分布式星载干涉SAR中空间基线的分析和设计

分布式星载干涉SAR可以同时实现三维地形成像、洋流成像和提高空间分辨率等3种SAR于涉成像。其系统基线设计需要同时考虑这3种SAR干涉成像对基线的不同要求,所以比较复杂。该文在给出分布式小卫星被动稳定编队飞行的空间构形和3种SAR干涉成像对系统基线要求的基础上,提出了分布式星载干涉SAR基线设计中存在着3个制约关系;给出了协调这3个制约关系的一种设计准则,并在此准则下对一个L波段的分布式星载干涉SAR进行了系统基线设计。     

分布式小卫星合成孔径雷达的空间编队构形研究

合理的空间编队构形是实现分布式小卫星SAR系统功能的基础.着重讨论分布式小卫星合成孔径雷达(SAR)空间编队构形的设计问题.分析了实现三维地形成像、提高空间分辨率和动目标检测三种系统功能时,空间编队构形设计所需解决的问题,提出了进行分布式小卫星SAR空间编队构形设计的三个最优化准则,给出了空间编队构形的评估方法,并对现有的几种分布式小卫星SAR的空间编队构形进行分析.最后根据分布式小卫星SAR的空间编队构形,通过与单颗星载SAR回波信号相比较,分析了分布式小卫星SAR回波信号的特点,为其数据处理提供参考.     

分布式卫星SAR沿航迹干涉编队构型优化

沿航迹干涉(ATI)SAR可用来测量地面运动目标的径向速度,分布式卫星系统能改善ATI测速精度并增加系统可检测速度范围。合理地设计小卫星间的空间编队构型是保证分布式卫星系统性能的关键。该文给出一种综合评价分布式卫星SAR系统测速精度的模型,该模型可用来对满足绕飞轨道的分布式卫星群的构型进行优化设计。采用随机搜索算法进行了仿真试验,试验结果验证了本文方法的有效性。     

分布式小卫星SAR轨道设计及其模糊函数分析

基于卫星轨道根数推导了分布式SAR卫星的轨道要素计算公式。建立了分布式SAR卫星的成像空间几何模型,分析了分布式小卫星SAR的模糊函数。针对具体的编队卫星进行了轨道参数设计,给出了轨道设计的结果。在此基础上仿真了不同编队构形、不同卫星数目情况下系统的空间模糊函数,研究了小卫星编队构形、数目和模糊函数的关系,为后续的成像算法研究奠定了一定的理论基础。     

编队小卫星干涉合成孔径雷达基线设计研究

该文提出了一种编队小卫星干涉合成孔径雷达(INSAR)基线的设计方法,该方法基于编队小卫星空间几何模型和实际地理模型,分析了干涉回波信号特性,给出临界基线和最优基线的选择方法,分析了等效视数、信噪比和地形坡度对基线选择的影响。并基于C波段编队小卫星进行了仿真设计,给出了在一个轨道周期内,干涉基线的变化情况和测高精度变化的仿真结果。仿真结果验证了该文的基线设计方法的有效性。     

分布式InSAR测高的基线测量精度指标分析

基线是分布式星载干涉SAR中的重要参数。从分布式InSAR测高的基本原理出发，推导了基线对InSAR测高影响的误差传递公式；然后结合基线的测量原理，提出了合理的基线测量精度指标；进而给出了由测高精度指标反演基线测量的精度指标的方法；仿真结果验证了其精度指标反演方法的正确性。     

基于高程测量误差的分布式卫星SAR编队构形设计

卫星编队构形是影响分布式卫星SAR系统性能的重要因素之一。该文主要研究满足绕飞轨道条件下的分布式卫星SAR编队构形设计问题,提出了基于高程测量误差最小的分布式卫星SAR编队构形设计方法。文中给出了分布式卫星SAR多组高程测量数据融合后的像素单元高程测量误差表示,并提出了给定观测区域的高程测量误差表达式。在此基础上,以观测区域的高程测量误差为优化目标,采用遗传算法对分布式卫星初始编队构形进行优化设计。仿真试验验证表明,通过该方法得到的初始卫星编队构形能够较好的降低给定观测区域内的分布式卫星SAR高程测量误差。     

三星编队干涉SAR测高的星间相位同步链路设计

对于三星编队干涉合成孔径雷达(SAR)地形测高,文中利用精确的Hill方程对卫星相对轨道和星间基线进行定量分析。首先,根据沿航向基线和垂直航向基线的约束确定三星编队,并同时干涉测高的工作区间;然后,根据喇叭波束宽度和三星的相对位置关系,正确切换相位同步喇叭,建立主星和两颗副星间相位同步链路,以获取两颗副星SAR成像所需的相位同步信息。其结论可为多星编队干涉SAR系统设计提供有益参考。     

