基于数值方法的三维激光海面漫反射特性研究

为提高卫星海色遥感技术在实际应用中的效率,对不同海况下不同入射角度的三维激光海面漫反射特性进行了建模仿真计算,并在实验室条件下对激光入射波动水面后产生的散射场能量分布特性进行了研究。根据麦克斯韦尔方程和边界条件分析了散射场在各向分量间的耦合关系,矢量分解后得到了6个标量方程并用矩量法进行离散,给出了离散后的矩阵方程。用稀疏矩阵规则网格法(SMCG)求解矩阵方程,求解时采用共轭梯度法(CGM)计算。在对有限照射区域进行计算时,为减少边界效应产生的误差,用能量强度服从高斯分布的三维锥形波模拟入射激光束。仿真计算了不同粗糙度海面的三维双站散射系数,结果发现:对相同粗糙度海面模型,入射角度越小,粗糙面对激光的漫反射就越大,散射场的能量分布也越均匀。用实验对仿真结果进行验证,结果表明:与基尔霍夫近似(KA)和二维前后向迭代法(FBM)相比,该方法能准确表示波动水面的三维激光漫反射特性,为进一步研究三维激光海面漫反射特性奠定了基础。     

高斯粗糙表面电磁散射的曲率修正双尺度法

在传统双尺度法分析粗糙表面电磁散射特性的基础上，通过对大尺度切平面的曲率修正。给出了小入射角时改进双尺度法的计算模型。采用传统微扰法和基于圆柱曲面修正的微扰法，计算了实际粗糙面掠入射时的后向散射系数，并与有关测量值进行了比较。结果表明，在中、小入射角及掠入射条件下，基于曲率修正双尺度法的计算结果与实际值均较为相近，证明该方法有效。     

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。     

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。     

指数型分布粗糙地面电磁散射的FDTD研究

用Wang-Schmugge模型计算土壤介电常数,采用指数型粗糙面模拟实际的粗糙地面,用时域有限差分方法（FDTD）研究了指数型分布粗糙地面的电磁散射特性。通过数值计算获得了不同散射角时的双站散射系数,讨论了粗糙地面均方根、相关长度、土壤湿度和入射波波长对双站散射系数的影响。数值计算结果表明：粗糙地面高度均方根、相关长度、土壤湿度和入射波长对双站散射系数的影响复杂。     

不同风速下海洋粗糙面散射系数的计算

在考虑风速的条件下,计算了海洋粗糙面的散射特性。用矩量法(MOM)计算了一维介质海洋粗糙面在Durden-Vesecky功率谱下的散射系数,由此获得了一定风速时的双站散射系数。仿真结果表明,计算值与文献数据非常吻合。由计算的不同风速下双站散射系数可知,风速对海洋粗糙面散射特性的影响较大。在一定的海拔高度上,散射角相同(除后向散射方向外)时,风速越大,散射就越强。     

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。     

柔性双频段频率选择表面膜的模块化设计

本文设计了一种柔性双频段极化无关的频率选择表面膜，应用在玻璃表面形成频率选择性玻璃，用来屏蔽常见的Wi Fi等在公共且免费使用的微波频段的信号。所设计的结构工作频率分别为2.45GHz和5.5GHz。在工作频点处对电磁波的吸收能达到40dB。能够有效的阻止太空发电站的微波能量传输信号和室内Wi Fi信号的相互干扰问题。另外，分析了结构的几何参数和入射角度对结构吸波特性的影响，在入射角达到度45°时，仍具有良好的屏蔽效果，说明这种柔性膜可以应用在非平面的场合下。并用等效电路模型对结构进行分析，详细的介绍了等效电路元件参数的计算过程，之后用电子辅助设计软件进行电路仿真，电路仿真的结果和全波电磁仿真软件仿真结果一致。所设计的结构改善了之前频率选择表面一体化设计，透光率差和制造成本高的问题。透光率达到91%。此外所设计的结构是一种具有柔性的模块化薄膜结构，现实中安装实现起来更加的方便。     

