粗糙海面激光透射特性研究

为改善激光在粗糙海面上透射特性仿真结果的准确性以提高卫星海洋水色遥感应的效率,对不同海况下激光在粗糙海面的透射特性进行了研究。根据激光海面透射原理,用基尔霍夫近似(KA)原理求解激光海面透射场,给出了计算模型。基于Gaussian随机模型对三、四级海况的粗糙海面进行了三维模拟仿真,用解析法计算了激光在海面上的透射特性。结果发现:波长0.532μm的绿激光对海水有高透射率,入射角小于40°时透射率大于94%;海况对激光的透射率影响较小;与下行透过率相比,上行透射率受入射角的影响较大,入射角大于40°时激光的上行透射率迅速衰减,入射角大于50°时上行透射率几乎为0。     

分形粗糙表面掠入射时的全极化指数计算

为分析经典解析法不能有效求解掠入射时粗糙表面的散射特性,用高阶微扰法计算了二维分形导体表面的后向散射系数。计算值与测量值的比较证明了高阶微扰法的有效性。对不同粗糙度下掠入射时全极化指数的研究,获得了不同入射条件下极化指数与掠入射角余切函数曲线的拟合和有效表达式,修正了前人的结论,并发现用高阶解析法可区分粗糙表面的类型。     

基于PWE法的电磁晶体带隙结构分析

用平面波展(PWE)法计算了一维电磁晶体的带隙结构.将电场(或磁场)和介电常数以傅里叶级数展开并代入标量波动方程,获得了横电/磁波入射时一维电磁晶体的本征方程,求解得带隙结构.另用传输矩阵法求出多层介质结构的传输特性,获得带隙特性.用算例研究了介电常数比和填充率对带隙结构的影响.结果表明:PWE法可有效用于电磁晶体带隙结构的分析.     

理想导体表面电磁散射的高阶微扰解

针对经典微扰法（SPM）求解粗糙表面电磁散射特性存在的问题，提出了一种基于二维表面场的一阶和二阶展开近似高阶微扰算法。用该法计算了高阶表面场分量的全极化后向散射SPM解和二阶场分量对水平极化双站及后向散射系数的修正解。研究了不同粗糙度下掠入射时高阶SPM求解的双站散射系数，以及不同方位角下高阶场量的散射特性。通过对合成场的修正，解决了近掠入射条件下散射系数计算的误差。数值计算结果证明该算法有效。     

单涡旋场激光传输特性研究

对单涡旋场激光传输特性进行了研究。用积分方程形式将整个流场分解成体元,每个体元中的折射率分布不均匀,用麦克斯韦积分方程替代微分方程求解整个流场的光场分布,给出了气动涡流折射率场的计算模型。当流场只存在一个理想涡流且涡流的折射率场有近似的解析形式时,基于非均匀介质散射理论,用Rytov散射近似,由积分方程计算观测平面上光场所受的流场扰动。讨论了不同激光传输距离下流场扰动时的光场空间强度分布。结果发现:随着激光传输距离的增加,光强急剧下降,中心位置光强与无流场扰动时自由空间高斯光束传输中心位置光强相近,但在两侧会形成一个暗环,使激光光场的空间强度分布发生改变,导致激光脉冲光束出现形变。研究说明了用积分方程描述气动光学效应的可行性,为精确计算复杂涡结构流场提供了一种新思路。     

铝粉对固体推进剂羽流红外特性的影响

为研究铝粉对固体推进剂羽流红外特性的影响,建立了羽流红外传输的计算模型,通过在流场能量方程中引入辐射源项,实现了流场计算与辐射传输的耦合求解.基于欧拉-拉格朗日方法,对考虑后燃化学反应的-气固两相羽流流场进行了计算,使用离散坐标法求解羽流辐射传输方程,得到了羽流红外辐射强度在1 000～4 500 cm-1范围内的分布...     