分布式星载SAR原始数据的模拟

在分析单星载SAR完整信号模型的基础上,建立了一种基于地球椭球模型和卫星椭圆轨道模型的单发多收分布式星载SAR回波数据的仿真模型.根据卫星在各自椭圆轨道的运行情况和地球自转的影响,对分布式星载SAR的回波信号作了较为精确的模拟,并给出了详细的模拟步骤.最后以点目标的成像结果证实了该模拟方法的可行性和模拟结果的可靠性.     

分布式卫星ATI-SAR性能分析与基线估计

在应用分布式卫星沿航迹干涉SAR(ATI-SAR)进行对地运动目标检测(GMTI)时,基线测量精度对系统测速性能有着重要影响。针对此问题,该文分析了分布式卫星群的实际轨道情况,推导了考虑基线空间构型随时间不断变化时的基线测量误差与系统的地面运动目标测速误差间的关系,提出了一种可对基线进行高精度估计从而提高测速性能的方法。计算机仿真实验证实了文中所提出方法的有效性与准确性。     

用于电磁波多尺度问题求解的高效FDTD-PITD混合算法北大核心CSCD

针对电磁波多尺度问题的高效仿真需求,提出了基于亚网格技术的时域有限差分(FDTD)方法与时域精细积分(PITD)方法的混合数值算法。该混合算法的基本思想是采用局部亚网格技术分别对精细结构区域以及其他区域进行剖分,并应用FDTD方法和PITD方法分别对粗网格区域与细网格区域进行求解,同时构建信息交互策略交换细网格区域与粗网格区域的计算信息。一方面该方法减少了电磁波多尺度问题的网格剖分数目,显著降低了内存需求;另一方面由于应用于细网格区域的PITD方法不受Courant-Friedrich-Levy(CFL)数值稳定性条件的限制,该混合方法能够采用较大的时间步长进行仿真,减少了迭代步数以及CPU执行时间。数值计算结果验证了混合算法的稳定性、可行性以及高效性。     

A three-dimensional fourth-order finite-difference time-domainscheme using a symplectic integrator propagator

A new explicit fourth-order finite-difference time-domain (FDTD) scheme for three-dimensional electromagnetic field simulation is proposed in this paper. A symplectic integrator propagator, which is also known as a decomposition of the exponential operator or a general propagation technique, is directly applied to Maxwell's equations in the scheme. The scheme is nondissipative and saves memory. The Courant stability limit of the scheme is 30% larger than that of the standard FDTD method. The perfectly matched layer absorbing boundary condition is applicable to the scheme. A specific eigenmode of a waveguide is successfully excited in the scheme. Stable and accurate performance is demonstrated by numerical examples     

一种高阶辛时域有限差分法的研究

从电磁场方程的Hamilton函数出发,提出了一种基于辛时域积分技术的高阶时域有限差分方法.该方法对时域的离散采用了能够保证系统的相空间体积不变和总能量不变的辛格式,对于空间的离散采用中心差分格式.计算结果表明与传统的时域高阶差分方法--Runge-Kutta法比较,该方法计算速度和计算精度都有较大的提高.     

二维无条件稳定时域有限差分方法

基于半隐式的Crank-Nicolson差分格式给出了一种无条件稳定时城有限差分方法。和传统FDTD法中采用的显式差分格式不同，对Maxwell方程组采用半隐式差分格式，在时间和空间上仍然是二阶精确的。但时间步长不再受稳定性条件的限制，只需考虑数值色散误差对其取值的制约。利用分裂场完全匹配层吸收边界截断计算空间，为保证PML空间的无条件稳定性，其方程也采用半隐式差分格式。数值结果表明相同条件下US-FDTD方法与传统FDTD方法的计算精度是相同的，而且在增大时间步长时US-FDTD方法是稳定的和收敛的。可以预见US-FDTD方法在模拟具有电小结构问题时具有实际意义。     

薛定谔方程中包络孤子运动及相互作用的辛算法模拟

给出并证明了薛定谔方程中高斯包络孤子的表达式.针对该高斯包络孤子进一步提出了薛定谔方程中存在高斯包络孤子相互作用的情况;针对薛定谔方程提出其辛算法.通过分离波函数实部和虚部把薛定谔方程变换成标准的哈密顿正则方程组,对正则方程进行欧拉中心差分离散实现辛算法.给出了辛算法的守恒量,并证明了其稳定性.对薛定谔方程中的高斯包络孤子运动及多孤子相互作用过程进行了数值仿真,实验结果证明了所提观点的正确性及辛算法的有效性.     

