一种有效的三维光波导传输模式的数值计算方法

研究了一种有效的三维光波导传输模式本征值和本征向量的数值计算方法--反向迭代法,并用matlab语言实现了该数值计算方法对三维光波导基模和高阶模的求解. 本文所研究的反向迭代法是反幂法的一种改进形式.先从反向迭代法的基本数学原理入手,分析了反向迭代法的数值计算过程,以及收敛性和稳定性的判断.接下来,用波动光学的方法分析了三维波导的传输模式,得到了直角坐标下的亥姆霍兹方程,并对亥姆霍兹方程做了离散化处理.然后,将反向迭代法用于该方程的数值求解过程,并得到了三维波导所有可能的传播模式.由于该数值计算过程是直接对三维波导的亥姆霍兹方程进行处理,因此它对任意结构的三维波导都是适用的.通过对不同结构波导的计算表明反向迭代算法是一种处理三维光波导本征值与本征向量有效的计算方法,它不仅能求解三维光波导基模模式,而且也能较容易地搜索到高阶模模式,而这是其它数值计算方法很难办到的. 最后,为了验证所求传输模式数值解的正确性,用FDTD(时域有限差分)算法模拟了这些传输模式在三维光波导的传播过程.通过对输入场和传播过程中不同位置场分布的比较,结果表明该算法具有比较理想的精度.(PD8)     

非均匀介质填充波导本征值问题的有限元分析

本文讨论了用有限元法求解非均匀介质填充波导本征值问题的具体过程。给出了有关的计算公式和程序。作为例子,对条形介质填充矩形波导主模场结构的分析和色散特性的计算,获得了与解析解十分一致的结果,从而证实了所述程序的可靠性。     

矩形手征波导中混合模的边元有限元分析法和传输特性研究

本文用矢量有限元－－边元法研究了手征波导的导波特性，与点元有限元法相比，用边元法分析手征波导模式有其明显的优越性，即不需特殊处理就可去除伪模，而且数值计算时可以节约计算机内存。本文以矩形手征波导为例，分析了全填充和部分填充手征介质时混合模的色散特性，讨论了手征导纳，波导尺寸等参量对混合模截止频率的影响，验证了边元法的有效性和正确性。     

单轴手征填充圆柱波导的传输特性研究

本文根据圆柱矢量波函数和边界条件,推导了单轴手征介质填充圆柱波导的特征方程,分析了色散关系和内场。数值研究表明,在这种波导中影响电磁特性的主要因素是单轴的手征项。与各向同性手征介质±n阶分裂模明显不同的是,单轴手征介质填充圆柱波导中±n阶模式波的传播速度是相等的。     

有耗介质导波结构的高次杂交四边形边缘元分析

本文提出了一种高次杂交四边形边缘元方法。讨论了这种高次杂交边缘元的有限元空间构造，给出了其形函数的显形表达式。这种方法不仅消除了伪解而且能直接求解传播常数，从而无需迭代便能分析有耗介质导波结构的传输特性。对矩形导和条形介质填充波导本征模传播常数的计算表明这种高次杂交边缘元的计算精度比低次杂交边缘元要高出一个量级。     

手征介质填充双平板中导模的反射和透射特性

用多模网络与严格模匹配相结合的方法,对纵向填充一层、两层和多层手征介质的双平板中导模的反射和透射特性进行了分析和求解.分析中在横截面采用等效传输线,在纵向采用多模传输线方法,并且利用结构的对称性使得问题简化.对各种不同情形进行了数值计算,讨论了手征参数和波导结构的尺寸对反射和透射特性的影响.     

部分填充手征负折射率介质的平行板波导

部分填充手征负折射率介质的平行板波导中电磁波传输的导模特性进行了研究,给出了导模的场分布公式,推导出导模的特征方程.数值计算了导模的色散特性曲线、功率曲线和能流分布,探讨了手征负折射率介质层的厚度、手征参数等对导模特性的影响,发现了导模的一些奇异特性,如存在表面波模、功率流动方向与相位传播方向相反的后向波、功率储存、传播常数三值、模式交叉等现象,还发现此波导中存在电磁波传播的禁带.     

