高空核爆下的短波通信

高空核爆炸会产生附加电离区,给短波通信系统带来了严重的影响。本文基于国际参考电离层模型（IRI）、瞬发核辐射和缓发核辐射产生的大气电离模型,利用射线追踪方法,对高空核爆炸下,不同核爆当量、不同频段、不同通讯位置、不同发射仰角情况的短波通信进行了数值模拟和定量分析,给出了两组核爆当量下,可通信的时间、短波频段及其适宜发射仰角。结果表明,当量越大,核爆炸产生的影响时间越长;高频段、距爆心距离相对较远的短波通信效果较好。文章还介绍了模拟结果中几类典型的高空核爆炸下的射线传播状况。     

电磁波在周期调制等离子体上的共振反射

本文研究了高频电磁波在均匀无磁化等离子体中传播时,由于传播方向上有限区域内存在常幅密度扰动驻波引起的共振折反射现象.从等离子体流体方程组出发,导出适于描述常幅密度扰动驻波影响下的电磁波传播方程;并对各种情况详细求解该方程得到折反射系数的解析表达式.     

海洋上大气波导中电磁波传播损耗的误差分析和敏感性试验

为了分析电磁波在海洋波导环境中的传播损耗情况,建立了海洋波导环境中典型的五参数经验模型.讨论了利用地型抛物方程求解时将海平面作为理想导体处理与实际情况的误差,对参数变化导致电磁波传播损耗的变化进行了敏感性分析.结果表明,对于在高频工作的无线电系统,可将海平面作为理想导体近似处理;五参数对电磁波传播损耗变化的敏感性各不相同,存在蒸发波导时,蒸发波导的厚度对电磁波传播损耗变化最为敏感,而存在表面波导时,波导底的高度对电磁波传播损耗变化最为敏感.     

球坐标中的折射指数方程

討論电磁波在地球电离层和磁层中传播的問題时,通常应用射线理論,将电离层和磁层作为水平分层、緩变的磁离子介质来处理,并广泛应用到Appleton-Hartee公式和Booker方程。对于以哨声方式在磁层中传播的甚低頻(VLF)电磁波,严格地講,应当用全波理論来研究,但是,大多数作者仍采用射綫理論来近似处理。然而,由于甚低頻电磁波的波长較长,地球的球面性将会对传播特征产生明显的影响,介质不宜再视为水平分层的緩变介质,Calejs曾对該問題作过一些討論。我們認为,在考虑到地球的球面性以后,Appleton-Hartree公式和Booker方程不再适用,必須要作相应的改变。本文的目的,就是导出球坐标中的折射指数方程,进而可以由此方程来討論甚低頻电磁波在磁层中的传播特征。假設磁层是連續、緩变的磁离子介质,等电子浓度面是以地心为中心的球面。在球坐标(r,θ,ψ)中,在磁子午面中传播的电磁波,場的每个分量都正比于:     

一类渐变介质的反射系数

一、引言研究波自渐变介质的反射无论在电磁波传播问题中或是水声传播问题中均具有很重要的意义。在电磁波传播中,电离层及对流层常常可以视为渐变介质。在水声传播问题中,海水本身是渐变介质,而海底介质有时也近似是渐变介质。此外,某些消波结构系统(例如电磁波中的涂层,声波中的尖劈)也可作为渐变吸收层来处理。因此,研究波自渐变介质的反射具有理论上和实用上的意义。在这方面前人已经作过许多重要的工作(例如文[5]中所引的工作)。在声学问题中,过去主要是讨论声速分层变化的介质的反射。最近,在文[6]中讨论了声速与密度同时为分层变化的反射问题。在本文中我们根据文[6]中的方法讨论了一类渐变介质的反射系数,渐变层中的声速与密度均为指数变化形式(介质情况如图1),导出了反射系数的表示式,对某些特殊情况作了分析,对垂直入射情况作了数值计算,并且与W.K.B.近似结果进行了比较。     

设计模式在通用高频射线追踪软件中的应用

高频射线追踪是研究短波通信和高频雷达的重要技术,设计模式是面向对象技术的最新进展之一.本文介绍了面向对象的设计目标、设计模式的原则和策略,描述了高频通用射线追踪的基本理论及软件编写的结构和主要功能.以此为基础,通过UML类图示例,详细论述了多个设计模式在高频射线追踪中的应用.最后重新设计了通用高频射线追踪软件.     

