系,发现目标的后向散射电场的复振幅矢量可转化为目标的回波信号回波基带信号,由此采用矩量法与物理光学法的混合算法,对散射电场进行求解,并采用短时傅里叶变换获取回波的时频域数据,通过与实测数据的对比,验证所提方法的正确性。最后,采用控制变量的方法分析了不同参数对多普勒频率的影响规律,即多普勒频率与叶片尺寸、电磁波发射频率以及叶片转速呈正相关,与方位角呈负相关,从而实现了叶片回波的多普勒特性分析,为风电机的回波识别及后续的杂波滤除工作提供了理论基础。     

薄层等离子体增强微波接收特性实验及数值仿真

等离子体是一种多模式、宽频谱电磁介质,可以与不同波段电磁波相互作用,实现对电磁信号的调制。报告了薄层等离子体增强微波信号接收特性实验研究的初步结果,并进行了数值仿真分析。在实验中发现了薄层等离子体结构对微波电磁信号的接收增强效果;且这种技术不仅可以在较宽频带内提高天线接收到电磁辐射的强度,同时也保持了良好的微波信号质量。进一步建立了相应物理模型并对实验结果进行了数值仿真分析研究。基于局域表面等离子体激元理论,分析了微波接收信号增强的机理,并初步得到了微波频率、薄层厚度、碰撞频率等参数对微波接收增强特性的调制规律。     

一维带限Weierstrass分形粗糙地面电磁散射的FDTD研究

采用一维带限Weierstrass分形函数模拟了实际的粗糙地面,应用时域有限差分方法研究了一维分形粗糙地面电磁散射特性,计算了分形粗糙地面散射的双站散射系数,得出了散射系数随散射角和入射波频率变化的曲线,讨论了高度起伏均方根、分维数、土壤湿度、入射波频率、入射角等参数对散射系数的影响,得到了一维带限Weierstrass分形粗糙地面电磁散射的特性。数值计算结果表明各参数对散射系数均有显著影响,入射波不同极化方式下的散射系数也有明显的变化。     

移动通信高频电磁波对人体的作用

移动通信的便利,大大提高了人们的生活品质,但随之伴生的电磁环境改变对生态特别是人类的影响便受到极大关注。为了解移动通信高频电磁波对人体的作用效果,就有必要定量计算在一定强度和频率下电磁场在人体内的分布和吸收情况。本文建立了一种较为接近实际的人体内分布电磁场仿真计算模型,在此基础上,借助于时域有限差分法,对不同频率下的移动通信电磁波照射人体后的比吸收率进行了计算和分析。结果表明,不同的组织器官由于其电磁参数不同而对电磁波有不同的吸收。本文的工作可为有效研究高频电磁波对人体的影响提供依据。     

Alpha-stable分布粗糙土壤表面电磁散射研究

采用空间域合成法生成高度起伏遵守Alpha-stable分布的粗糙土壤表面,运用矩量法研究了锥形入射波入射时粗糙土壤表面的电磁散射特性.数值计算了散射系数随散射角的变化关系,分析了稳定性系数、归一化尺度参数、互相关长度、入射波频率、土壤湿度对散射系数的影响.结果表明,稳定性系数、归一化尺度参数、互相关长度、入射波频率、土壤湿度对散射系数均有较大的影响,遵守不同的规律.     

金属球电磁散射特性FDTD混合并行算法研究

研究金属球电磁散射特性与MPI OpenMP混合并行FDTD算法,可为金属目标和其他复杂介质目标的电磁散射特性及大数据计算提供一定的理论依据和方法借鉴。采用FDTD方法分析了自由空间中金属球的电磁特性,利用Fortran软件实现了金属球数据建模,得到了远场区电场分量和雷达散射截面的波形曲线,实现了MPI OpenMP混合并行FDTD计算。实验表明,计算结果与现有实验数据非常吻合,且该并行方法是正确的,具有良好的加速比和效率。     

基于圆柱形谐振腔的高气压微波等离子体发生装置的电磁特性

为了便捷、直观、定量地认识微波等离子体发生装置的电磁特性,在提出一种基于圆柱形谐振腔的新型高气压微波等离子体发生装置的基础上,利用电磁场数值计算软件HFSS对特定结构尺寸下的圆柱形谐振腔及其耦合装置进行了仿真分析,计算了TM010型振荡模式下的品质因数、谐振频率、反射损耗、端口阻抗、最大电场强度等特性参数,分析了阻抗匹配情况及电场分布特点,并对电场分布的仿真结果和约5p0(p0=101.325kPa)气压工作条件下的实验观测结果进行了比较。结果表明,提出的新型高气压微波等离子体发生装置的设计方案是可行的,能够以小于1kW的微波入射功率在高气压下在一定的微波频率范围内激发微波等离子体。     

分形地面与半埋矩形截面目标复合电磁散射FDTD研究

采用一维带限分形函数模拟实际的粗糙地面,应用时域有限差分法研究了一维分形地面与半埋矩形截面目标复合电磁散射特性,得出了复合散射系数随散射角变化的曲线,分析了分形地面粗糙度参数、土壤介电参数、目标几何参数等对复合散射系数的影响,得到了分形地面与半埋目标复合电磁散射的特性.数值计算结果表明复合散射系数受地面粗糙度参数影响明显,目标表面散射波对表面镜反射方向复合散射系数影响较大.     

