分层粗糙面与上方目标的复合电磁散射研究

针对粗糙面与目标复合电磁散射特性的应用前景,采用空间域合成法生成Alpha-Stable分布分层粗糙面,运用矩量法研究了锥形波入射时分层粗糙面与上方圆柱体的复合电磁散射特性,通过数值计算得到了复合散射系数随散射角的变化曲线,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、粗糙面间距、圆柱体横截面半径以及粗糙面下方介质介电常数对复合散射系数的影响.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、粗糙面间距对复合散射系数影响较大,而圆柱体横截面半径、粗糙面下方介质的介电常数对散射系数影响较小.     

支持向量机在雪地环境中的参数反演

针对传统雪地环境参数反演方法中模型复杂、未知参量多、网络拓扑结构难确定等问题,提出了一种基于最小二乘支持向量回归技术的雪地环境土壤湿度和雪层厚度的反演方法。首先根据雪地环境建立了分层粗糙介质微波散射模型,利用微扰法得出其后向散射系数;然后进行数据敏感性分析,选取雷达频率为1.27GHz(L波段)、双入射角(42°和53°),设计了两种反演方案,分别为单极化和双极化的方式作为微波信号样本信息,经过适当的训练,利用最小二乘支持向量机反演土壤湿度和雪层厚度。结果表明:用多入射角、双极化时,反演结果具有较高的精度;在加噪的情况下,用多入射角、双极化时,该方法的反演结果保持了较好的抗噪能力,为雪地环境中土壤湿度和雪层厚度的反演研究提供了一种可行的方法。     

机场场道道面结构层电磁特性反演的辨识方法

研究了基于系统辨识方法的机场场道道面介质层电磁特性的反演问题.在传统系统辨识法反演层状介质电磁特性的基础上,对电磁波在地下介质层中传输时传输模型的建立及回波时延的估计方法作了改进.新方法传输模型中考虑了发射带宽内各频率分量对介质层介电常数虚部的影响,同时引入超分辨率时延估计WRELAX算法估计回波信号的时延.实现了具有薄层的道面介质层电磁特性及其厚度的反演,并使道面下各介质层电磁特性的反演精度有所提高.     

旧混凝土路面共振破碎力学机理

采用有限元法建立旧混凝土路面的动力学模型,运用ANSYS进行模态分析和谐响应求解.基于混凝土破坏的莫尔-库仑准则判定使路面产生共振破坏的激振力的临界力幅.结果表明:考虑基层影响所得到的模型基频比单纯面层小;路面缺陷会使频率减小;在给定参数下,随着激振力的增大,在路面板中心处产生剪切破坏.     

波导传输线材料电磁参数测试及适应性研究

介绍了基于波导传输线的材料测试方法,推导了从实测的材料散射参数当中计算特性阻抗和传播常数的公式,针对波导传输线,推导了从特性阻抗和传播常数当中计算介电常数和磁导率的公式。用高频结构仿真软件计算的材料散射参数代替材料实测的散射参数,对材料多次反射效应与谐振问题进行系统研究,考察了材料介电常数与磁导率随材料厚度和测试频率的变化规律,给出了介电常数和磁导率与材料厚度和工作频率的三维曲线,明确了基于波导传输线的材料测试方法的厚度选择范围,可有效地避免因材料厚度选择不当,造成不必要的测试误差。最后给出了聚四氟乙烯和交联聚苯乙烯两种材料的实测结果,验证了方法的有效性。     

2～18GHz外场RCS测量系统的设计与实现

外场RCS测量是获取大型全尺寸目标电磁散射特性的重要手段。在介绍脉间频率步进雷达一维、二维成像原理的基础上,给出了一种宽带(2～18GHz)双通道雷达目标RCS测量系统的设计与实现。该系统可用于外场目标后向电磁散射特性测量和散射源高分辨力二维成像。介绍了系统的技术特点,讨论了影响外场RCS测量精度的几种主要误差来源并提出了解决办法,最后对系统性能进行了验证。     

微带线间远端串扰的电磁仿真研究

为研究降低远端串扰的方法,利用Ansoft HFSS软件对线间串扰进行电磁仿真研究.研究表明,通过添加防护线、覆盖介质层等措施可以降低远端串扰的影响.在一定频率范围内增加RSR结构中金属贴片的长度和数量,使金属贴片厚度接近微带线厚度等措施,会具有更好的效果;选择具有较高相对介电常数的覆盖介质层材料及增大介质层的厚度也可以降低远端串扰的影响.     

沥青混合料含水量集成检测系统设计与研究

为提高路面沥青混合料含水量测量装置精度,简化结构,提出一种1.5 GHz微带环结构的含水量传感器检测系统.因含水量不同,不饱和混合料介电常数变化,导致微带环有效介电常数发生改变,谐振频率偏移.通过谐振频率反演混合料介电常数,建立含水量与有效介电常数的线性关系求得沥青混合料含水量.研究工作包括算法分析、微带环结构设计仿真、系统软硬件集成设计.混合料样本(含水量0 ～ 30％)测试显示测量分辨率≤0.1％,误差≤1％,系统响应时间≤100 ns.这种新型传感器体积小、功耗低、精度高,适合路面测量.     