舰船摇摆对舰载火箭初始扰动影响的多因素分析

为研究舰载火箭由于舰船摇摆而产生的过载对其发射时初始扰动产生的影响,设计虚拟正交试验来仿真计算舰载火箭在不同状态下的初始扰动,并通过多因素极差分析得到海况、迎浪角、发射仰角和发射装置在舰船甲板的安装位置4种影响因素对舰载火箭初始扰动的影响程度.仿真结果表明,4个因素对初始扰动的影响都不可忽略,对初始扰动影响程度由重到轻依次为发射仰角、海况、迎浪角和安装位置.     

速度分布对气体超声流量计声传播规律的影响

气体超声流量计广泛应用于天然气贸易计量,在实际工业现场,由于流态和流速的不同,使得超声波传播特性呈现不同的规律.为了研究这一规律的变化特征,文中提出了一种基于COMSOL仿真的射线追踪方法来模拟单声道气体超声流量计的测量过程,并验证了该仿真方法的正确性.选取充分发展湍流和单弯头下游的速度分布为研究对象,以5个不同的速度点为入口流速,讨论超声波传播轨迹、传播时间、轨迹偏移量、声压分布等参数随流速、流态的变化规律,进而分析其对流量测量的影响,提出一种改善测量误差的修正方法,使测量误差最大降低约4%,,达到修正效果.     

基于无源信标的天波OTHR目标跟踪

为了削弱电离层分层结构引起的"多径"效应,减小电离层高度难以准确获取带来的跟踪误差,提出了基于无源信标的目标跟踪方法。通过雷达发射高频信号,建立等效电离层传播模型,并利用无源信标修正电离层高度,其中跟踪过程分为两个阶段:先进行初次跟踪,将跟踪结果与信标对比,反演出等效电离层虚高,再利用修正虚高跟踪未知目标。针对实测数据的分析结果表明,与多假设航迹融合算法相比,本方法具有更高的精确性和适应性。     

半电波暗室归一化场地衰减的分频段仿真

半电波暗室30MHz～1000MHz频段的NSA仿真,以往采用单一方法,往往造成低频端或高频端模拟偏差超标。考虑波长接近吸波体尺寸时,吸波体内部的电磁波吸收和反射影响显著;波长远小于吸波体尺寸时,其影响可以忽略,确定采取分频段仿真。在30MHz～200MHz采用有限元法计算,在200MHz～1000MHz采用射线跟踪法计算。低频段使用分层模型模拟吸波体对电磁波的吸收和反射;高频段分析了反射路径和反射率。仿真与实测结果趋势一致,且与NSA理论标准值的偏差不超过±4dB。表明分频段仿真预测半电波暗室的NSA特性可行。     

气体绝缘开关直线和T型结构中电磁波传播特性的仿真

采用有限时域差分法(FDTD)对由局部放电产生的电磁波在GIS典型结构(直线和T型结构)中的传播特性进行了仿真研免通过设置不同的电磁波激发方向、对比不同测量角度的信号时域和频域特征、以及比较两种结构的仿真结果,获得了TEM模波和TE模波在直线和T型结构中的传播特性,以及T型结构产生的反射波特征等.仿真结果表明:电磁波信号在GIS典型腔体中传播时,信号峰峰值和能量受模波速度色散效应的影响,在离激励源较近时衰减较大,远离激励源时衰减较小;T型结构会发生模式转变效应,将在反射和前行电磁波中产生新的模波分量;TEM模波无截止频率,其传播不受结构的影响,在GIS同轴腔体中传播衰减较小.     

GNSS掩星电离层观测的模拟试验

利用真实的电离层GNSS掩星轨道数据，采用全球3D射线追踪程序，从笛卡尔坐标系下的三维Haselgrove方程和Budden方程出发，利用“打靶”的方法来确定从指定的GNSS位置到指定的低轨卫星位置正确的射线路径，进而模拟出电离层对GNSS信号的时间延迟。然后，通过反演得到了电子密度剖面。分别 模拟了太阳活动对GNSS掩星信号电离层时延的影响，以及GNSS掩星信号电离层时延的年变化和日变化情况，结果发现太阳活动对电离层GNSS信号时延有较大影响，GNSS掩星信号电离层时延在一年和一天中都有较大起伏。     

电离层延迟色散对星载SAR宽带信号的影响和补偿研究

在研究电离层对电磁波信号传输影响的基础上,重点分析了电离层延迟对星载SAR(合成孔径雷达)宽带信号的色散影响.电磁波经过电离层传输后,对不同频率的信号造成的时间延迟不同,所以宽带SAR信号经过电离层后会引起波形的畸变.详细推导了经过电离层传输后的雷达回波表达式,并且在该回波表达式的基础之上,提出了基于该色散信号的改进匹配滤波器.改进后的匹配滤波器可以成功地将受电离层色散效应影响的信号补偿为正常SAR回波信号.仿真证明了该补偿方法的正确性,从仿真结果中可以看出信号的色散效应在补偿之后得到了明显的消除.     

