用改进MMN的MLFMA分析外形隐身的多频减缩特性(英文)

为精确高效计算多极子模式数(MMN),提出了3个控制因子,详细研究了控制因子对多层快速多极子算法(MLFMA)的积分采样点数和计算精度的影响;基于控制因子,提出一种改进措施,可在保证精度的前提下,显著提高计算效率、有效降低内存。对3种飞行器,采用改进的MLFMA,分析了多频散射特性,发现飞行器外形在不同频率区域均可影响雷达散射截面(RCS)。研究了外形隐身布局和考虑隐身的常规布局的RCS多频减缩规律,结果表明,外形隐身在谐振区和高频区具有较大的RCS减缩效果,在瑞利区仍具有较弱影响;与吸波相比,外形隐身可产生较广的多频RCS减缩。以上结果可用于飞行器在多频段或全频段的隐身设计。     

基于离散伴随方程的三维雷达散射截面几何敏感度计算

针对有限差分法计算雷达散射截面（RCS）梯度效率低，采用高精度雷达散射截面评估时计算代价高的问题，提出了一种基于麦克斯韦积分方程离散伴随方程的RCS梯度高效计算方法。基于伴随方程的梯度计算可以通过一次雷达散射截面求解、一次伴随方程求解获得RCS关于所有设计变量的梯度。其中麦克斯韦积分方程离散伴随方程的形式与原方程基本一致，可以采用矩量法（MOM）及多层快速多极子算法（MLFMA）求解。伴随方程求解计算量与直接雷达散射截面评估基本一致，存储量在直接雷达散射截面评估的基础上增加不明显。通过双椎体模型、导弹模型对基于矩量法、多层快速多极子算法的伴随梯度进行验证，证明了基于伴随方法的RCS梯度计算可以实现复杂外形中RCS梯度的高效、高精度求解，为基于梯度的高精度气动/隐身一体化优化提供了基础。     

VIE-ODDM在电磁散射特性分析中的应用

在重叠型区域分解法的基础上,对体积分方程方法进行了改进,实现了基于区域分解法的体积分方程方法.通过几个算例,验证了这种算法占用内存小、迭代速度快,计算结果准确,具有分析电大尺寸目标电磁散射问题的能力.     

雷达散射截面并行计算中的MPI实现技术研究

基于MPI（Message Passing Interface）并行计算平台,开发了高效的并行多层快速多极子算法程序,可用于飞行器等目标RCS计算分析。为提高通信效率、增加程序的鲁棒性,提出了优化的通信措施,分析了点对点通信、阻塞通信、非阻塞通信的使用优缺点,针对RCS计算,组建了完整的通信方法,从而有效防止死锁的发生。算例证明,程序能胜任于电大尺寸的RCS散射计算,具有较高的精确度。     

单端开口复杂终端腔体RCS算法研究

在对比分析常用腔体散射的研究方法优缺点基础上,分析了腔体散射具有散射强度高、散射角度宽、高频散射等特征,亟待解决对电大尺寸复杂终端腔体的精确数学模型处理及计算精度问题。基于以矩量法(MOM)为基础的三维电磁分析软件FEKO,分别采用低频数值算法、高频近似算法开展了对文献单端开口复杂终端模型的雷达截面积(RCS)对比计算研究,得出在综合考虑计算精度、效率时,由矩量法改进而来的多层快速多极子法(MLFMM)在电大尺寸复杂终端腔体电磁散射特性研究中具有较大优势。     

一种亚音螺旋桨声场中间面快速算法

发展了一种改进的亚音螺旋桨声场中间面快速算法。通过引入薄翼假设,在时域里求解ＦｆｏｗｃｓＷｉｌｌｉａｍｓ＆Ｈａｗｋｉｎｇｓ（ＦＷ－Ｈ）方程,对处于自由空间中的亚音螺旋桨声场进行预测。数值计算结果表明,与目前广泛运用的全表面公式（ＳＦＳＭ）、旧中间面公式（ＯＭＳＭ））相比,新发展的快速近似算法（ＮＭＳＭ）所需计算时间和计算机内存约为ＳＦＳＭ方法的５０％,ＯＭＳＭ方法的５０～６０％。若与跨音消失球法（ＴＣＳＭ）相比,所需ＣＰＵ时间只有ＴＣＳＭ法的１０～１３％;而且计算结果也在工程精度允许范围内。在螺旋桨工程设计初期以及所需精度不太高的场合,该法不失为一种可靠的快速算法。     