非均匀介质填充波导法传输特性的数值模式匹配分析法

用数值模式匹配理论研究了非均匀介质填充波导混合模问题的全波分析方法．给出了波导中的统一色散方程和完整的电磁场表达式，以部分介质填充波导为例进行了计算，所得结果与文献报道相吻合．     

弯波导的本征模与角传播常数

本文采用严格的本征模表示矩表截面均匀弯曲波导中的场，文中给出了虚阶Ｂｅｓｓｅｌ函数及其导数的计算公式和计算方法，由此完整地解决了任意半径弯波导本征征模及角传播常数的精确计算问题，典型数值计算结果表明，弯波导中的本征模与直波导中的本征模具有一一对应关系，变波导的等效传播常数与直波导的传播常数在数值上相当接近，模场的径向分布则呈衰减的驻波形式。     

部分介质填充槽波导色散特性的网络分析

本文给出了部分介质填充单槽和非对称双槽波导的横向等效网络。以此为基础,用微波网络方法分析了各种槽波导的色散特性,并将所得到的数据与用其它方法得到的结果进行比较,两者吻合好。证实本方法在保持有高的计算精度的情况下极大地简化了分析和求解过程。文中通过对宽带槽波导定向耦合器的具体设计,证明了本方法在槽波导电路分析和设计中的重要实际意义。     

基于FFT的ISAR成像快速包络对齐方法

包络对齐是逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR）成像中运动补偿的关键技术之一。现有的互相关法和最小熵法无法兼顾对齐精度和运算效率,不能很好地满足ISAR实时成像的需要。推导证明了两信号时域的圆周相关等于其频谱的共轭相乘,再基于改进的互相关法,提出了一种包络对齐快速算法,利用FFT实现快速圆周互相关运算,并结合插值处理提高包络对齐精度。理论分析和仿真实验都表明,该方法可同时实现较高的对齐精度和运算效率,能够满足ISAR实时成像的要求。     

2D FDTD Algorithm for the Analysis of Lossy and Dispersive Millimeter-Wave Coplanar Waveguide

The dispersion and loss characteristics of millimeter-wave coplanar waveguides (CPWs) are analyzed by using an efficient two-dimensional finite-difference time-domain (2D FDTD) algorithm. Combined with graded mesh technique, alternating direction implicit technique and curve-fitting technique, this proposed algorithm verifies its accuracy and efficiency through an example of infinite-ground CPW. Moreover, the influence of ground-plane width on CPW's loss characteristics is analyzed. Bulk micromachined CPWs with low loss are also analyzed by the proposed algorithm.     

多量测向量模型下基于贝叶斯检验的快速OMP算法研究

目前多量测向量(Multiple Measurement Vectors, MMV)模型的稀疏重构算法存在两个问题:计算复杂度高和当重构的支撑集存在冗余时无法有效剔除。为同时提高MMV模型的重构效率和重构精度,该文提出一种MMV模型下基于贝叶斯检验的快速正交匹配追踪(Fast Orthogonal Matching Pursuit based on Bayesian Testing, FOMP-BT)算法。首先,通过新原子组选和warm start求逆的思想来减少算法总的迭代次数以及每次迭代的运算量,以提高算法的重构效率;其次,利用贝叶斯检验的思想剔除冗余支撑集以提高重构精度;最后对所研究的算法从参数选择以及计算复杂度等方面进行了理论分析。仿真结果表明,所提算法具有重构精度高、速度快以及对噪声有较好的鲁棒性等优势。     

Optimizing KTP and LiTaO3 channel waveguides forquasi-phase-matched second harmonic generation with high conversionefficiency

The conversion efficiency of quasi-phase-matched second harmonic generation (QPM-SHG) in waveguides can be enhanced significantly by optimizing the linear properties of the guiding structure. We describe here a method for fast and accurate computation of the modal properties of continuous, periodically poled, ferroelectric channel waveguides and a multiparameter optimization algorithm which we have used to maximize normalized internal SHG conversion efficiency. We present the phase-matching characteristics of these designs and discuss the possibility of high SHG conversion efficiency between lowest order transverse modes at the fundamental and second harmonic wavelengths near noncritically phase-matched regimes of operation     

