ZPW-2000A轨道电路断轨态分析

轨道电路断轨态接受端电压阈值的界定是影响断轨检测系统可行性及可靠性的关键因素。针对ZPW-2000A轨道电路的断轨态进行仿真分析,在轨道电路断轨态数学模型的建立中考虑了电气绝缘节的等效阻抗以及补偿电容等单元对轨道电路传输特性的影响,利用分布参数模型法推导得出其传输矩阵参数。并在不同的道床电阻和断轨点条件下,利用Matlab软件仿真分析了ZPW-2000A轨道电路断轨态接受端轨面电压的变化。结果表明道床电阻和断轨点位置是影响轨道电路接受端轨面电压的两个重要因素,随着道床电阻和断轨点的变化,断轨态接受端电压始终存在着一个极大值。该仿真模型的建立及其分析方法为ZPW-2000A轨道电路断轨检测的阈值确定提供了一定的依据。     

基于同伦分析法的轨道电路暂态仿真分析北大核心CSCD

为了进行轨道电路暂态分析,采用同伦分析法对轨道电路传输线方程求解。将Caputo分数阶导数作为线性算子,建立轨道电路传输线方程的高阶形变方程,求解得轨道电路传输线方程三阶近似解。根据不同的道床电阻确定其收敛区域,对轨道电路电压波暂态响应进行仿真分析。仿真结果表明,将分数阶导数作为线性算子的同伦分析法可以准确分析轨道电路传输线电压波传输特征和过程,为轨道电路暂态分析提供了一种新的方法。     

基于故障树的高速铁路模拟控制系统关键技术研究

针对传统轨道电路室外设备故障诊断准确率低导致高速铁路运行安全性下降的问题，提出一种基于故障树的高速铁路模拟控制系统关键技术，以实现轨道电路故障准确诊断。首先，以ZPW-2000A型无绝缘轨道电路为研究对象，通过FFT傅里叶变换方法对轨道电路进行频谱分析；然后采用基于故障树的模糊控制理论对故障类型进行判断和定位，以给出相应的故障处理策略。实验结果表明，采用本方法对2300-1型、2300-2型、1700-2型三种类型的送受端轨面电压进行频谱分析后，可准确地检测出2300-1型轨道出现异常，且通过频谱分析方法检测出此区段混入邻区段的1700 Hz频率，因此，可判断出该区段出现故障，且通过故障诊断算法可计算出此区段的送受端电压分别为679.875 mV和828.166 mV。由此证明，提出的方法可实现轨道电路故障准确诊断，轨道安全性显著提升。     

偏微分方程的MATLAB数值解法及可视化

偏微分方程的数值解法在数值分析中占有很重要的地位,很多科学技术问题的数值计算包括了偏微分方程的数值解问题。在学习初等函数时,总是先画出它们的图形,因为图形能帮助了解函数的性质。而对于偏微分方程,画出它们的图形并不容易,尤其是没有解析解的偏微分方程,画图就显得更加不容易了。为了从偏微分方程的数学表达式中看出其所表达的图形、函数值与自变量之间的关系,通过MATLAB编程,数值求解了泊松方程,并将其结果可视化,给出了解析解与数值解的误差。     

偏微分方程的MATLAB数值解法及可视化

偏微分方程的数值解法在数值分析中占有很重要的地位,很多科学技术问题的数值计算包括了偏微分方程的数值解问题。在学习初等函数时,总是先画出它们的图形,因为图形能帮助了解函数的性质。而对于偏微分方程,画出它们的图形并不容易,尤其是没有解析解的偏微分方程,画图就显得更加不容易了。为了从偏微分方程的数学表达式中看出其所表达的图形、函数值与自变量之间的关系,通过MATLAB编程,数值求解了泊松方程,并将其结果可视化,给出了解析解与数值解的误差。     

薄膜体声波谐振器的FDTD数值分析

提出了基于时域有限差分方法对薄膜体声波谐振器进行数值分析的新方法。利用时域有限差分法理论对压电材料的控制方程,牛顿方程和电学方程在空间和时间进行了离散化,通过得到的差分方程直接得出了声场传播的时域数值解。使用该数值方法对薄膜体声波谐振器的电学特性阻抗进行了分析,并将结果与一维Mason模型的解析解进行了比较验证。     

浅谈解的存在唯一性定理在《偏微分方程数值解》中的应用

从一个新的角度讨论常微分方程中解的存在唯一性定理在偏微分方程数值解法中的重要应用。给出一类伪双曲型偏微分方程的新的分裂混合有限元数值格式,将该格式转化成常微分方程系统,利用解的存在唯一性定理证明该系统是存在唯一解的。通过简短的讨论、概述明确解的存在唯一定理在偏微分方程数值解中的应用方法．并希望能够在教学科研未来的发展中有新的观念。     