月球表面微波主被动遥感的建模模拟与反演

探测月球和其它外星球是我国空间遥感与深空探测的又一轮新课题。研究地球遥感中星载被动遥感辐射计、主动遥感高分辨率合成孔径雷达等如何应用于月球和其它外星球的探测是一项十分有意义的工作。了解月球表层的月壤与月岩的物质状态及其分布,对于月球资源的科学认识、以及未来月球探测、登月与月球开发,以及其它外星球探测均具有十分重要的意义。先讨论微波被动遥感月球表面辐射的模拟和由微波辐射反演月壤厚度。由月球表面数字高程和月壤厚度实测点数据建立月球表面高度与月壤厚度的一种对应关系,构造整个月球表面月壤厚度的试验性分布。根据克莱门汀的紫外可见光光学数据,计算整个月球表面月壤中FeO+TiO2含量分布,给出整个月球表面月壤介电常数分布。由月球表层温度的观测结果以及月壤的导热特性,给出月尘层与月壤层温度随纬度分布的经验公式。在这些条件基础上,建立月尘、月壤、月岩3层微波热辐射模型。由起伏逸散定理,模拟计算月壤低耗散介质层多通道辐射亮度温度。以此辐射亮度温度模拟加随机噪声为理论观测值,按3层模型提出月壤层厚度反演方法。由于高频通道穿透深度小,由高频通道的辐射亮度温度按照两层尘-月壤微波热辐射模型反演月尘层与月壤层的物理温度。并以此为已知参数,由穿透深度较大的低频通道的辐射亮度温度反演月壤层厚度,对于反演的相对误差也进行了讨论。在研究微波主动遥感方面,提出低空飞行全极化L波段雷达窄脉冲探测月壤层厚与层结构的建议。此时采用一层具有上下随机粗糙界面的有耗 介质层月壤层模型,在下垫月岩粗糙界面上有一层随机分布的碎石散射体。推导了包含面散射、体散射,以及面体相互作用7种散射机制的全极化脉冲波Mueller矩阵解。以月壤特征参数(月壤层厚、FeO+TiO2金属含量、介电常数,界面粗糙度、碎石分布等)为函数,用时域Mueller矩阵解数值模拟来验证方法可行性。L波段窄脉冲极化回波波形能用于反演或估算月壤厚度与分层结构。     

基于超材料的宽带高吸收率吸波器研究

设计了一种加载集总电阻的宽带高吸收率超材料吸波器,并且对其进行仿真和实物测试。仿真结果显示,该超材料吸波器在8.4~13.6 GHz的频率范围内吸收率超过90%,相对吸收带宽为47.3%;在10.3~13.1 GHz频率范围内有超过99.9%的吸收率,相对吸收带宽为23.9%。在工作频段内,该吸波器对于宽入射角的入射波依旧能保持较高的吸收率,最后利用吸波器表面电流和电场分布对吸收机理进行了分析。所设计的宽带高吸收电磁超材料吸波器在X波段雷达、电磁隐身等方面有着巨大的潜在应用。     

基于分形理论的三维路面谱重构及在多体动力学软件中的应用

合理的道路纹理特征可以更好地反映路面抗滑性能和轮胎/路面接触特性。基于分 形理论提出了一种三维路面谱重构方法。依据国标给出二维随机路面谱的时域表达,利用计盒 维数法计算各级路面分形维数,综合应用随机中点位移法和分形布朗运动原理将传统二维路谱 拓展为三维路面谱。以典型的减速带为例,将特殊激励同构到含有细节形貌的平整路面谱中。 在 TruckSim 软件中通过编译实现三维路面谱在车辆多体动力学软件中的应用。通过对比二维路 谱和三维路谱下车辆动力学响应发现：垂向力和纵向力差异不大,有较好地一致性,但侧向力 相差比较大,表明所建立的三维路面谱有较好精度的同时反映了路面的三维纹理特性,为车辆 曲线通过性能和车辆侧翻控制研究提供了基础。     

多层雷达吸波材料涂层反射系数的研究

不同极化下反射系数的计算是雷达散射截面(RCS)预估中的主要问题之一,对于涂敷雷达吸波材料(RAM)涂层的目标,进行预估首先要建立反射系数与众多相关参数之间的关系式.从麦克斯韦方程和边界条件出发,导出了电磁波频率、入射角度及多层RAM涂层各层电磁参数与反射系数之间的关系式;实现了对任意层数RAM涂层反射系数的计算.最后,以两层和三层RAM涂层为例,通过仿真实验分析了电磁波的入射角、极化状态等对反射系数的影响.     