海杂波后向散射频谱的研究

为研究导弹跟踪海面目标时的海杂波多径干扰,建立了用于数值仿真和半实物仿真的目标回波与海面杂波的多普勒频率及功率模型。理论仿真计算值与飞行试验数据的比较表明,所建的海面后向散射海杂波模型正确,可用于背景模型仿真。最后给出了一低空远界理论弹道主瓣杂波功率的仿真样例。     

一种基于微多普勒特征的海面角反射器干扰鉴别方法

角反射器是海面舰船对抗反舰导弹的一种重要的无源干扰。本文以漂浮式角反射器干扰和舰船为研究对象,根据耐波性理论,建立了海面目标的微动模型,并分析了它们的微动特征。采用散射中心模型,推导了海面目标横摇运动引入的雷达微多普勒信号模型,利用时频分析方法和一阶矩方法,提取了目标回波的瞬时多普勒和微多普勒。通过定义目标雷达回波的微多普勒主频率特征实现了角反射器干扰的有效鉴别。仿真计算表明,在信噪比大于0dB的条件下,角反射器干扰的正确鉴别率大于95%。     

一种新型宽带高增益多模导航天线设计

为了适应多模导航卫星系统的发展，文章设计了一种新型宽带高增益导航天线，能够覆盖北斗B1/B3、GPS L1/L2频段。天线采用折叠电磁偶极子的形式，具有较宽的阻抗匹配带宽。为提高圆极化辐射特性，采用四馈点形式，等幅度、相差90°馈电；端口直接激励到交叉十字形馈电结构，进而耦合到折叠偶极子，辐射圆极化电磁波。天线周围加入调试腔体，可对方向图辐射特性进行调整，且具有宽带高增益的特性。方向图在北斗B1/B3、GPS L1/L2频段内具有良好的一致性。在三维电磁仿真软件ANSYS HFSS中，建立天线的三维仿真模型，并进行仿真计算，在工作频段内，电压驻波比VSWR≤1.5，主辐射方向上交叉极化比不小于40dB，具有良好的圆极化纯度。在整个工作频段内，天线具有低后瓣特性，前后比不小于40dB，且右旋圆极化增益在主辐射方向图±60°范围内，不小于0dB，在多模卫星系统上具有较高的应用价值。     

基于改进二维分形海面模型的分层海面电磁散射分析

用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射。由改进的二维分形海面模型模拟实际的分层海面,导出了平面波入射时的散射系数计算公式。通过数值计算获得了不同散射角的HH极化双站散射系数,并讨论了中间介质介电常数与厚度、摩擦风速和入射波频率对双站散射系数的影响,得到改进的二维分形分层海面散射系数的基本特征、分区特征和随频率变化的特征。结果表明：散射系数近似具有＂量子化＂特征。     

受激光控制分解式固体微推力器内流动特性研究

建立了描述激光控制分解式固体微推力器内流动特性的计算模型,对激光微推力器内流动进行了数值计算,计算值与实验结果吻合较好。分析了气体粘性和压强对激光微推力器内流动特性的影响。结果表明,微推力器内流动受低压、小尺寸的综合影响,喷管喉径小于0.8 mm时,气体粘性对推力器性能影响显著增强;提高推力器内压强是减小粘性影响的一种有效手段。     

基尔霍夫近似下高斯粗糙面透射波散射系数的特征研究

根据基尔霍夫标量近似法给出了高斯粗糙面透射波的散射系数,通过数值计算获得了HH,VH,VV,HV不同极化状态透射波的散射系数随散射角、方位角及入射波频率变化的曲线,讨论了介电常数、粗糙面参数和入射波频率对不同极化状态透射波散射系数的影响,得到了高斯粗糙面透射波散射系数的特征.     

