复杂海面电磁散射的修正面元模型

针对合成孔径雷达成像系统中,利用传统面元模型在含泡沫的复杂海面环境下得到的面元后向散射场误差较大,导致成像模糊的问题,提出了一种复杂海面电磁散射的修正面元(MFM)模型。首先建立精确的海水介电模型来计算含泡沫海面介电常数;然后基于Elfouhaily海谱模型生成具体的海面样本,并将其划分成一个个小面元;最后计算出各面元的散射场,将其叠加得到海面样本的散射结果。与实测数据的对比表明,传统面元模型在大入射角时的仿真结果出现衰减现象,而加入泡沫的修正面元模型将使衰减降低近10dB,增强了与实测数据的吻合度。采用MFM模型对海面电磁散射特性及布儒斯特效应进行实验,结果表明:风速对海面布儒斯特效应影响较大,在P波段当风速由4m/s增大至10m/s时,布儒斯特效应减弱85%左右。     

主动雷达海面箔条云回波信号的仿真方法

为了评估多径效应对海面箔条云的影响并对主动雷达海面箔条云回波进行信号仿真,研究了主动雷达海面箔条云回波信号的仿真方法,并基于箔条云相干散射特性的概率模型,提出了多径条件下箔条云散射特性及回波信号的仿真方法,对在天线方向图作用下的箔条云有效散射因子以及海面多径效应的影响进行了定量的描述,得到了数值仿真结果,研究结果表明与自由空间内箔条云的回波相比,海面布放的箔条云可能获得4倍的功率增益,数值仿真结果和实测数据的比较说明了该仿真方法的有效性。     

主动雷达海面箔条云回波信号的仿真方法

为了评估多径效应对海面箔条云的影响并对主动雷达海面箔条云回波进行信号仿真,研究了主动雷达海面箔条云回波信号的仿真方法,并基于箔条云相干散射特性的概率模型,提出了多径条件下箔条云散射特性及回波信号的仿真方法,对在天线方向图作用下的箔条云有效散射因子以及海面多径效应的影响进行了定量的描述,得到了数值仿真结果,研究结果表明与自由空间内箔条云的回波相比,海面布放的箔条云可能获得4倍的功率增益,数值仿真结果和实测数据的比较说明了该仿真方法的有效性。     

二维改进的分形模型在海面电磁散射中的应用

针对分形海面模型的功率谱在空间波数小于基波波数时不能满足正幂率的问题,提出了一种统计模型和归一化带限Weierstrass分形模型相结合的二维海面模型,确定了方向海谱的闭式解。在满足基尔霍夫近似的条件下推导了改进海面模型的散射系数和散射强度系数的闭式解。从仿真结果可知:所得功率谱与PM谱和南海的实测数据都拟合的很好,验证了该模型的正确性,并且海面的分形特性也能在散射信号中得到很好的表现。     

海表面流场微波遥感研究进展及其关键技术问题分析

海表面流场是海洋学中十分重要的研究对象,本文综述了海表面流场微波遥感所涉及的海表面建模、计算电磁学、合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)海面成像及SAR信号等基础研究领域,梳理了海表面流场微波反演的研究进展,分析了目前已有反演方法的利弊并找出待研究的科学问题,逐一剖析这些问题并提出解决方法。针对海表面流场微波遥感中有待解决的在动态海表面建模中如何引入海表面流场因素、运动海面电磁散射特征的表征中如何选取参数和反演过程中需要注意的图像分辨率等问题,提出了研究策略,指明了海表面流场微波遥感的技术路线和研究方向,最后对海表面流反演工作进行了展望,探讨了高分辨率海流反演的下一步工作。     

高速飞行器气动光学传输效应的工程计算方法

气动光学传输效应对飞行器光学成像探测系统的性能有着十分重要的影响，它使探测器接受的图像产生偏移、抖动和模糊。文章分析了目标光线通过流场时的光学传输特性，建立了流场光学传输特性的工程计算模型，描述了气动光学传输效应对成像探测系统影响的经验模型。在此基础上，对气动光学传输效应产生的像偏移、抖动和模糊进行了数值仿真，仿真结果表明，气动光学传输效应对成像探测系统的影响与飞行器的飞行参数、成像探测系统参数和探测器积分时间等密切相关。     

极寒条件下油浸式变压器冷启动过程温度场和流场仿真分析

国内外针对极寒条件下变压器油纸绝缘的击穿特性研究已取得了丰富的实验数据,但对极寒条件下变压器冷启动过程中温度场和流场的研究较少。为探究极寒条件下油浸式变压器冷启动过程中温度场和流场的分布情况,本文以云南通变电器有限公司生产的SFZ11-10000/35型35kV油浸式风冷变压器为例,利用COMSOL建立其二维轴对称导热模型,对极寒条件下变压器冷启动过程中的温度场和流场进行仿真模拟,并设计实验验证了模型数值计算的正确性。仿真结果表明：冷启动过程中,铁芯和绕组上方形成多个小范围油流循环区域,随冷启动的进行小范围油流循环不断扩大并融合成一个大范围油流循环,420min以后温度场和流场逐渐趋于稳定,最高温度为64℃,最大速度为91mm/s,局部存在的较大温度场和流场梯度造成变压器内温度分布不均和油流不稳定现象的出现。     

