聚焦透镜天线焦斑宽度估算

根据惠更斯-菲涅耳原理,通过简单的推导,得出聚焦透镜天线焦平面上焦斑宽度的近似计算公式,并讨论了与焦平面平行的平面上的焦斑场.为证明该方法的计算精度及效率,设计了一个Ka波段聚焦透镜天线,并加工了两个天线样品进行比较.对两天线进行了平面近场扫描测试,采用近似公式计算得到的Ka波段聚焦透镜天线半功率点宽度与实验数据接近,表明文中给出的公式有一定工程参考作用.      

基于STK的空间目标可见光散射特性建模与仿真

为给天基光学观测系统的设计和性能研究提供数据支持, 建立了基于STK的天基 探测空间目标等效星等计算模型. 选用双向反射分布函数(BRDF)五参量计算模 型, 分析了空间目标面元的可见光散射特性; 根据目标几何结构尺寸和物性参 量等建立目标几何模型, 对该模型进行面元划分, 推导了空间目标在天基观测 系统入瞳处的等效星等计算公式; 结合卫星工具包(STK)提供的太阳、目标卫 星、观测卫星三者的关系数据, 建立了基于STK的易于求解的目标星等计算模 型, 对此模型进行实例仿真和分析, 并与漫反射计算模型进行比较. 结果表 明BRDF模型得到的辐照度曲线比漫反射模型更曲折且存在峰值现象, 更符合 目标表面材料的实际特性, 此外, 与STK的结合运用, 使其可更加方便快捷地获得目 标最佳观测时段及相应的等效星等.      

插值逼近结合FDTD法快速计算目标宽角度RCS

FDTD(Finite Difference Time Domain)法结合多项式插值逼近和样条函数插值逼近快速计算了三维目标的宽角度RCS(Radar Cross Section).引入插值逼近方法可以节省计算时间.在整个入射角度范围内选定若干个入射角,对不同的入射角,分别用FDTD法计算得到外推面上各点的切向电磁场值,进而得到这些场值随入射角度变化的插值函数,然后用插值函数计算出全入射角度范围内外推面上各点的切向电磁场值,最后通过近远场变换得到宽角度RCS.计算结果表明,在只有少数几个插值节点的情况下该方法就能很好地逼近FDTD法的精确计算结果,节省了计算时间.      

基于传输矩阵法的等离子体鞘套传输特性分析

引入分层模型传输矩阵法,分析高速临近空间飞行器等离子体鞘套传输特性.通过对典型飞行器模型进行纳维-斯托克斯方程组数值求解,仿真了等离子体鞘套的流场电子密度分布,分析了电磁波在等离子体鞘套内传输时的衰减常数,给出信号传输的反射系数和透射系数.基于传输矩阵法的仿真结果与理论分析结果和时域有限差分法仿真分析结果有良好的一致性,同时,该方法有效降低了计算复杂度,适用于任意电子密度分布和厚度的等离子体鞘套传输特性的数值求解.      

直升机机动飞行逆仿真研究

对直升机典型机动飞行做逆仿真数值计算与分析.逆仿真中采用了较为复杂的非线性飞行动力学模型,包括非均匀入流、机身非线性气动力以及包含机身运动耦合的旋翼挥舞运动与作用力模型.提出了与非线性模型相适应的逆仿真算法,并将组合迭代方法用于求解广义非线性代数方程组.对跨越障碍(pop-up)和180°水平转弯(level turn)机动进行机动性描述.以某型直升机为例,对跨越障碍和180°水平转弯两种典型的机动动作进行逆仿真计算与分析.     

固体火箭发动机燃烧室三维流动数值计算

采用k-ε双方程湍流模型,以SIMPLE计算程式求解翼柱型装药固体火箭发动机燃烧室内三维非定常不可压流N-S方程.在建立翼柱型装药简化模型的基础上采用边界标志法来表达燃面推移,采用从二维到三维的初场给定方法结合多重网格法求出了多个时间步的非稳态流场结构.计算结果表明燃烧室内旋涡运动呈现一定的空间与时间分布,周向加质导致燃气通道横断面上轴向速度分布的极不均衡.      