变系数偏微分方程的Galerkin KPOD模型降阶方法

研究了变系数偏微分方程的 Galerkin KPOD (Krylov Enhanced Proper Orthogonal Decomposition)模型降阶方法.首先基于Galerkin有限元理论建立变系数偏微分方程的空间离散格式,得到具有时变系数矩阵的常微分方程组,并对该常微分方程组应用KPOD模型降阶方法进行降阶并求解.其次,对降阶投影算子进行了分析,给出了 Galerkin有限元解与Galerkin KPOD降阶解之间的误差界.最后用数值算例验证了变系数偏微分方程的Galerkin KPOD模型降阶求解方法的可行性,通过有限元离散解与Galerkin KPOD降阶解、Galerkin POD降阶解之间的误差比较,体现Galerkin KPOD降阶方法的优势.     

有限元数值解法在MATLAB中的实现及可视化

偏微分方程的数值解法在数值分析中占有很重要的地位,很多科学技术问题的数值计算包括了偏微分方程的数值解问题。在学习初等函数时,总是先画出它们的图形,因为图形能帮助我们了解函数的性质。而对于偏微分方程,画出它们的图形并不容易,尤其是没有解析解的偏微分方程,画图就显得更加不容易了。为了从偏微分方程的数学表达式中看出其所表达的图形、函数值与自变量之间的关系,通过MATLAB编程,用有限元数值解法求解了偏微分方程,并将其结果可视化。     

用于时域有限差分计算的通用C++类库

设计了时域有限差分法相关C 类库,在其基础上编制了高斯光束的时域有限差分计算程序,所得数值计算结果与精确解进行了比较,二者吻合良好。该类库可用于进行确定性电磁场问题的时域有限差分仿真,类库结构清晰、代码重利用率高、易于维护和扩充。     

A new multilevels Huygens sub‐gridding finite difference time domain based on a tree structure and object oriented programming

In this article, an efficient sub‐gridding finite‐difference time‐domain is developed for the simulation of multiscaled electromagnetic problems. The proposed technique is based on using the Huygens surfaces for interfacing electromagnetic fields between different grids. The use of the Object Oriented Programming for modeling FDTD simulations facilitates the imbrication of multiple sub‐grids. That heightens the spatial ratio without affecting the accuracy and stability of the sub‐gridding technique. Spatiotemporal interpolation is used to evaluate the electromagnetic fields in Huygens surface location among the coarse grid. Results of numerical experiments prove that the use of imbricated sub‐grids and spatiotemporal interpolation in the Huygens sub‐gridding is more efficient than the use of a single sub‐grid with only spatial interpolation.     

A study of microwave imaging for a metallic cylinder

This article presents the studies of time‐domain inverse scattering for a metallic cylinder which based on the finite‐difference time‐domain (FDTD) method and the dynamic differential evolution (DDE). For this study, the FDTD is used for the analysis of the forward scattering part, while for the DDE is applied for the reconstruction of the two‐dimensional metallic cylinder. For the forward scattering, the FDTD method is used to calculate the scattered E fields. Based on the scattering fields, these inverse scattering problems are transformed into optimization problem. By comparing the simulated scattered fields and the calculated scattered fields, the shape and location of the metallic cylinder are reconstructed. Numerical results demonstrate that, even when the initial guess is far away from the exact one, good reconstruction can be obtained. In addition, the effects of Gaussian noise on the reconstruction results are investigated. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE , 2012.     

Relativistic theory of mode conversion at plasma frequency – the finite difference time domain simulation

The equations governing the mode conversion between an electromagnetic wave and a plasma wave are derived from the fluid equations for the nonrelativistic case, and from the Vlasov equation for the relativistic case. They are further reduced to involve only two electric field components. Both cases show that the mode conversion has similar magnitude in conversion efficiency and becomes insignificant beyond 45° of incident angle. The finite difference time domain simulation measuring the wave packet of the electromagnetic wave with and without the mode conversion indicates that while the mode efficiency improves with plasma temperature in the nonrelativistic case, it saturates in the relativistic case.     

互连线高效时域梯形差分模型降阶算法

为了进一步提高现有互连电路模型降阶方法的精度和效率,提出一种基于时域梯形法差分的互连线模型降阶方法.首先将互连电路的时域方程用梯形法差分离散后获得一种关于状态变量的递推关系,形成了一个非齐次Krylov子空间;然后利用非齐次Arnoldi算法求得非齐次Krylov子空间的正交基,再通过正交基对原始系统进行投影得到降阶系统.该算法可以保证时域差分后降阶系统和原始系统的状态变量在离散时间点的匹配,保证时域降阶精度,同时也保证了降阶过程的数值稳定性及降阶系统的无源性.与现有的时域模型降阶方法相比,文中算法可降低计算复杂度;与频域降阶方法相比,由于避免了时频域转换误差,其在时域具有更高的精度.     