轮式自行越野载车的接近角和离去角的关系初探

简单介绍轮式自行越野载车的接近角(进入角)和离去角的大小对载车越野性能的影响,阐述了越野载车的接近角和离去角的确定原则及其匹配关系。指出越野载车的离去角应大于21.8°,接近角大于离去角3°～5°。     

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;     

腹支撑对飞行器高超声速试验结果影响的数值计算

用数值求解N-S方程模拟翼身组合体腹支撑干扰流场,研究了高超声速条件下腹支撑对飞行器流场、物面压力和整弹气动特性的影响。研究表明,腹支撑支杆对翼身组合体外形气动特性的影响,比我们通常概念中的影响要小得多,原因在于腹支杆不但在支杆附近产生激波,而且支杆的尾迹对后体及后体弹翼附近流场和表面压力带来很大的影响。腹支杆在支杆附近产生的激波对弹体的轴向力和法向力也产生正的影响,而支杆的尾迹对轴向力和法向力产生负的影响,它们之间的相对大小与来流攻角和Mach数有关,因此在一定的攻角条件下,反而引起轴向力和法向力下降。在本文计算外形和来流条件下,腹支杆的存在使α>1.5°以后的轴向力和α>4°以后的法向力反而下降,α<1.5°的轴向力和α<4°的法向力增大。α>1.5°以后由于支杆引起后体弹翼和弹身上载荷的下降,因此压力中心前移。Mach数越高,支杆的影响稍大。     

航天器太阳翼在轨光照角度建模及仿真分析

航天器太阳翼的输出功率受到光照条件的影响,与太阳光入射角θ（指太阳光与太阳翼法线的夹角,以下简称θ）密切相关（θ角取值0°～60°范围之间,输出功率与θ的余弦成正比）。为此建立了高精度的轨道数值计算模型、太阳位置计算模型、光照地影模型和不同姿态模式（航天器的飞行模式和太阳翼定向模式的多种组合模式）下的太阳光入射角计算模型。根据轨道和姿态条件,推算航天器在轨运行过程中太阳翼的太阳光入射角,分析太阳光入射角随时间的变化。仿真结果可用于计算太阳翼的发电功率,并为航天器和太阳翼的姿态控制提供参考。     

海面舰船复合场景电磁散射模型与应用研究

开展海上舰船目标复合场景电磁散射机理和模型研究对于海洋环境中的船只监测以及分类识别有着重要的指导意义。面向高分辨雷达对海探测需求,介绍了研究团队近年来针对海洋环境提出的一系列电磁散射模型,具体包括：1）针对海面电磁散射提出的毛细波修正面元散射模型,面元化的简化小斜率近似模型以及针对高海情海面提出的考虑破碎波影响的面元化散射模型;2）针对电大尺寸目标提出的几何光学/物理光学混合算法及其硬件加速实现方案;3）针对船海复合场景提出的面元散射模型与几何光学/物理光学混合方法。最后给出了电磁散射模型在海杂波特性仿真分析、电大尺寸目标雷达特性分析、目标及船海复合场景高分辨合成孔径雷达图像仿真与目标探测等中的应用。     

C频段的“推扫式”卫星扫描天线

该设计结合科研实际需求,研制了工作在C频段的“推扫式”卫星扫描天线。首先,从“推扫式”卫星扫描天线的原理出发,对所需要的环焦反射面进行了优化建模,提出一种新型扇形反射面圆角化的方案,并针对密集馈源阵进行分析。通过计算得到了馈源的位置坐标,在仿真软件GRASP中构造反射面天线的整体模型。为了使密集馈源阵的主波束满足设计指标,设计了遗传算法优化合成后的波束来实现对主波束的优化,通过改变馈源阵的幅相值以达到天线方向图的设计要求,利用仿真优化得到了C频段中心波束达到设计指标所需要的馈源阵规模。最后,对整体模型进行了加工组装。使用近场测量的方法在微波暗室中对天线进行测试,测试结果表明天线波束宽度为0.6°时,主波束效率为98.17%,大于98%,满足设计要求。