卫星介质深层充电的两类计算模型对比分析

计算模拟是评估航天器介质深层充电危害的重要研究方法之一. 通过粒子输运 模拟, 可以得到特定空间辐射环境下介质中的电荷沉积分布, 进而根据电位/电 场计算模型, 得到深层充电结果. 前期研究多是围绕RIC (辐射诱导电导率)模 型及其改进模型展开的, 而目前通常采用基于电流守恒定律的简单计算模型. 为了研究二者关系, 给出其各自求解方法, 并采用已发表数据对计算结果进行 验证; 从理论上阐述了后者是RIC模型的进一步简化, 只要二者考虑相同的介 质电导率, 则对应计算结果就是一致的; 结合GEO恶劣电子辐射环境下平板介 质模型在三类边界条件下的充电情况, 进行了充分的仿真验证. 相关结论为介 质深层充电效应评估提供了有益参考.      

射电天文望远镜的焦面阵设计

为使射电天文望远镜的视场得到扩大,分析望远镜的视场时对天线的反射面提出共形网格剖分法,对物理光学法的常规计算方法进行了改进,使计算精度得到提高,且剖分网格少.采用改进的算法计算了WSRT望远镜的焦面场,并根据计算结果设计了WSRT望远镜的致密焦面阵结构;用共轭匹配法对阵列单元加权、计算相应的远场方向图,并与采用单个馈源时的远场方向图作比较.结果表明采用致密焦面阵能扩大视场并保证视场连续,增益也得到提高.      

接收模式下加罩天线系统特性的快速电磁仿真

针对接收模式下电大尺寸的天线-天线罩系统电磁特性分析问题,提出了一种全波法和高频法结合的混合算法:积分方程/修正型表面积分+多层快速多极子(IE/MSI+MLFMA)方法.该方法将由高频方法MSI得到的天线罩内场分布作为天线阵列的激励场,再利用基于体-面混合积分方程(VSIE)和MLFMA的快速全波分析方法精确计算天线阵;同时应用球谐函数展开、预处理技术、混合并行等技术进一步改进算法的计算效率.同传统的全波数值法相比,该方法在保证计算精度、满足工程需要的前提下,解决了求解计算时间长、计算效率低的问题,实现了对电大尺寸天线-天线罩系统的快速、高效仿真.      

基于参数矩阵计算全体极小碰集的方法

极小碰集计算是基于模型诊断的关键步骤之一.针对参数化求解方法的局限性,以及大型系统诊断中由于状态空间规模增加导致诊断能力下降甚至无法诊断等问题,研究了一种非参数化极小碰集求解算法M-MHS(Matrix-based Minimal Hitting Set)算法.该算法利用参数矩阵描述元素与集合的关系,通过矩阵分解将原始问题逐步分解为多个子问题,并采用有效的剪枝规则避免对无解子问题的计算.仿真结果表明:该算法能够计算全体极小碰集,且在进行较大规模碰集计算时性能优于HSSE(Hitting Set-Set Enumeration)算法和去参数化后的BNB-HSSE(Branch and Bound-HSSE)算法,并对不同规律数据能够维持性能稳定,从而为大型系统基于模型诊断提供了可行方法.     

机载天线电磁兼容性分析

假定飞机腹部加装了某一形状的炮舱和矩形喇叭天线,用时域有限差分法(FDTD)分析了这样的外形对天线辐射特性的影响.通过对机身和天线之间不同相对位置下天线辐射特性的分析,得出了机载天线方向图的一些规律.     

FDTD方法的改进及在超声波声场计算中的应用

时域有限差分法(FDTD, Finite Difference Time Domain)是建立超声检测模型的有效手段,然而在相邻两种介质的分界面上,两种介质声阻抗的突变会引起差分计算的不稳定.为了解决上述问题,从常规FDTD方法入手,提出将界面两边介质的声学参数在界面处进行平均处理的方法,对FDTD方法进行了改进;然后分别采用常规FDTD方法和改进方法对相邻两种介质声阻抗相差5个数量级的模型进行了声场计算;最后对超声换能器进行了有限差分声场计算和实际检测实验对比.研究结果表明:改进的FDTD方法是超声波声场计算中一种有效可行的数值方法.     

旋转矢量法解的二义性及其消除方法

对旋转矢量法用于相控阵天线校准时的多解问题及其消除方法进行了研究.采用旋转矢量法对相控阵天线进行校准时会得到两组解,其中一组是伪解.通过理论推导对旋转矢量法中解的二义性进行了分析,给出了两组解的物理意义;然后通过对求解量进行变换给出了一种基于多轮测试的旋转矢量法解的二义性消除方法;最后通过理论分析和数值仿真对该方法的有效性进行了验证.结果表明,通过设置多组不同的初始相位分布,进行多轮旋转矢量测试,可有效消除解的二义性,该方法具有可操作性强、对测试系统要求低等优点.     

