行星大气1~3000GHz微波-亚毫米波辐射模拟

为模拟行星大气在微波elax-elax亚毫米波波段的辐射传输特性,利用逐线积分方法计算行星大气中各气体成分在1~3000GHz的吸收系数.基于HITRAN数据库中各气体分子的跃迁频率及线强等参数,有效模拟了各气体分子在此频段内的吸收特征,并与常用的微波elax-elax亚毫米波大气辐射传输模式进行对比.分析地球大气的组成及特性,利用辐射传输方程模拟临边探测方式下不同频段的大气辐射亮温.研究结果可为后续地球乃至行星大气成分探测模拟、频带选择以及大气成分廓线反演提供模型及理论依据.      

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.      

旋转大气下火星探测器轨道捕获

针对大气辅助捕获下多次穿越的方式,分别建立探测器气动捕获段在静止大气和旋转大气模型下的轨道动力学方程并进行相应的动力学仿真,分析旋转大气对轨道捕获的影响.根据仿真结果,给出了在两种大气模型下完成目标捕获时,任务耗时以及探测器所受的热量、过载情况,通过给定不同目标轨道近火点高度,得出两种大气模型下卫星轨道的轨道参数变化形式.结论表明:当目标轨道近火点高度较低时,旋转大气对探测器轨道参数的变化形式影响较大,应该考虑旋转大气的影响.     

毫米波大气窗口在临近空间等离子体鞘套中的传播特性

针对飞行器再入和以高超声速在临近空间飞行时出现的通信黑障问题,依据RAM C提供的飞行试验数据建立等离子体鞘套模型,通过数值计算分析了等离子体厚度及等离子体碰撞频率和等离子体电子密度等参数对毫米波大气窗口传输的反射和衰减特性.综合分析表明,可以采用大气窗口35 GHz所在的Ka波段作为临近空间主通信平台,辅以大气窗口0.22 THz所在的太赫兹波段天基中继平台,以期实现飞行器在临近空间飞行时的实时测控.     

观测路径和光谱分辨率对吸收性气溶胶指数的影响

吸收性气溶胶指数（AAI）在监测污染物方面有较好的应用,其反演结果受边界层高度、云高、相对湿度以及仪器指标和观测几何路径等因素影响.利用大气辐射传输模型MODTRAN,对辐射传输方程中多次散射计算的不同近似方法和不同观测几何角度下的AAI进行模拟,研究这些因素对AAI结果的作用,并分析仪器光谱分辨率对AAI探测结果的影响.结果表明,折衷考虑计算效率与精度的情况下,应选择8流近似的离散坐标法进行带有多次散射计算的辐射方程解析.AAI在不同浓度和不同类型气溶胶下随观测角度变化的趋势相同:相对方位角<120°时,AAI误差在太阳天顶角和卫星方位角均为40°～60°时最大;相对方位角在120°～180°时误差均较小;光谱分辨率对AAI反演结果无明显影响.      

瑞利索莫菲衍射与物理光学积分的应用比较

针对准光学中电磁场传播的计算问题,研究了从不同角度出发所采用的瑞利索莫菲标量衍射积分公式和基于矢量的物理光学积分公式内在的一致性与区别.首先从物理概念上区分这两种积分方法,然后在平行口面间电磁场传播的条件下,讨论两种积分公式的一致性.借助高斯波束传播解析解作对比,分别应用两种积分方法实现了高斯波束传播的数值仿真,给出了二者在处理电磁场传播问题时的精度与处理矢量衍射时的不同应用.     

雷暴云准静电场和夜间低电离层的电离

用点电荷模型计算雷暴云突然放电后形成的准静电后形成的准静电场随高度的分布，以E/N（E的电场大小，N为大气密度）为输入参量，在一定条件下，对Boltzmann方程数值求解，计算电离层电子数密度的扰动。计算结果表明，在约70-90km之间，在约放电后的10ms内，准静电场大于中性大气的击穿电场，将引起大气的雪崩电离，从而引起夜间低电离层电子密度的显著增加，但这种电子密度的增加是暂的，在很短的时期内就恢复到平静时的水平，恢复时间随高度的变化而不同。     

长波定时ASF修正的GIS软件

论述的长波定时ASF修正的GIS软件能快速数字化可视化显示和调用服务区域的地形地理信息、大地电参数和大气折射率等多种数据源。使用此软件可以非常方便容易地用不同模型计算在广阔区域接收到的多个长波信号在各种典型路径上的ASF和地波传播时间延迟,并提高定时精度。     

Quantitative analyses of complexity and nonlinear trend of radio refractivity gradient in the troposphere

In this paper, the complexity and nonlinear trends of Radio Refractivity Gradient (RRG) in the troposphere over selected locations in Nigeria are analyzed and discussed extensively. The RRG is an important parameter in estimating path clearance and propagation effects such as ducting, surface reflection and multi-path on terrestrial line of-sights links. Also, radio wave signal propagating in the troposphere is affected by unpredictability of a weather condition which includes the variations of meteorological parameters such as temperature, pressure and relative humidity. The complex state of the atmosphere, which is the medium for the transmission of radio signals tend to have very strong influence such as scintillation and ducting on the quality of the radio signal, amplitude and phase. Variations in the meteorological parameters also induce variations in the refractive index of the atmosphere which in-turn results in the effect known as radio refractivity. For effective prediction and modeling of radio signal propagation, one should be able to characterize the nature and predictability of the computed RRG information. Chaotic Quantifiers (CQ) such as Phase Plot Reconstruction (PPR), Average Mutual Information (AMI), False Nearest Neighbor (FNN), Recurrence Plot (RP) and Recurrence Quantification Analyses (RQA) are used to assess the RRG. The information reveal, however, is based on the prediction techniques, design and frequency planning of microwave networks which may be useful for optimum performances during atmospheric turbulence.     