标准目标电磁散射特性研究

研究标准目标的电磁散射特性,为目标电磁散射特性的研究提供理论依据。围绕标准目标电磁散射特性理论研究方法和雷达散射截面（RCS）的概念,讨论了常用定标体金属导体球的雷达散射截面的理论计算方法,用有限元法（FEM）计算了导体球的NRCS值和相位。计算结果与已给出金属导体球的NRCS值和相位值比较吻合,验证了该方法的可行性。     

海面SAR时域回波信号可视化仿真计算

利用计算机来模拟合成孔径雷达回波信号是雷达系统仿真中重要的一部分。借助雷达目标的高频电磁散射特性,运用图形电磁计算方法,开发了可快速、有效地获取合成孔径雷达回波信号的方法,可为合成孔径雷达成像提供原始的雷达回波数据。以起浪海面为目标实例,利用海浪频谱构建海面的几何模型,针对此海面模型,运用高频散射机理,实时可视化地计算其电磁波回波场强以及模拟出时域回波信号。利用条带式合成孔径雷达成像方法,通过该回波信号仿真出海浪面的合成孔径图像,验证了该方法有效性。     

过密等离子体包覆目标的散射特性分析

从波动方程出发,结合等离子体特性,分析了过密等离子体中电磁波的传播特性。在此基础上,运用阻抗边界条件给出了含过密等离子体层的Fresnel反射系数的计算公式,并与物理光学（PO）理论相结合,利用OPENGL机制,实现了过密等离子体包覆目标时雷达散射截面的可视化计算方法。该方法充分利用光照模型和z-buffer消隐技术,从而使计算过程可视、快速。最后,以导体平板和导体球为例计算了过密等离子体包覆目标的RCS,结果表明过密等离子体包覆下的目标仍具有RCS缩减。     

应用磁环抑制输电线路短波频段无源干扰

架空线路作为金属导体会对空间的无线电信号产生电磁散射,从而对邻近的无线电设施造成影响。为了降低架空输电线路对工作在短波频段无线电台站接收效果的影响,提出了在架空输电线上感应电流峰值位置加装磁环的方法,以抑制其对短波无线电台站的影响。该方法首先计算实际架空线路在无线电台站电磁波入射情况下的感应电流分布,然后在架空输电线上感应电流若干峰值位置加装磁环,从而实现抑制架空线路对邻近无线电台站无源干扰的影响。该方法的有效性在武汉特高压交流试验基地开展的无源干扰试验中进行了验证。研究结果表明:应用磁环降低电磁散射影响的效果与磁环的阻抗特性和安装位置相关,并且抑制效果随磁环数量增加呈现饱和现象;磁环的选择需考虑短波发射台或接收台的工作频率,尽量选择在工作频率点阻抗较大的磁环;磁环的安装位置要选择线路上感应电流最大值的位置。     

基于加速遗传算法的多层微波吸收材料的优化设计

针对多层雷达吸波材料(RAM)需要满足吸收频带宽和厚度薄的优化目标,用加速遗传算法(AGA)建立了对电磁波的吸收达到特定的反射损耗值要求下多薄层吸波材料的优化设计方法.根据材料参数数据库,给出了在任意给定的频率范围内以及任意入射角下如何确定各层材料的种类和厚度的优化方法.成功地给出了在0.8~2 GHz频段以及2~8 GHz频段5层微波吸收涂层的优化设计结果,并对优化结果进行了评价,讨论了宽频带、强吸收、多薄层吸波材料的吸波特性与各层材料电磁参数的关系.     

覆盖雪层的粗糙土壤表面电磁散射的FDTD研究

应用时域有限差分方法研究了各向同性均匀雪层覆盖的粗糙土壤表面电磁散射特性,计算了分层介质随机粗糙面散射的双站散射系数,得出了散射系数随散射角和入射波频率变化的曲线,讨论了散射系数随分层介质粗糙土壤表面高度均方根、相关长度、雪层厚度、雪层类型、土壤湿度、入射波频率等参数对散射系数的影响,得到了各向同性均匀雪层覆盖的粗糙土...