粗糙海面对空气中声源激发水下声场的影响

提出一种计算粗糙海面条件下空气中声源激发水下声场的方法,并通过数值仿真研究粗糙海面对水下声场的影响.在波数积分模型的基础上,采用微扰法将声场分为平均声场和散射声场之和.其中,平均声场采用国际流行的波数积分模型OAST计算,散射声场采用自相容扰动法计算.对不同风速、不同声源频率条件下的声场进行仿真,结果表明风速越大、声源频率越高,总声压变化范围越大,同时,水下接收到的平均声压和均方声压受到的影响越大.     

基于船舶运动的微波多普勒海面回波模拟与分析

根据船载雷达探测海面时的工作特点,深入研究走航状态下微波段电磁波与海表面的作用机理.根据线性波浪理论和船舶运动规律,建立了基于时变海面的船舶运动模型,并通过与实测数据对比验证了模型的有效性.采用小斜率近似法计算海面的电磁散射,仿真得到走航状态下微波段海面散射回波,并分析了不同船舶运动方式对回波多普勒谱的影响.通过采用空间海浪反演算法验证仿真结果,证明了回波模拟算法的正确性.结果表明船舶运动导致回波统计特征发生明显变化,该结论为船载平台下海面后向散射回波研究与海浪反演算法改进提供了先验信息与理论模型.     

基于PIV试验的水介质液力偶合器涡轮流场仿真评价

为揭示水介质液力偶合器涡轮流场的特征及演化规律,基于计算流体动力学(CFD)技术,采用4种湍流模型(DES、DDES、IDDES、LES)仿真制动和牵引工况下的涡轮流场结构.通过粒子图像测速(PIV)试验,采用静态、动态图像标定方法实测涡轮流场图像.通过PIV流场试验结果与CFD仿真结果的对比评价4种湍流模型的适用性.结果表明:制动工况下,LES模型对主流区域多尺度漩涡流场结构的仿真结果趋于真实,流速为3. 52～3. 81 m/s,涡量为480～540 s-1; IDDES模型对叶片近壁面区域流速场的仿真表现卓越,流速为3. 14～3. 51 m/s,而DES模型对该区域内涡量场的仿真较好,涡量为500～570 s-1.牵引工况下,DDES和IDDES模型的仿真结果失真; DES模型对主流区域漩涡流场结构的仿真效果不如LES模型,但是能够体现多尺度涡旋沿圆周方向运动的基本趋势; LES模型的仿真结果与PIV试验结果吻合,能够体现沿圆周方向运动的多尺度涡旋之间的相互混合作用,流速为1. 40～3. 60 m/s,涡量为30～130 s-1.研究结果可为精确仿真液力偶合器涡轮流场提供一定的技术指导.     

水平式金属管浮子流量计的仿真与实验

利用基于计算流体力学的流量传感器设计方法实现了对适合安装于水平管道的特殊结构的金属管浮子流量计三维湍流流场的数值仿真研究．流场仿真所需的模型采用GAMBIT软件建立，通过FLUNT软件进行仿真，仿真过程中利用受力平衡来控制计算精度．数值仿真结果和物理实验结果比较，浮子受力平衡误差绝对值为2．01％时，流量误差绝对值为0．70％，证实了仿真结果的准确性．同时，利用流场仿真信息对流量传感器结构做了进一步的优化，解决了水平式金属管浮子流量计在大流量下的浮子振动问题．     

高速列车头车外流场气动噪声的仿真与实验研究

针对高速列车的头车进行全尺寸三维模型和流场流域的创建,并通过k-ε湍流模型计算稳态流场;在稳态流场的基础上,采用宽频带噪声模型计算头车表面的气动噪声源;利用大涡模拟(LES)方法计算瞬态流场,进而获取车身外表面的脉动压力;再基于瞬态流场,采用Lighthill声类比理论研究头车远场气动噪声的计算.最后,比较气动噪声的仿真分析结果与实地试验结果,验证了仿真结果的正确性.     