基于高阶辛算法的纳米器件本征问题仿真

研究精确和高效的数值方法是现代纳米器件建模和优化的重要目标之一,而分析大部分纳米器件特性的切入点是确定器件结构的能量本征值和能量本征态。本文提出了一种新的算法—高阶辛时域有限差分法(SFDTD(3,4): symplectic finite-difference time-domain)求解含时薛定谔方程。在时间上采用三阶辛积分格式离散,空间上采用四阶精度的同位差分格式离散,建立了求解含时薛定谔方程的高阶辛时域有限差分算法。将高阶辛算法SFDTD(3,4)用于一维量子阱中盒中粒子和谐振子的仿真中,实验结果表明SFDTD(3,4)法比传统的时域有限差分算法以及高阶时域有限差分算法更加准确,适用于对纳米器件本征问题的长时间仿真。     

Novel FDTD simulation method using multiple-analysis-space for electromagnetic far field

Wide-band undesired electromagnetic noise near electronic systems, which includes small noise source like the printed circuit board (PCB), is a current problem in the field of electromagnetic interference. However, the estimation method for the electromagnetic noise near a system under test has not been established. This paper proposes a newly developed estimation method of the electromagnetic noise for a wide area, from near to far field, using the finite difference time-domain (FDTD) method. The proposed FDTD simulation method is an estimation technique for near to far field with multiple analysis spaces (MAS). The MAS has an internal analysis space (IAS) and an external analysis space (EAS). The analysis near a radiation source can be calculated in the IAS. The EAS is the outside space from IAS, which is for calculation of the far field. It is expected that the proposed FDTD method by MAS (FDTD-MAS) decrease in the calculation cost in terms of computational time and memory costs, especially for estimation of radiation from PCB. The principle procedure of the FDTD-MAS method is described in the first part of this paper. As example of advantages of the calculation and confirmation of the calculation accuracy, the electric field distributions radiated from a 1-GHz half-wavelength dipole antenna in an IAS of 0.3/spl times/0.3 m/sup 2/ area and an EAS of 7/spl times/7 m/sup 2/ area are used as examples. When the cell size ratio of IAS to EAS is changed from 6 to 20, the FDTD and theoretical values show good agreement. It is indicated that the FDTD-MAS simulation method is one of the most powerful tools for the estimation of electromagnetic noise from near field to far field from small and thin source.     

辛时域多分辨率算法在波导结构仿真中的应用

文中基于Daubechies紧支撑尺度函数的辛时域多分辨率(symplectic multiresolution time-domain,S-MRTD)算法,在时间方向上采用优化的3级3阶的辛算子进行离散,以减少时间步的迭代次数,在空间方向上采用小波尺度函数展开算法进行离散.给出了S-MRTD算法的三维迭代公式,并将其...     

Z 变换法改进PML-FDTD 吸收边界条件

时域有限差分（FDTD）方法是计算时域电磁散射和辐射的一种简单有效的方法,被广泛应用于求解电磁场问题中,但由于计算机容量的限制,FDTD 计算只能在有限区域进行,为了能模拟开域电磁过程,在计算区域的截断边界处必须给出吸收边界条件,完全匹配层(PML)是一种行之有效的吸收边界条件。在PML 中应用Z 变换,和传统的引入PML 的方法相比,得到的迭代公式的程序更方便、更简单;考虑到要模拟的FDTD 计算区域的虚拟物质属性,采用了特殊的处理方法;数值实验验证了这种方法的有效性和吸收边界的吸收效果。     

辛算法的稳定性及数值色散性分析

引入一种新的数值计算方法 —辛算法求解Maxwell方程,即在时间上用不同阶数的辛差分格式离散,空间分别采用二阶及四阶精度的差分格式离散,建立了求解二维Maxwell方程的各阶辛算法,探讨了各阶辛算法的稳定性及数值色散性.通过理论上的分析及数值计算表明,在空间采用相同的二阶精度的中心差分离散格式时,一阶、二阶辛算法(T1S2、T2S2) 的稳定性及数值色散性与时域有限差分(FDTD)法一致,高阶辛算法的稳定性与FDTD法相当;四阶辛算法结合四阶精度的空间差分格式(T4S4) 较FDTD法具有更为优越的数值色散性.对二维TMz波的数值计算结果表明,高阶辛算法较FDTD法有着更大的计算优势.