相控阵天线快速校准方法

相控阵天线的快速测量和校准一直是相控阵天线研究的热门问题。传统校准方法的测量速度较慢,不能满足大量工程需求的测量校准要求。针对实际工程应用需求,在对幅相求解算法研究的基础上,提出了一种基于幅度测量的快速校准方法--四相幅度校准法（FPC）。经理论分析,该方法的校准时间仅相当于采用6位数字移相器的旋转矢量法所花费校准时间的1/16。对四相幅度校准法、采用4位数字移相器的旋转矢量法和采用6位数字移相器的旋转矢量法的校准速度和校准精度做了对比试验,试验结果验证了四相幅度校准法的正确性和高效性。      

半球型介质加载的单极子天线的全波分析

对轴对称柱坐标的时域有限差分方法进行了详细的讨论 ,并将完全匹配层吸收边界条件推广到圆柱坐标系。使用时域有限差分方法对半球型介质加载的单极子天线进行了全波分析 ,给出了其S参数曲线和输入阻抗的数值计算结果 ,并与文献结果进行了比较 ,吻合较好。     

Vivaldi天线及其在宽带测量系统中的应用

介绍了一种宽频带的槽线天线即Vivaldi天线,论述了它的工作机理,它的性能与结构参数的关系,同时介绍了它与不同的馈电方式结合形成具有各自特点的不同形式的Vivaldi天线,用时域有限差分方法分析了一种Vivaldi天线的匹配特性,验证了它的宽带特性,最后阐述了Vivaldi天线在宽带测量系统中的应用。     

等离子体鞘层效应对磁层探测电场仪设计的影响

在空间环境探测中，卫星与等离子体的相互作用会改变背景环境的粒子和电位的分布，从而影响探测器对空间电场的测量.为了给磁层卫星电场探测仪器的研制和设计提供参考，本文以中国未来的磁层电离层探测为背景，针对不同轨道高度的等离子体环境，利用SPIS（Spacecraft Plasma Interaction Software）模拟了卫星平台和探针与等离子体的相互作用，从而得到了不同环境下卫星周围等离子体鞘层的厚度，以及探针电位与电流的对应关系.模拟结果表明:由于光电子和二次电子的影响，卫星鞘层的厚度小于等离子体的德拜半径，且温度越高其偏差越大；模拟得到的探针表面电流与电位的关系表明，施加偏置电流的探针可明显提高对电流扰动的抗干扰能力.此外，估计了不同轨道高度上探针处于最佳工作点时应施加偏置电流的大小.      

全天空流星雷达相位差监测分析方法研究

介绍了一种直接利用流星观测数据, 根据流星的时空分布特性和天线的空间布阵关系建立数学模型, 对全天空流星雷达各天线通道的相位差进行监测分析和估算的新方法. 通过分析全天空流星雷达的流星观测数据, 获得了流星时空分布特性, 天线阵相位差变化对流星空间分布的影响, 特别是流星高度分布的标准差特性与各天线相位差的关系. 在此基础上, 模拟研究了利用流星高度分布的标准差来估算天线相位差的偏差, 并应用于中国三亚地区全天空流星雷达进行相位差监测分析和校正. 结果表明, 新方法无需任何附加硬件, 通过日常观测数据就能对某一通道的相位差变化或多个通道的相位差变化进行估算和分析,相位差监测精度优于2°. 对这些相位差变化进行校正, 可有效提高全天空流星雷达对流星的定位测量精度.      

110 GHz~170 GHz天线平面近场测量系统

面对(110~170) GHz天线准确计量的需求，设计了一套基于机械臂自动扫描的(110~170) GHz天线平面近场测量系统，它由矢量网络分析仪、扩频模块、机械臂扫描架、小型光学平台、扫描探头等硬件组成，通过测量软件设置仪器参数,控制机械臂扫描轨迹，采集扫描面上测试点的幅度和相位，将近场采集的数据用付氏近远场变换算法还原成天线增益方向图。采用标准增益喇叭天线对该系统进行实验验证，并将近场测量结果与远场测量结果进行比较，结果表明该系统测量方向图主瓣最大偏差为0.25 dB，能够满足天线计量的需求。