再入钝锥体绕流流场电磁散射特性分析

采用分段线性电流密度递归卷积时域有限差分（PLJERC-FDTD）方法计算再入钝锥体绕流流场电磁散射特性,分析钝锥体等离子体包覆绕流流场的RCS频率特性、极化特性及双站散射特性。计算表明,在马赫数较小（本文Ma≤10）时,马赫数变化对绕流流场后向RCS影响较小。电磁波垂直锥体母线入射时,极化方式（本文极化角0°和90°）改变对绕流流场后向RCS影响较小;绕流流场后向RCS随入射波频率变化曲线可用两条直线来逼近;随入射波频率增大,绕流流场后向RCS振荡上增。前向散射是全方位散射中RCS取得最大值的方向;入射角大于钝锥半锥角时,除前向RCS外,以锥体母线为基准的镜面反射方向RCS比其它散射方向RCS大。     

变浅效应调制的复杂动态海面杂波特性研究

为了解近岸浅水域雷达海杂波特性,针对变浅效应调制的近岸海面,分别用非线性水动力模型对海面进行几何建模,用二阶小斜率近似模型对海面杂波进行建模。通过对海面散射场的散射振幅对粗糙海面的斜率作幂级数展开,获得相应的散射场,讨论了近岸动态海面后向散射特性和散射回波的多普勒谱特性。研究发现:在小风区不同水深的海面斜率差异较小,在大风区不同水深的海面斜率差异变大,表明水深对波浪形状的影响随风区增大而变大;在相同条件下,浅水与深水区域对应的海面后向散射系数差值在风区较大时更明显,大风区的浅水海面多普勒谱中心频率增幅也最为明显,尤其是对水平极化。研究对近岸海域雷达目标探测和识别、滨海区域海洋遥感及相关应用有一定的指导意义。     

二维复合目标电磁散射的仿真研究

为了对E极化波和H极化波入射情形下二维任意形状金属和两种不同电磁参数损耗介质复合目标的电磁散射进行仿真,建立了复合结构目标的电磁积分方程,采用矩量法(MoM)和共轭梯度迭代法(CGM)求解此积分方程。依据所建数学模型编程对一种金属-蜂窝吸波介质复合结构翼面的雷达散射截面(RCS)进行了仿真分析。     

星载RFSCAT观测数目分析

微波散射计主要有两种体制：一种是固定扇形波束体制，另一种是笔形波束圆锥扫描体制。将两种体制的散射计结合起来，成为一种新的体制的散射计——星载扇形波束圆锥扫描体制散射计（RFSCAT）。这种新型散射计的主要优势在于具有多于其他体制散射计的观测数，因此能提供优于其他散射计的风场反演精度和去风向模糊的可能性。文章首先介绍了扇形波束圆锥扫描散射计（RFSCAT）的基本概念，在此基础上分析扇形波束圆锥扫描散射计的观测数；随后对波束观测到海面分辨单元时的方位角和入射角进行分析；最后结合系统的各项工作参数，给出了观测数仿真分析及其方位角和入射角特性仿真。     

基于远场模式的散射体形状成像

对线性抽样法的电磁场逆散射求解进行了研究。为避免迭代和优化法的正问题求解，用积分算子将散射物边界数据映射到散射场的远场模式，针对第一类积分方程的不适定性，用Tikhonov正则化法求解，并用高阶收敛算法确定正则化参数以快速数值实现。数值计算结果表明：线性抽样法＋确定正则化参数的高阶收敛算法可较好地滤除噪声，减少了确定正则化参数的计算量。     

燃气源控制气流非稳态耦合传热问题研究(Ⅰ)--计算模型和方法

针对某燃气源控制气流与导热套环之间的非稳态耦合传热问题,建立了数学模型,并采用整体求解的方法进行求解,即把流体区域的流动和对流换热与固体区域的导热过程组合起来,作为一个统一换热过程来处理。为确保计算结果在物理上的真实性,采用“假密度”法求解以温度T为求解变量的能量方程。对于非稳态控制方程离散后的离散方程采用了PISO方法进行求解。     

双燃速星孔药柱长尾喷管发动机三维两相流场数值模拟

采用欧拉-拉格朗日两相方法模拟了带长尾喷管的固体火箭发动机三维两相内流场。在同位网格基础上用有限体积法离散N-S方程,采用不完全LU分解预处理B iCGStab算法求解线性代数方程组,通过可压缩SIMPLE算法求解气相流场。用PSIC方法进行气粒耦合计算,得到了气粒两相的速度、温度等参数的分布以及不同尺寸的A l2O3粒子运动轨迹。计算结果表明,在发动机工作初期气粒两相流场呈现强三维特征,长尾管中后段、喷管收敛段以及燃烧室后封头等部位是烧蚀最严重的部位。     