二维光子晶体传输特性的时域精细积分法

本文研究了二维光子晶体的时域精细积分法,并对其精度、效率、以及稳定性进行分析.从麦克斯韦方程的微分形式出发,利用Yee元胞将空间微分算子近似为差分算子,结合边界条件及激励源的表达式得到一组关于时间的常微分方程.对时间进行精细划分,使用精细积分算法求解常微分方程组.结合通解与激励源的特解得到光子晶体两端的反射场及透射场分布,进而通过傅里叶变换求得二维光子晶体的传输特性.数值算例表明,本文方法具有准确、稳定、高效的特点.     

Characteristic analysis of reverse‐L‐shaped microstrip‐fed large‐bandwidth printed slot antenna

The characteristics of a reverse‐L‐shaped microstrip‐fed structure is analyzed using the finite difference time domain method, and the characteristics of the proposed antenna are compared with a conventional antenna. The return loss, radiation resistance, and voltage–standing wave ratio in the frequency domain are calculated by Fourier transforming the time domain results. When the proposed feed structure is used, the bandwidth is extended in proportion to the slot width and the radiation resistance has the low value. When the slot width is 16 mm, the experimental bandwidth is approximately 50% (?10 dB ≥ S₁₁) at the center frequency of 2.3 GHz. In addition, the experimental data for the impedance and radiation pattern of the antenna are described. They are in good agreement with the calculated results. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE 12, 496–502, 2002. Published online in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI 10.1002/mmce.10055     

大尺寸导体目标的低频宽带散射测量与仿真

用扫频方法测量了缩比模型的低频宽带雷达散射截面,通过变换得到大尺寸导体目标的低频宽带RCS;并利用时域有限差分方法对全尺寸导体目标的雷达散射截面进行仿真计算,也得到了大尺寸的导体目标的低频宽带RCS;结果表明了这两种方法的一致性,为获得大尺寸导体目标的低频宽带散射特性提供了可以信赖的手段.     

A new FDTD stencil for reduced numerical anisotropy in the computer modeling of wave phenomena

An isotropic finite difference scheme is utilized for the development of a new stencil for the finite‐difference time‐domain (FDTD) modeling of electromagnetic wave propagation. The key attribute of the new stencil is the improved isotropy of the numerical phase velocity at fairly moderate spatial sampling of the fields. More specifically, for a given phase velocity anisotropy error, the new stencil requires a much coarser grid than the one required by the standard, second‐order accurate FDTD stencil. This, in turn, amounts to gains in computational resources when transient electromagnetic interactions in electrically‐large domains are being modeled. The numerical attributes of the proposed stencil, namely, its dispersion, anisotropy and stability, are presented in the context of its application to the numerical simulation of two‐dimensional transient electromagnetic wave propagation. Through a series of numerical studies, the enhanced isotropy provided by the proposed scheme is demonstrated and contrasted in a quantitative manner to that of the standard FDTD stencil. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE, 2007.     

时域有限差分算法的FPGA加速技术研究

针对各种嵌入式应用中对实时电磁场计算的需求,提出了一种新的时域有限差分法的硬件方法,采用FPGA作为硬件加速部件,加速电磁场时域有限差分算法(FDTD)的计算.采用滤波器技术重新改写时域有限差分法,将时域有限差分法的求解变成对应的硬件滤波器的设计问题,通过设计合适的滤波器完成时域有限差分的计算.实验结果表明,与时域有限差分算法的软件执行相比,硬件实现可以获得5倍左右的性能加速,能够充分发挥FPGA的计算性能.本研究能够进一步扩展时域有限差分算法的应用领域,尤其是扩展到以前因为计算性能无法应用的领域.     

近地面HEMP电磁环境特性研究

高空核爆电磁脉冲(HEMP)对电子设备构成严重的威胁;针对国内外有关HEMP的标准中对波形的定义主要针对自由空间的问题,使用时域有限差分法研究了HEMP平面波垂直/斜入射地面时,地面附近的电磁脉冲环境特性,仿真计算了有关电磁环境参数;结果表明,HEMP平面波垂直入射时,较低位置处反射场削弱了部分入射场.使总场幅度降低,较高位置处经历较为完整的人射场和反射场的冲击;HEMP平面波斜入射时,在垂直极化情况下,随着入射角的增大,地面附近的水平场幅值变小、脉冲宽度变窄;实验结论有利于指导地面电子设备的电磁防护设计.