湍流介质中传播的脉冲时间展宽特性

脉冲信号通过诸如电离层等湍流介质传播时, 受来自介质背景和分布其中的不规则体的色散和散射的影响, 将导致波形形变. 均方脉冲宽度将发生改变, 导致时域内的展宽效应. 利用最近由迭代方法而得到的双频互相干函数的解析解, 从理论分析和数值模拟两方面研究了脉冲的时间展宽特性. 作为例子, 详细研究了穿透电离层传播的情况. 结果表明在大多数情况下展宽的贡献主要来自于背景电离层的色散和电子浓度不规则体的散射效应.     

基于磁流变液的共振腔周期结构吸声特性研究

以实现低频可变频噪声控制为目标,研究了声波在填充磁流变液的共振腔周期结构中的传播特性。首先利用Biot理论和声电类比法建立了声波在该结构中传播的理论模型,计算声波传播的传递损失;然后通过COMSOL有限元仿真验证了传递损失曲线的正确性;最后通过数学模型求解并分析了外加磁场对改变结构参数调节吸声工作频率的影响。外加磁场强度增加时,共振腔周期结构的带隙中心频率向高频移动,变频范围为394 Hz;最小传递损失峰值为28.56 dB;腔体体积、颈部长度减小,颈部截面积增大使带隙中心频率向高频移动。该结构低频吸声效果良好,外加磁场对该结构有良好的变频调控作用,随着外加磁场强度增加,结构参数变化产生的变频效果略有增加。     

平面电磁波在高空电离层中的传播

通过对等离子体电磁性质的讨论，研究平面电磁波在高空电离层中的传播，并对平面电磁波在电离层中的反射和的射现象做出了简单描述。     

金属涂敷层对圆波导传输特性的影响分析

建立了金属圆波导中电磁模式的特征方程,通过特征方程研究了涂敷层电导率和厚度对电磁波传播特性的影响规律.先从圆波导中电磁波满足的场方程及边界条件出发,推导了在波导壁电导率及厚度有限、内壁具有金属涂敷层时满足传播常数的圆波导特征方程,并得到了各模式传播常数的近似解析式.通过近似解析式和数值法求解特征方程,得出金属涂敷层的厚度及电导率对衰减常数及相位常数的影响规律,解析解与数值解的结果具有很好的一致性.研究结果表明,金属涂覆层厚度在小于2倍趋肤厚度时对电磁波传播特性影响最大,在大于3倍趋肤厚度时趋于稳定值.     

柱状成层介质中倾斜线圈响应的模拟及其在电磁波传播随钻测量中的应用

基于解析表达方式模拟柱状成层介质中含倾斜线圈电磁波传播随钻测量仪器的响应,并采用递推矩阵算法求解。利用解析式分析金属钻铤、线圈倾角和井眼的影响规律,并对线圈系的径向探测特性进行分析。计算结果表明:无论线圈倾斜与否,金属钻铤对相位差和幅度比的影响均可看作恒定;无论地层电导率是高还是低,当发射线圈倾角为0°时,接收线圈倾角的变化对相位差没有明显影响,当发射线圈倾角不等于0°时,接收线圈倾角的变化对相位差和幅度比产生复杂的影响;井眼对具有不同倾角线圈系响应的影响程度不同,线圈系倾角为0°时影响最小;具有不同倾角线圈系的信号随侵入半径变化的规律存在差别,当发射线圈与接收线圈的倾角相同时接收信号随侵入半径变化的规律最复杂。     

一种电波折射订正方法及其在高空风探测中的应用

为提高无线电测风的精度,在根据二维射线追踪法的基础上,建立了适用于球面分层大气的电波折射高精度在线订正方法,并对电波折射误差及高空风探测误差进行了模拟计算和分析.结果表明,电波折射产生的仰角、斜距和高度误差通常为正值,3类误差均随仰角减小和斜距增大而增大;在低仰角和大斜距的条件下,电波折射误差大于定位设备误差,当仰角低...     

电磁波地形抛物方程解的误差分析

为了研究电磁波的传播规律,分析地形起伏变化对近地面大气层中高频电磁波传播损耗的影响,借助地形抛物方程,采用混合分步傅里叶变换(mixed split-step Fourier transform),推导了考虑地形起伏与不考虑地形起伏时的误差。结合地形抛物方程传播模式软件(terrain parabolic equation model software),分别计算了3种不同地形下的电磁波单程传输损耗,并给出相应的损耗图。误差分析结果表明:高频电磁波的传输损耗主要取决于地形高度函数对水平距离的二阶导数相对于大气折射率垂直梯度的大小。