随机激励下非线性振动系统特性的定性分析

求解李雅普诺夫方程,可直接获得平稳随机振动响应协方差矩阵。用等效线性化方法处理非线性系统,通过多次迭代求解李雅普诺夫方程可得到稳定的等效线性系统参数,从而获得一种多自由度非线性系统特性定性分析方法,为实际的非线性动力学系统建模提供了理论依据。对几个实例进行了仿真分析,结果验证了该方法的有效性。     

海洋卫星雷达高度计（续）

1.4海面的后向散射模型1.4.1 导言和假设 在海洋上空的雷达测高计要涉及到接近垂直入射海面的电磁波的散射。平均海平面的主要特性和海况(SWH和风速)可以从回波功率对窄脉冲(几ns)波形的响应时间的平均值导出来。 文献[9]指出,这样的平均功率响应可以由如下3个时间函数的卷积得到: P_(FS)(t):平均等效平坦表面的脉冲响应;     

基于Shape-from-Shading的月球表面三维形状恢复算法研究

提出了一种基于Shape-from-Shading的月球表面三维形状恢复算法。首先分析了在太阳光照射下月球表面成像模型,建立了使用Lommel-Seeliger反射模型描述的反射图方程。然后用有限差分近似微分运算,将反射图方程所示的一阶变系数线性偏微分方程进行离散化处理,得到关于表面高度函数的代数方程。进而采用超松弛迭代法进行求解,获得月球表面三维高度函数值。最后使用合成图像和实际月球图像进行三维形状恢复仿真实验。实验结果表明提出的算法可以有效地恢复月球表面三维形状。     

基于简化Unscented变换的FMSRUKF算法及其目标跟踪性能分析

研究Unscented变换的基本原理及Unscented Kalman Filter(UKF)算法。为了降低跟踪系统计算复杂性,在Unscented变换中引入单位矩阵,以简单的数值计算取代复杂的矩阵分解求解矩阵平方根的过程,把UKF改进为FM- SRUKF。对三维坐标系下的变加速运动目标进行跟踪仿真。结果表明FMSRUKF具有更好的精度和鲁棒性。     

基于FY-3C星微波成像仪毫米波通道的海面大风算法研究

对基于FY-3C星微波成像仪(MWRI)毫米波通道的海面大风算法进行了研究。根据在中国海域观测到的海面后向热辐射数据,认为联合多个毫米波通道分析方法可利于海面大风反演。对中低风速(0~15m/s)下D-矩阵算法进行修正,给出了适于MWRI的海面风速反演新模型。与浮标数据拟合结果表明:FY-3B,C星MWRI均方差(RMS)分别为1.24,1.18m/s。用带泡沫散射层的双尺度随机粗糙面的复合模型计算后向热发射。考虑各通道频率、灵敏度和定标精度等因素,用回归分析法分析了各通道热辐射特性随海面风速变化的不同响应特性,建立了适于FY-3C星MWRI的大风风速反演模型。中低风速模型和大风速模型反演的全球海面风速分布结果表明:中低风速精度标准差1.2m/s;反演大风数据和海岛固定浮标数据有一致性,模型的实际应用效果较好,可为我国沿海的大风监测和预警提供保障。     

大气中激光等离子体通道的传播特性分析

对大气中激光等离子体通道的传播终端特性进行了研究。建立了大气中激光等离子体通道的近似电磁模型,基于圆柱坐标系中纵向分量所满足的波动方程,给出了纵向场与横向场的关系,由边界条件导出了大气中激光等离子体通道的特征方程。特征方程的数值解获得了相应色散曲线。     

液体火箭发动机超低比转速离心泵优化设计

选择液体火箭发动机用高速超低比转速离心泵作为研究对象,运用FLUENT流体计算软件及GAMBIT前处理软件,采用三维k-ε双模型方程对其内部流场进行计算,从优化泵内流动特性的角度出发,优化设计了一台高扬程、高效率、能在大流量范围稳定工作的超低比转速离心泵.仿真结果表明,这种结合内流场特性的优化设计是可行的,而且是快速高效的.