一种卫星精密星历的插值方法

在卫星各种应用中通常需要对卫星的星历进行插值,而且要求插值后星历精度仍保持与原轨道精度相当。本文采用在拉格朗日多项式插值方法基础上改进的Neville算法,对一颗低轨道地球卫星进行了仿真计算,分别对采用轨道根数和直角坐标速度形式的轨道进行插值。仿真结果表明选取合理的插值方法后,可以得到高精度的卫星星历,具有工程应用价值。     

基于距离子带的机载SAR高精度多级空变运动补偿

运动补偿（MOCO）是机载合成孔径雷达（SAR）获取高质量图像的关键,超高分辨率成像中,如何精确、高效地校正空变运动误差仍是很大的挑战。本文提出了一种改进的多级空变运动补偿方案,兼顾处理的精度和效率。首先,采用一步运动补偿法有效去除运动误差的距离空变分量,避免引起额外的距离徙动校正（RCMC）误差。同时,修正视线方向误差的传统计算方式,保证相位精度的前提下结合距离子带实现无插值的近似距离包络补偿。然后,利用距离子带降低残余方位空变误差的距离空变性和对方位时频关系的影响,显著改善宽波束情况下的聚焦效果,降低孔径依赖补偿算法的运算量。最终分辨率达到0.1 m,具有实际工程应用价值。点目标仿真和实测数据处理验证了所做的研究。     

Navier-Stokes方程积分表达式的有限元解法

本文采用定常不可压Navier-Stokes（NS）方程的积分表达式方法计算粘性流动问题,用线性三角形单元划分计算区域,建立了适当的迭代求解过程。本文改进了压力计算方法,用全变量松驰加快了收敛速度,用矩阵分块计算减小了内存限制,并可以通过对矩阵特性的分析更好地控制迭代过程的稳定性。     

层状介质平面交界裂纹的弹性波（P波和SV波）散射研究

 本文采用Fourier积分变换,将层状介质的弹性波传递矩阵法推广到含有平面交界裂纹层状介质的弹性渡散射问题,进而把散射问题转化为求解矩阵形式的对偶积分方程。作为特例,文中给出单一弹性层与半空间平面交界裂纹的弹性波散射远场模式,并计算几组不同材料组合情形下的远场模式幅频特性曲线,其数值结果表明幅频特性曲线有共振峰存在。     

Multi-frequency RCS Reduction Characteristics of Shape Stealth with MLFMA with Improved MMN

Three new control factors are presented for calculating the multipole mode number (MMN) efficiently and precisely. The effects of these control factors on the number of integral samples and the precision of multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) are investigated. A new approach based on control factors which is proven to be able to improve the computational efficiency and reduce the needed memory significantly as well as ensuring the proper precision. For three aircraft models, the improved MLFMA is employed to analyze their multi-frequency scattering characteristics. It is found that aircraft shape can influence radar cross section (RCS) in different frequency zones. Both the multi-frequency RCS reduction characteristics of shape stealth aircraft and the conventional aircraft with stealth design taken into account are investigated, and the results show that shape stealth exhibits significant RCS reduction in the resonance and high-frequency zones, and with a weaker influence in the Rayleigh zone. Compared with radar absorbing material (RAM), shape stealth yields a wider multi-frequency RCS reduction. The above-mentioned results can be applied to stealth design for multiple frequencies or even for all frequencies.     