分数阶Fourier变换极值搜索算法研究

 针对步进式搜索算法在分数阶Fourier变换域二维平面效率、精度低下的问题,通过推导分数阶Fourier域极值函数的一阶导数及其快速算法,将全局寻优效果好的混沌优化法和局部搜索能力强的多步拟牛顿法相结合,提出了分数阶Fourier变换极值混合优化算法.并对混合算法的全局收敛性进行了证明.最后,通过仿真实例,验证了混合算法的全局收敛性及其快速收敛能力.混合优化算法的收敛速度和精度均好于步进式搜索法、混沌优化法及步进式-多步拟牛顿混合法.     

一种高精度的图像匹配算法

为了解决光谱恢复对图像匹配高精度的问题,提出了一种高精度图像匹配算法——利用光流确定图像的运动场对图像进行匹配。该算法克服了传统的基于灰度匹配方法受图像插值精度影响的缺陷以及运算速度和精度的局限性。与基于MAD块匹配算法和归一化相关系数块匹配算法进行比较,该算法实现了图像序列高精度匹配,而且硬件实现简单,计算复杂度较低。     

BMC 法计算航空发动机红外辐射的效率研究

反向蒙特卡罗(BMC)法的计算精度高、适应性强,是计算目标红外辐射特征的常用方法。基于CFD 和IR 综合计算分析的方法,研究了射线步长、射线数、射线携带能量方式等因素对BMC法计算航空发动机红外辐射强度的效率的影响。结果表明:射线步长与喷管出口当量直径比在0.05~0.1的范围内,射线数达到105量级时的计算效率较高;采用射线携带多个波段能量的方法,计算时间可缩短数十倍;通过MPI平台实现了并行计算,进一步缩短BMC法的计算时间,但并行效率随着计算核心的增加而下降。在保证计算精度的前提下,通过合理地选择参数、算法改进和并行计算,提高了计算效率。     

Evaluation of some algorithms and programs for the computation ofinteger-order Bessel functions of the first and second kind with complexarguments

The efficiency and accuracy of a few available algorithms for the computation of integer-order Bessel functions are considered. First, the computation of integer-order Bessel functions of the first kind, using the fast Fourier transform (FFT) algorithm as opposed to recurrence techniques, is investigated. It is shown that recurrence techniques are superior to the FFT technique, both in accuracy and speed. An algorithm suggested in the literature and used in commercially available software, specifically MATLAB 3.5 and MATHEMATICA 1.2, for computing integer-order Bessel functions of the second kind is revealed to be erroneous by comparing these routines with an algorithm developed by the author. It is shown that catastrophic errors result from using the erroneous algorithm to compute high-order Bessel functions with nonreal arguments     

A locally conformed finite-difference time-domain algorithm ofmodeling arbitrary shape planar metal strips

A general algorithm for modeling arbitrary shape planar metal strips by the finite-difference-time-domain (FDTD) method is presented. With this method, fields in the entire computation domain are computed by the regular FDTD algorithm except near metal strips, where special techniques proposed herein are applied. Unlike the case for globally conformed finite-difference algorithms, the computation efficiency of the regular FDTD method is maintained while high space-resolution is obtained by this locally conformed finite-difference method. Numerical tests have verified that a higher computation accuracy is achieved by this scheme than by the conventional staircase approximation. The modeling of electrical characteristics of two crossed strip lines is provided as an example     

基于K-均值聚类和势函数法的欠定盲分离

K-均值聚类法能估计出观测信号聚类直线方向,利用主成分分析(PCA)提取主成分,可以提高直线估计的精准度和鲁棒性.在此思想的指导下,本文提出基于K-均值聚类的势函数法.势函数度量了聚类中心与所有观测点的距离,对势函数求导得到更新聚类中心的迭代公式,利用该公式对K-均值聚类法得到的聚类中心进行调整得到精估计.该算法计算量较小,能有效估计出混合矩阵.仿真实验验证了算法的有效性.