消除校准源近场测量中杂散波的快速方法

提出了一种基于快速逆衍射算法对辐射计温度校准源的近场测量中的杂散波进行分析和消除的方法.逆衍射算法是利用测量场计算逆向传播到源平面处的衍射场的方法.基于直接积分的快速傅里叶转换(FFT-DI,Fast-Fourier-Transform Direct Integration)算法和衍射高斯波束分析(DGBA,Diffracted Gaussian Beam Analysis)算法与逆衍射算法相结合得到快速逆衍射算法.根据快速逆衍射算法提出了近场测量的分析步骤,并且给出了滤除杂散波后的被测物体的衍射场,其验证了该方法的有效性.此外,为了达到更高的效率,建议将2种快速逆衍射算法结合使用.     

大气闪烁对近似无衍射激光通信系统的影响

在近似无衍射激光通信系统中,大气湍流的作用导致接收端光强起伏不定,这将对通信系统的误码率产生影响.以光强起伏的概率分布为基础,忽略系统中的其他噪声,推导出折射率结构常数、通信距离和激光波长等影响因素与误码率的关系式.通过计算机模拟,研究了误码率随折射率结构常数的变化规律,讨论了一定湍流强度下通信距离和激光波长对误码率的影响,并以10-9为误码率标准,确定了通信距离的允许范围.结果表明,合理地选择天气和日照条件、减小通信距离以及选择长波长的激光器可以减弱大气湍流对误码率的影响.      

重力波波包在耗散大气中的非线性传播

本文对具有高斯分布的重力波波包在耗散大气中的非线性传播过程进行数据模拟和分析,并与重力波波包在无耗大气中非线性传播的数值计算结果进行了比较,以辨明耗散在重力波非线性传播过程中所起的作用。     

瞬态空气等离子体场的全息术研究

采用双波长双脉冲激光全息术,对有激波存在下的空气放电现象进行了研究。建立了双波长电弧折射率场方程,推导出冲击波区的压强同折射率之间的关系式,得出电弧场的压强分布.曲线及等离子体区的温度分布和电子、离子、原子、分子等粒子的数密度分布。     

重力波非线性传播过程中的饱和与破碎

采用水平方向的显式算法与垂直方向的隐式算法相结合的时间分裂法,建立了二维可压缩大气中重力波非线性传播的数值模式.用本模式对小振幅重力波传播过程的模拟结果与线性重力波理论预测的结果吻合很好,从而验证了本模式的正确性.我们用此模式模拟了有限振幅重力波在非线性传播过程中的饱和与破碎,结果表明,(1)翻转出现在饱和之前,但向破碎演化仍需要一段时间,由于非线性波-波和波-流相互作用使得非线性数值模拟的饱和高度(出现时间)高(早)于线性饱和理论预测的结果;(2)重力波在不稳定之前已经有能量向背景场中转移,破碎直接导致非线性波-波相互作用,造成能量向小尺度短波上转移;(3)背景风场的加速方向,形成射流的方向与重力波的水平传播方向一致,表明重力波与背景流的非线性相互作用加剧了背景风剪切和不稳定性的发展.      

火星大气模型参数对MSL气动特性的影响

火星大气与地球大气截然不同,飞行器在进入火星时气动特性不同于地球再入. 大气模型的差异主要表现为气体组份、密度和温度等物理参数. 针对火星进入器MSL在进入-下降-着陆过程中的高超声速进入段,利用三维并行程序求解耦合真实气体模型的流体动力学Navier-Stokes方程,分析MSL进入火星大气时大气模型参数对进入器气动特性的影响. 结果表明,通过与海盗号飞行数据的对比,验证了所采用的火星气体模型和计算方法,且其与NASA的 LAURA代码气动特性计算结果也较为一致;大气模型气体性质,即CO₂环境对进入器阻力系数和俯仰力矩系数影响较大,利用空气得到的计算和实验数据必须考虑CO₂效应;密度增大促进了化学非平衡效应,但对进入器气动特性基本没有影响;温度升高大大增强了化学非平衡效应,而对进入器气动特性影响较小.      

Interaction of oblique wave beam with ionospheric layer F2

Interaction of a powerful obliquely incident wave beam of decameter radio waves with the ionospheric F2 layer is analyzed. Much like the linear case, propagation through the natural anti-waveguide layer F2 splits the initial beam. Some part of its energy leaks through the ionospheric layer, the other part goes back along a downward trajectory. However, nonlinearity leads to further stratification of the ionospheric layer. A new feature, in comparison with the linear case, is appearing a narrow waveguide beneath the F2 layer maximum which traps a small part of the beam energy. We study the relationship between these parts of the wave field in a simplified model of parabolic F2 layer, with nonlinearity caused by thermal plasma expulsion from the high field intensity region. Analytical results are supplemented with numerical estimates of the effects.