机载斜视SAR改进ETF快速成像算法

 根据机载斜视SAR(Synthetic Aperture Radar)成像模式，详细推导了任意场景位置的准确传递函数，在此基础上，提出了一种改进的ETF（Exact Transfer Function）成像算法。并推导得到了算法使用中分块处理应该满足的边界条件。由于推导过程基于准确运动模型和参考距离模型，方位相位的计算不做近似截取而是做准确计算，使得该算法具有更高的相位精度。同时该算法可运行于现有的成像系统，兼容性好；对数据分块并行运算，解决了斜视情况下大距离徙动带来的问题并且提高了运算速度。最后，点目标仿真成像结果证明了算法的有效性。     

电大尺寸散射体的RCS计算方法研究

为了更加有效的求解电大目标散射计算问题,在避免谐振区效应情况下获得复杂目标的隐身雷达散射截面(RCS)特性,引用混合场积分方程(CFIE),在快速算法的求解迭代过程中采用共轭梯度算法(CG)的收敛技术,能够稳定的求解电大尺寸的RCS。计算和分析了金属球双站RCS和金属立方体双站RCS,并和精确计算、相关参考文献进行了比较,证明了方法的正确性,计算结果稳定,在工程实际上有较大的应用价值。     

Particle swarm optimization applied to hypersonic reentry trajectories

This paper presents the novel use of the particle swarm optimization(PSO)to generate the end-to-end trajectory for hypersonic reentry vehicles in a quite simple formulation.The velocitydependent bank angle profile is developed to reduce the search space of unknown parameters based on the constrained PSO algorithm.The path constraints are enforced by setting the fitness function to be infinite on condition that the particles violate the maximum allowable values.The PSO algorithm also provides a much easier means to satisfy the terminal conditions by adding penalty terms to the fitness function.Furthermore,the approximate reentry landing footprint is fast constructed by incorporating an interpolation model into the standardized bank angle profiles.Numerical simulations demonstrate that the PSO method is a feasible and flexible tool to generate the end-to-end trajectory and landing footprint for hypersonic reentry vehicles.     

连续短线段空间圆弧转接与插补

针对连续短线段高速加工控制需求,研究了利用空间圆弧转接实现高速插补的方法。建立了圆弧转接数学模型,研究了转接的几何约束和运动约束、转接参数计算、空间圆弧插补等相关理论与算法,并详细分析了算法的使用范围、效率制约因素和计算量等工程实现相关问题。仿真和加工实验表明:该转接算法能显著提高加工效率,减小振动,改善工件表面质量。作为空间圆弧转接算法基础的空间圆弧插补算法对空间任意平面内圆弧插补具有实用价值。本文所有算法已经在自主研发的数控平台上进行了验证,应用效果良好。     

数控系统中空间任意平面圆弧插补算法

以往的数控系统只能插补平行坐标平面的圆弧,本文根据坐标系旋转的原理,提出了一种可以插补任意平面圆弧曲线、且可以满足控制实时性要求的插补算法,以简化编程,提高加工精度。     

基于霍尔元件的永磁同步电机转子位置辨析

提出了一种改进的基于霍尔元件的永磁同步电机转子位置估计方法。利用牛顿插值法对霍尔元件提供的离散位置点进行曲线拟合,对位置信息进行预测、插值,从而估算出电机转子的实时位置信息。改进后的方法可以消除转子位置估算的阶跃现象,提供稳定可靠的转子位置信息,提高了闭环系统的稳定性。在Plecs仿真平台中对该算法进行了仿真验证,与传统转子位置估算方法进行了对比,仿真结果验证了该方法的有效性。     

小波插值在机载超宽带合成孔径雷达成像中的应用

 通过解方程构造一组424 整数小波,利用整数小波的尺度函数作为插值基函数, 进行波数域算法的Stolt 插值,整个插值过程中只有加法和移位运算,便于硬件实现。仿真计算验证了快速算法的有效性。     

多轴联动条件下插补速度实时可调的前瞻控制算法

针对目前多轴联动条件下S形加减速算法复杂,一条插补线段内最大进给速度不能实时可调的问题,提出了一种插补速度实时可调的前瞻控制算法。算法首先根据机床特性和线段夹角建立了小线段衔接处进给速度的约束条件,然后采用加速度跟随原理提出了最大进给速度连续可调的S形加减速控制方法,在此基础上设计了一种加速度自适应调整的前瞻处理算法。该算法在不降低轨迹插补精度的前提下,能以最大的速度通过线段的转接点,从而使整个线段插补过程具有高度的柔性和快速性,能满足现代数控系统对前瞻处理的实时性要求。结果表明该算法有效降低了机床运动时的振动,与传统速度规划算法相比,同等加工条件下,加工效率明显提高,工件表面质量也得到改善。