用射线法研究复杂目标的电磁散射特征

应用计算机图形学中的曲面造型方法给出目标精确的数学外形,将之离散为三角面元,并采用拓扑结构来描述几何元素之间的关系;利用射线追踪法模拟射线束的多次反射,同时求出扩散因子、磁场方向和相位差;在最终反射点处采用物理光学积分求远场散射,叠加每一射线束的贡献,进而得出耦合雷达散射截面值.为减小射线追踪过程中的计算量,采用了加速算法.给出了作为特例的翼身组合体的计算结果.     

以捷径法提高射线追踪效率

为改善计算效率,提出了一种捷径法对射线追踪法进行改进. 射线追踪的计算时间主要耗费在求交判断上. 通过实际计算并记录一条射线管的轨迹,作为其后若干条射线管求交计算的优先参考,避免了再次进行漫无目的的遍历式求交,从而大量减少进行实际计算的射线管数量,节省射线求交运算时间. 经编程计算验证,该优化算法能够在保证相当精度的前提下,大幅度提高射线追踪法的计算效率,具备一定的实用价值.      

一种射线追踪法的效率改进算法研究

为改善计算效率,提出了一种局部口面网格优化算法对射线追踪法进行改进. 通过将射线管总口面划分为局部口面网格,在每局部口面上抽取采样射线管用于判断其贡献级别,并由计算级别决定是否对局部口面内的射线管进行实际计算,从而避免大量的无贡献射线管参与求交计算,节省射线求交运算时间. 经编程计算验证,该优化算法能够在保证相当的精度的前提下,大幅度提高射线追踪法的计算效率. 具有一定的实用价值.      

一种计算多层涂覆目标RCS的快速算法

提出一种用于计算表面涂覆多层雷达吸波材料目标雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)的快速算法.对于拟合成面元和棱边的多层涂覆目标,应用物理光学法及阻抗边界条件计算多层涂覆面元的RCS,并将物理绕射理论与等效电磁流法结合,用于计算多层涂覆棱边的RCS.在计算中,预先计算出目标不同涂覆表面反射系数矩阵,有效地提高了计算的速度和效率.应用上述方法计算表面涂覆单层及多层涂覆材料的平板和典型旋转体的RCS,通过与文献给定结果的对比,验证了该算法的有效性.对多层涂覆复杂目标RCS的仿真计算结果,进一步表明了该方法的准确性以及在提高计算速度方面的效果.      

基于GRECO和射线追踪的介质散射特性计算

在计算介质目标雷达散射特性的众多方法中,图形电磁学和射线追踪技术是计算高频区散射特性的两种有效方法.将两种方法有效地结合:首先通过OpenGL的光照模型和消隐,将介质目标的外形显示在屏幕上,并从缓存区中获取有效像素的颜色分量和位置信息,计算一次散射效应,然后将这些信息作为起始点信息,利用射线追踪技术计算多次散射效应,最后叠加一次、多次散射效应得到总散射特性.对圆柱、球的仿真结果证明了该方法的有效性和可行性.      

基于面元分组的电磁遮挡算法及其优化

用物理光学法计算复杂目标的雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)时,通过面元沿电磁波入射方向的重叠关系和景深来判断面元之间的遮挡.将面元投影在与电磁波入射方向垂直的平面上进行分组,使同组的面元距离相近.在计算中只需对同组的面元判断遮挡关系,避免了所有面元的两两遮挡判断,从而节省计算时间,并对分组进行了优化,使计算时间最少.算例表明,基于面元分组的遮挡判断方法可行,能够大大提高计算效率.     

短波射线追踪技术中的电离层混合建模方法

在国际参考电离层模型和多层准抛物模型的基础上,提出了一种混合应用两种模型进行电离层建模的新方法.利用射线追踪技术,分别对混合模型和传统国际参考电离层模型下短波射线在电离层中的轨迹进行了仿真,得到了电波群路径.通过与实测电波群路径的对比,结果表明:对中国中纬度地区在电离层混合模型下的射线追踪精度优于传统国际参考电离层模型下的射线追踪精度,同时混合建模方法降低了多层准抛物模型对输入条件的要求,扩展了多层准抛物模型在射线追踪技术中的应用范围.     

改进的重要度抽样法在机构可靠性中的应用

在对响应面法和重要度抽样法研究的基础上,针对机构可靠性分析的特点,研究了将重要度抽样和响应面法相结合的机构可靠性分析方法,同时根据以上方法开发了相应的计算仿真软件,并对某型飞机升降舵操纵机构在规定时间内下偏到位的可靠性进行了分析计算.结果表明:该方法可显著提高机构可靠度计算的效率,是一种较好的机构可靠性分析方法.      

高能重离子径迹结构对单粒子翻转的影响

利用解析法计算了高能重离子的径迹结构,通过MonteCarlo方法研究了径迹结构对微电子芯片单粒子翻转的影响.结果表明,考虑了径迹结构的影响后,当离子能量较高时,具有小尺寸灵敏单元、低翻转阈值的芯片的翻转截面较传统的LET描述结果小许多;当离子更重时,这种差别对灵敏单元尺寸较大、翻转阈值较高的芯片也变得较明显.即离子径迹结构的影响是通过其有效地沉积到灵敏单元中的能量与翻转阈值相比较而表现出来的.还研究了作用距离较深、结构宽大的径迹造成的相邻多个灵敏单元的同时翻转,即多位翻转现象,这是用LET所不能反映的.      

