Padé近似在光子晶体模拟中的应用

为了节省时域有限差分(FDTD)法的计算时间,提出了许多将FDTD的时域结果转换到频域的方法.文中介绍了一种基于Baker算法的Pade近似,并展示了其在光子晶体模拟中的应用.对频率为160THz,品质因子为5000的简单谐振子,结果显示Padé近似用28时间步数据得到的强度谱比快速傅里叶变换用220时间步数据得到的强度谱更精确.采用这一Padé近似,光子晶体平板结构中不同波矢对应的模式频率和品质因子及其能带结构可以在很短的FDTD输出结果下得出.另外,Padé近似也用于计算光子晶体微腔的模式频率和品质因子.     

Padé近似在光子晶体模拟中的应用

为了节省时域有限差分(FDTD)法的计算时间,提出了许多将FDTD的时域结果转换到频域的方法.文中介绍了一种基于Baker算法的Pade近似,并展示了其在光子晶体模拟中的应用.对频率为160THz,品质因子为5000的简单谐振子,结果显示Padé近似用28时间步数据得到的强度谱比快速傅里叶变换用220时间步数据得到的强度谱更精确.采用这一Padé近似,光子晶体平板结构中不同波矢对应的模式频率和品质因子及其能带结构可以在很短的FDTD输出结果下得出.另外,Padé近似也用于计算光子晶体微腔的模式频率和品质因子.     

山基GPS掩星观测数据在电波到达角计算中的应用

在福建省太姥山和浙江鹤顶山开展了GPS掩星观测实验并成功获取山基掩星观测数据, 对掩星事件进行了分析和统计; 阐述了利用山基掩星观测数据计算大气折射指数和电波弯曲角的原理和算法, 基于山基反演数据与欧洲中期天气预报中心(European centre for medium-range weather forecasts, ECMWF)数据构建电波传播的直接折射模型和一次反射模型来计算任意两点之间的电波到达角.结果表明:山基反演数据计算的大气折射率剖面反演准确度在95%以上, 在1 km下的近距离计算中基于山基反演数据的直接折射模型优于一次反射模型, 山基反演数据的电波到达角模型优于ECMWF数据模型, 文中创建的两种电波到达角计算模型对模拟两点之间的电波传播路径和真实电波信号的调整接收具有重要指导意义.     

基于移位算子法双负介质散射的FDTD分析

双负介质的介电系数和磁导系数均为频率的函数,使本构关系在时域成为卷积关系,这就给应用时域有限差分(FDTD)方法计算双负介质中波的散射和传播带来困难.文中以相对磁导系数为例,引入Padé近似和离散时域移位算子,推导了处理双负介质本构关系的移位算子法.移位算子法数值仿真双负介质负折射效应的结果与文献辅助差分方程法的结果吻合,证明了算法的有效性.最后,用移位算子法计算了金属柱覆盖不同参数双负介质时的后向散射,探讨双负介质在隐身方面的应用前景.     

障碍物环境下电波传播的分区计算方法

为研究存在障碍物环境下的电波传播问题，提出利用区域分解原理求解抛物线方程(parabolic equation, PE)的方法. 该方法首先建立电波传播的PE数学模型，对障碍物所在区域进行区域分解，对不同区域的场值进行分区计算，即分别使用离散混合傅里叶变换(discrete mixed Fourier transform, DMFT)算法与有限差分(finite difference, FD)算法进行计算，并引入追赶算法提高计算效率，从而实现该情况下空间中整体场值的快速计算。最后，引入矩量法(method of moment, MoM)用于对新算法的精度验证，仿真结果表明两种方法具有较好的一致性. 新算法具有适用性强、计算速度快的特点，为求解存在介质障碍物环境下的电波传播问题提供了一种新颖的可靠的途径.     

大气折射对雷达低仰角跟踪误差的影响分析

该文基于雷达测角原理和确定性电波传播模型,采用等效地球半径法考虑大气折射效应,建立仰角误差预测方法;计算不同大气折射环境下的仰角误差。研究结果证明:大气折射与多路径的综合效应中,折射环境的变化会对仰角误差造成很大影响,表明大气折射是低仰角跟踪时需要考虑的重要因素。     

大气折射引起的中近程雷达测角测距误差分析

本文回顾了大气折射引起的电波传播射线弯曲特性,通过采用我国大气折射率的统计模型和高精度的电波折射误差修正方法—射线描迹法,进行目标定位误差分析,针对中近程雷达的应用背景,计算了一些可为高精度中近程雷达的俯仰测角修正提供参考的数据。     

用电波折射修正方法提高GPS导航定位的精度

目前,GPS全球定位系统在军民各方面的用途越来越广泛,但是,由于空中大气介质的不均匀性使得电波传播速度减慢,射线产生弯曲,从而产生折射误差.因此要提高GPS导航定位的精度,就必须进行电波折射修正.提出了利用地面大气参数的电波折射误差快速算法,并进行了精度检验.     