不同介电常数模型的平静海表面亮温仿真差异性分析

利用介电常数模型仿真平静海表面亮温是海洋盐度遥感反演的基础工作之一。利用Matlab软件对K-S模型、M-W模型和Bl模型3种介电常数模型进行了仿真。首先分析了3种介电常数的实部和虚部值随电磁波入射角变化的差异性,然后通过介电常数模型获得的3种平静海表面亮温,分析了在盐度为30~40 psu以及不同入射角的情况下,3种介电常数模型得到的平静海表面亮温和盐度变化率的关系。研究结果表明,在L频段(1.4~1.427 GHz),3种模型的差异主要体现在实部,K-S模型介电常数实部值相对于其他2个模型更高,电磁波衰减程度基本一致;在入射角为55°时,亮温与盐度的变化率差异最明显,3种模型的垂直极化亮温的变化率比水平极化亮温高30%左右。     

高阻抗表面的反射特性研究

利用高阻抗表面作偶极子天线反射基板,分析高阻抗表面的反射特性。与普通金属板使反射波与入射波相位相差180o比较,高阻抗表面能实现一定频带内的同相位反射。根据这一原理,设计低剖面偶极子天线,使天线的工作频率处于电磁带隙的谐振频率上,从而使高阻抗表面反射后的电磁波与天线的辐射波同相叠加,提高天线的辐射效率。利用HFSS仿真TE极化和TM极化下高阻抗表面反射相位随入射角的变化,结果表明：高阻抗表面在两种极化方式下呈现的相位反射不同。     

A double‐metallic‐layered Huygens’ surface for broadband and highly efficient beam refractions

In this article, a double‐metallic‐layered Huygens’ surface Huygens’ surface that efficiently refracts normally incident electromagnetic waves at the telecommunication frequency of 25 GHz is reported. The phase gradient along the interface is controlled by a series of isotropic, nonresonant, spatial phase shifters with dimensions of 0.5λ₀ × 0.5λ₀, where λ₀ is the free‐space wavelength at 25 GHz. The electric and magnetic responses of the unit cells are controlled by metallic patterns etched on both sides of an ultrathin dielectric substrate (with thickness of 0.07λ₀). These surface microstructures are shown to be able to fabricate high‐efficiency refract‐arrays, ultrathin, wideband focusing lenses. The full‐wave simulations demonstrate their excellent performances in manipulating electromagnetic wavefronts. The measured results for the fabricated refract‐array further show that it can refract normally incident waves to the predefined angle, and the peak value of the transmission efficiency approaches 76%. © 2016 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE 26:449–455, 2016.     

Incident Wave Source for Finite-Difference Time-Domain Computation of Electromagnetic Scattering for Objects Embedded in Layered Dispersive Media

An incident wave source for finite-difference time-domain (FDTD) computation of electromagnetic scattering involving layered dispersive media is described. The method is based on the decomposition of an arbitrary incident wave into its frequency components and computing the corresponding steady-state fields in the FDTD lattice analytically. The wave source can in principle generate an incident wave obeying the dispersion relations and reflection and transmission relations of the FDTD lattice exactly. Numerical results show that, in practical computation, the accuracy of the generated incident wave is limited by FFT aliasing error occurring during waveform synthesis.     

基于多次散射目标模型的雷达成像研究

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）作为一种主动微波传感器,被广泛应用于遥感对地观测。然而,传统上的雷达散射模型是基于几何光学近似的,忽略了地物目标之间的相互作用,即多次散射效应。为了充分挖掘和利用毫米波雷达影像中目标电磁散射特性信息,亟需对典型目标的多次散射效应进行建模仿真和验证。基于矩量法（Method of Moments, MoM）分析了球体、二面角等目标表面等效电流分布与分段成像结果的对应关系,并利用后向投影（Back-Projection, BP）算法进行电磁仿真成像,总结了单/双基地雷达模式对成像中散射机制的影响。结果表明：目标表面等效电流分布以及分段等效合成孔径张角会随入射角度发生改变,其中分段等效合成孔径张角会影响方位向分辨率;双基地雷达成像结果中包含更丰富的电磁散射信息。本研究可为SAR系统设计和验证、典型目标回波特性数据收集以及如何基于高解析度SAR影像进行目标识别等研究提供借鉴与参考。     

A free space frequency‐time‐domain technique for electromagnetic characterization of materials using reflection‐based measurement

In this report, a free space frequency‐time‐domain technique is presented for characterizing the electrical properties and thickness of the sample using multiple reflections and fabry‐perot resonance phenomenon. The retrieval of constitutive electromagnetic parameters of the sample has been carried out by comparing the measured reflection coefficient data from the sample at two different incident angles. The relative permittivity as well as relative permeability along with the thickness of different samples viz., beryllia, silicon, and plexiglass have been evaluated with high accuracy in the frequency range 1 to 15 GHz. The method is also experimentally validated by successfully reconstructing the unknown material properties of two different samples. The unique advantage of this method lies in non‐requirement of any prior knowledge of the sample's thickness for measuring the complex relative dielectric constant as well as relative permeability of the sample. To determine the electromagnetic properties of the sample, the sole knowledge of reflection coefficient data are needed. Moreover, the method does not involve any additional measurement for the reference calibration. The simple, cost‐effective proposed scheme is quite useful in many applications like accurate determination of signal strength in indoor wireless communication, through wall imaging, food industry, and so on.