武装直升机红外辐射计算中多重遮挡处理

针对武装直升机红外辐射计算中任意方向上可视净面积求取问题,提出了一种基于随机模拟的遮挡处理方法.该方法利用曲面造型方法建立直升机的三维模型,并将其离散为四边形面元,采用翼边拓扑结构描述直升机外形的数学模型.在此基础上,基于可见性测试、深度测试和遮挡测试原理对空间多边形面元进行遮挡判断,求出其遮挡面元集,再利用随机变量的统计方法对该多边形进行遮挡计算,求得净面积.对某型武装直升机和简单形体的计算表明,通过合理划分面元数和选取随机点数, 简单目标计算误差可以控制在5%以内,复杂目标可以控制在工程精度要求内.该方法已应用于武装直升机红外辐射特性计算软件中,应用表明该方法稳定、可靠,适于工程分析.      

高精度法矢下切割面自适应的凸曲面射线寻迹

针对电大尺寸目标难以精确解析表达带来的一致性几何绕射算法应用难问题,提出了基于三角网格、适用于任意凸曲面的射线寻迹（TM-tracing）算法。应用工程中较易获取的三角网格及其协议,设计了一种满足快速多边搜索条件的网状数据存储链表;提出了满足寻迹要求的高精度法矢求解算法;采用切割面自适应调整的弧形拟合寻迹方法实现了爬行波寻迹算法;结合一致性几何绕射理论（UTD）实现了暗区场值求解算法。任意网格曲面射线寻迹结果表明:本文提出的寻迹算法适用于包括球、柱和锥在内的任意光滑凸曲面,寻迹偏差小于1.61%,寻迹速度为2.8 s,具有一定的工程应用价值。      

飞机进近着陆电磁环境建模与辐射分布分析

机场终端区电磁、地形和地物在拓扑、物理和语义上的异构性导致进近着陆电磁环境构成机理复杂,很难用单尺度解析模型表征电磁环境的本质属性.在分析终端区多要素层次构成机理和关联耦合特征的基础上,提出一种多层融合的进近着陆电磁环境模型架构.综合采用矩量法和射线追踪法模拟台站辐射特性和地空电波传播模式,建立进近着陆区域电磁辐射强度量化表征与空间分布计算模型,有效降低了场边界特性不规则时空变化带来的电波预测误差.结合某机场地形和航向台数据,对终端区主航道和余隙航道的电磁辐射强度和覆盖范围进行计算和对比分析.仿真结果验证了本建模与分析方法的有效性.     

复杂目标可视化角闪烁偏差计算

角闪烁偏差是雷达跟踪扩展目标时误差产生的重要来源之一,在实际跟踪和制导中,常由于目标回波信号的角闪烁偏差而致使脱靶率大大增加,因此对角闪烁偏差的研究将有助于提高跟踪目标的准确率.在基于可视化电磁计算系统(GRECO)上,用屏幕上的每个像素代表目标的一个散射中心,将目标的散射中心的数量提高到像素级上,再利用相位梯度方法完成目标的角闪烁计算,进而提高了计算精度.选用了两球标准体进行角闪烁校模,计算结果与测量结果一致,证明了此方法的准确性.在此基础上进行复杂目标的角闪烁计算,实现了复杂目标可视化角闪烁计算系统,并分析了导弹靶标由于目标角闪烁影响而导致的脱靶概率.      

Ionospheric differential error determination using ray tracing for a short baseline

Since the United States government discontinued Selective Availability (SA) on 1 May 2000, ionospheric effects have been responsible for the largest errors in GPS systems. The standard Differential GPS (DGPS) method is incapable of completely eliminating the ionospheric error. This paper describes a new approach to determine the differential ionospheric error between geographically distributed receiver stations. The ray paths of GPS signals were simulated using a modified Jones 3D ray tracing programme that includes the effect of the geomagnetic field. A Nelder–Mead optimisation algorithm was embedded in the program to precisely determine the satellite-to-station path. A realistic ionospheric model is essential for accurate ray tracing results and for estimates of differential error that are accurate on sub-centimetre scales. Here, the ionospheric model used in the ray tracing programme was developed by fitting realistic ionosphere profiles with a number of exponential functions. Results were compared to the theoretical approach. Results show that the differential delay is about 1–5 cm at low elevation angles for a short baseline of 10 km, as reported in other literature. This delay is often neglected in DGPS application. The differential delay also shows a pattern similar to that predicted by the Klobuchar model. The method proposed here can be used to improve future GPS applications.     

受限空间中天线产生的电波覆盖研究

受限空间中的有效电波覆盖直接影响通信质量和可靠性,对天线系统的布局优化尤为重要.然而现有的研究很少考虑本来就处于隧道中的天线参数对电波覆盖的影响.针对铁路隧道这种特殊的受限空间情况首先介绍了电波覆盖的研究方法和现状,然后利用射线追踪方法、波导模式方法和矢量抛物方程方法对电波覆盖进行了预估,针对笔形方向图的特征采用高斯方向图重点研究了不同的天线主瓣宽度、波束指向以及在隧道截面的位置对电波覆盖的影响,分析了沿隧道轴向不同区域内电波覆盖的不同特征,最后研究了受限空间中电波覆盖的三段式模型.本文的方法和模型可以为隧道内的天线选型及优化布局提供理论依据和参考.