部分森林覆盖山区电波传播特性预测的快速算法

为提高部分森林覆盖山区电波传播特性预测的时效性,提出了一种基于宽角抛物方程(PE)的快速预测算法。采用PE通过分步傅里叶变换(SSFT)求解;在SSFT步进迭代过程中,根据传播路径上森林的等效介电常数、地形的起伏情况,动态选择PE的水平步长。通过对部分森林覆盖的不规则地形条件下的电波传播特性进行仿真,探讨了该方法的可行性和有效性。结果表明：相比于均匀大步长算法,该方法更准确;而相比于均匀小步长算法,该方法能够保证抛物方程的计算精确度,同时极大地提高计算效率。     

电磁场时域数值算法的新进展

电磁场时域计算方法由于一次计算可以获得目标的时域响应,结合傅里叶变换得到宽带信息等的优势越来越受到关注.本文介绍了近年来时域有限差分（finite-difference time-domain,FDTD）法和时域有限元（finite element time-domain,FETD）无条件稳定算法方面的研究进展以及FETD算法的更新方案——时域非连续伽辽金（discontinuous Galerkin time-domain,DGTD）方法的新进展.     

宽角抛物方程在阻抗边界条件下的应用

对抛物方程中的伪差分算子进行Feit-Fleck宽角近似处理,分析了这种近似所带来的误差;详细阐述了阻抗边界条件下求解这种宽角抛物方程的分步傅立叶变换方法,并以此计算了海平面上电波传播情况,与窄角抛物方程及几何光学双射线模型的计算结果进行比较,说明了这种宽角抛物方程在阻抗边界条件下计算较大仰角电波传播问题是可行的.     

空对地雷达精确定位的电波折射误差修正方法

要利用空中飞行器上武器来攻击地面目标,首先必须对地面目标进行精确定位,然后才能实施精确打击.大气介质的不均匀性使得雷达测量定位产生折射误差,从而影响雷达的定位精度.因此对高精度的雷达系统,必须进行电波折射误差修正.这里采用空中雷达处的大气折射率来预测空中雷达电波传播的大气剖面,再经过电波射线描迹方法推出了一种实用于空中雷达对地面目标精确定位的电波折射误差修正方法.仿真计算表明:俯视雷达与同一传播路径上地基雷达的计算结果很吻合.随着俯视角度的增大,电波折射引起的误差逐渐减小,反之,俯视角度愈小,电波折射误差愈大.当雷达在10 km高度时,5°以下俯角的电波折射误差达10 m以上.     

对流层电波折射误差修正经验模型研究

大气的折射效应引起电波传播延迟和路径弯曲.目前常见的电波折射经验模型只考虑了时延误差,而对于低仰角(5°以下)目标,弯曲误差的影响是不能忽略的,为进一步提高对目标的定位精度,以某沿海地区为例,利用1986～1995年的历史气象探空数据建立了适合不同仰角的电波折射修正经验模型,并拟合得到了模型中的参数.统计分析表明,经验模型与射线描迹法计算的折射误差具有很好的一致性.     

基于NUFFT的机载探地雷达后向投影成像算法

由于后向投影算法可以精确补偿电磁波在介质表面发生的折射效应,因此它在机载探地雷达成像技术领域具有较强的工程实用价值。但传统后向投影成像算法存在计算量大难以实时实现的问题,针对上述问题,文中提出一种基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)技术的机载探地雷达快速后向投影成像算法。通过对基于时域有限差分法产生的仿真数据进行处理,验证了所提成像算法的有效性和快速运算能力。     

几种抛物方程形式的相位误差分析

近轴近似是引起抛物方程（parabolic equation, PE）自身固有相位误差的根本原因. 为选取适合目标场景中的最优PE形式,基于色散分析方法,推导了现有六种PE形式的色散关系,评估出折射率和传播仰角对各PE形式相位误差的影响,进而分析出对流层电波传播、水下声波传播、森林电波传播三种典型场景中各PE形式的精度. 研究发现,对于对流层电波传播场景,Lin-Duda型PE精度最高,Feit-Fleck型PE和Tappert型PE的精度几乎完全相同,紧随其后的是Padé型PE;对于水下声波传播场景,Padé型PE和Lin-Duda型PE最为准确;对于森林电波传播场景,Lin-Duda型PE的精度依旧是最高的. 进一步地,通过固定相位误差限给出了不同PE形式的适用仰角范围.     