基于物理模型的动态海面电磁仿真方法研究

针对微波海洋遥感中复杂海面电磁环境难以准确建模的问题,给出了粗糙海面及目标的电磁仿真方法。通过海浪谱模型建立了与实际情况相符的三维海面,设置相应的电磁参数,准确复现海洋环境。采用时域有限差分方法(FDTD),将空间和时间离散化并进行迭代运算,计算动态实时的电磁分布状态。最后通过仿真对海面模型进行验证,并给出了相应的电磁分布状态。结果表明,该方法能够有效实现完整的海洋电磁散射仿真系统。     

基于电磁散射模型的宽带雷达海杂波特性分析

宽带雷达在抗干扰、目标识别与跟踪等方面具有独特优势。基于粗糙面电磁散射模型对宽带雷达海杂波特性进行了分析。首先利用PM谱函数建立二维海洋粗糙面,引入锥形入射波来克服粗糙面的边缘衍射;然后利用物理光学电磁散射模型,并结合子带合成法,得到宽带条件下散射单元的杂波幅度;最后对宽带雷达杂波回波信号进行建模与仿真,得到海面环境杂波的频谱特性和一维距离像,进而分析了雷达工作带宽、入射擦地角和海面风速对海杂波特性的影响。仿真结果表明:雷达工作带宽增加,入射擦地角减小,海杂波回波幅值均有明显下降,而海面风速对海杂波幅值影响不太明显。     

PDC钻头条件下圆喷嘴撞击射流井底流场的数值模拟

为了研究ＰＤＣ钻头条件下圆喷嘴射流撞击井底流场的基本规律，在分析ＰＤＣ钻头的基本水力结构特点的基础上，建立了ＰＤＣ钻头条件下并底结构的物理模型。采用ｋ－ε双方程模型封闭湍流Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，利用求解压力耦合方程的半隐式方法，对这一物理模型条件下的流场进行了数值模拟，并将数值结果与实验研究结果进行了对比。结果表明，所建立的控制方程、控制条件以及所采用的数值方法是合理的根据数值结果，研究了ＰＤＣ钻头条件下，射流撞击井底时的流场结构、轴心速度变化规律以及井底漫流的流动规律。     

海面散射信号的分形分析及分形维数估计

针对经典分形海面模型的功率谱在空间波数小于基波波数时不能满足正幂率的问题,提出了一种同时具有海浪稳态和瞬态特性的海面模型.该模型将Longuet-Higgins模型和归一化带限WM分形海面模型相结合,解决了分形海面模型不考虑从其他方向传来的涌浪问题.研究了增加涌浪后的分形海面所获得的散射信号的分形特性,从数学上证明了增加涌浪后的二维分形海面所获得的随时间变化的散射信号是分形的,确定了其分形维数的上下界,并进行了仿真验证.仿真结果表明:该散射信号的分形特性几乎不受海面和雷达状态的影响,分形维数是海面内在的固有参量.     

基于单相LBM模拟大平板反重力充型过程

采用单相格子Boltzmann方法研究大平板的反重力充型过程,该模型不需考虑气相格子的变化,从而提高了计算效率.针对该方法,本文新提出了一种权重系数重新分配的方法来处理格点中的液相排出及分配问题.首先用该模型计算了单浇口条件下的大平板型腔反重力充填过程,以相同参数下的高速相机成像的水力充填实验为参照,数值模拟的流场特征及流体形态与实验结果吻合良好.另外,还采用线速度分布云图,并提出了自由表面的高度差判据来分析充型过程中的流场区域特征和流体平稳程度.在此基础上,继续用该模型研究了双浇口和圆柱扰流条件下的大平板反重力充型过程.双浇口条件下由于浇道间的互相影响,流场中形成的漩涡多于单浇口;圆柱扰流条件下的充填方式会降低流体的晃动程度,提高充型的稳定性.     

海面反射特性研究

建立目标的红外热成像理论模型是国内外有关研究机构的热点之一。在军事目标红外理论建模研究红外热像的成像过程中,海天背景与舰船的红外辐射场的相互作用尤为重要。其中需解决的关键问题和技术难点便是在成像过程中舰船辐射场在海面上的反射成分的计算。作者较为详细地讨论了海面的反射特性,计算了平静海成和Ｃｏｘ－Ｍｕｎｋ海面对特定红外波段（３－５ｕｍ）入射光的反射,并对两种模型进行了比较,分析了Ｃｏｘ－Ｍｕｎｋ海面     

基于二阶谱的海面微波散射特性仿真

基于波面的二阶谱特征,研究了粗糙海面后向散射特性并进行了数值仿真。仿真结果表明,在散射模型中考虑海浪波面的二阶谱特征时,海面微波后向散射特性呈现出随方位角和入射角等参量变化的差异,体现了粗糙海面的非线性效应。     

三维激光成像探测系统建模与仿真

 激光成像探测系统仿真是评估现有激光成像系统的性能及开发新型激光成像探测技术的有效手段。研究激光脉冲回波信号特性并建立数学模型是应用回波信号检测技术处理回波,进行激光成像系统仿真的关键。为此以激光发射脉冲模型为基础对激光脉冲回波信号的建模过程和基于单位冲激响应的目标散射特性建模方法作了详尽的推导和描述,并建立检测算法模型,最后依据目标成像模板采用单元回波探测线阵化方式进行了推帚式三维激光成像仿真。结果表明,该仿真系统可实现不同探测条件下线阵推帚式激光成像的有效仿真。