湍流退化图像相位恢复算法研究

为克服气动光学效应对目标图像的影响．把相位恢复算法与气动光学效应机理研究结合起来,用于湍流退化图像的恢复。该算法是通过目标图像的傅里叶变换幅值来恢复目标图像,或等价地,恢复傅里叶变换相位。讨论了两类相位复原算法——迭代傅里叶变换（研）和解相关算法。对现有的解相关算法作了改进。采用共轭梯度法解高斯一牛顿方程,可有效提高算法的收敛速度。研算法不能保证迭代过程总能收敛到正确解,有时会出现停滞现象。将研和解相关算法组合起来,可以克服IFT算法的停滞现象,提高正确收敛率。给出了在信噪比为20dB情况下的湍流退化仿真图像恢复的实例,目标图像能较清晰地恢复出来。实验结果表明该算法具有较好的稳定性和抗噪声能力。     

基于差分变换的语音信号压缩感知

信号在某种变换下可以稀疏表示是压缩感知研究的先验条件,正交傅里叶变换则是应用非常广泛的一种稀疏变换。但是,由于语音信号是准周期信号,对其进行傅里叶变换会造成频谱泄漏,因而引起信号重构性能的降低。本文基于语音信号准周期性的特点,提出了一种基于差分变换的语音稀疏化变换矩阵,在此基础上采用OMP优化算法来重构语音信号。实验表明,与采用正交傅里叶变换方法对语音信号进行稀疏化变换、OMP算法对语音信号进行重构的方法相比,差分变换方法的性能明显优于正交傅里叶变换的方法,即在相同重构性能时,差分变换的压缩比小于正交傅里叶变换,因而差分变换的方法大大提高了信号的压缩性能。PESQ对重构语音质量评测的结果表明差分变换方法重构的语音信号MOS得分较高,这也说明对于语音信号这一特殊信号,差分变换法具有很大的优越性。      

一种新的gyrator变换的快速算法

为了研究gyrator变换在光学信息处理中的应用,提出了一种采用两次快速傅里叶变换实现快速计算gyrator变换的新算法.在量纲归一化条件下,研究了gyrator变换离散化过程,获得了空域、傅里叶变换域和gyrator变换域的采样间隔,形成了一种能避免尺度变换的算法.采用该算法进行了数值模拟实验,实验结果与相关文献中报道的计算结果一致.结果表明,该算法可以应用于gyrator变换的研究中.     

太赫兹波大气衰减的抛物方程模型

抛物方程是一种模拟电波传播特性的高效模型,但目前抛物方程模型在模拟电波传播时,主要考虑大气的折射效应而忽略了其吸收作用,然而太赫兹波的大气衰减较为严重。通过引入大气分子吸收的复折射率,实现了应用抛物方程模型计算太赫兹波的大气衰减。该模型考虑了大气压强、温度和水汽密度等气象参数随高度变化对大气衰减的影响,且能够针对不同地区和季节的气象条件对大气衰减进行计算,与真实环境更加符合。最后利用该模型仿真分析了0.14 THz波的传播特性,给出了传播损耗随距离和高度的变化,并与忽略大气衰减的结果进行了对比,结果表明抛物方程模型能同时体现太赫兹的大气吸收效应和多径传播效应。     

基于蒸发波导传播的雷达定位误差研究

大气参数满足一定条件(修正折射率梯度小于0)时会形成大气波导,利用大气波导可实现雷达的超视距探测。由于近海面易形成蒸发波导,利用蒸发波导实现雷达的超视距探测已成为目前舰船雷达最实用的方法之一。雷达电波射线在不均匀大气中传播时会产生折射误差,为提高舰船雷达的定位精度,必须研究雷达在蒸发波导中超视距探测时的大气折射误差。根据电波传播理论,利用电波射线描迹技术,建立了舰船雷达在蒸发波导中实现超视距探测时的大气折射误差模型。仿真实验表明,蒸发波导条件下雷达超视距探测目标时的大气折射误差较大,且计算时不能采用常规的折射误差计算方法。