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.     

动态网络最短路径射线追踪算法中向后追踪方法的改进

动态网络最短路径射线追踪算法中的向后追踪方法能够解决线性走时插值算法(LTI)向后追踪过程不稳定的问题,但是其计算效率较低.综合利用节点次级源的位置信息以及波的传播规律,提出了改进方法,排除了动态网络最短路径射线追踪算法向后追踪过程中存在的大量冗余计算.数值算例表明,改进的向后追踪方法具有较高的计算效率,是动态网络最短路径射线追踪算法中向后追踪方法的几倍至几十倍;若将改进后的向后追踪方法应用于动态网络最短路径射线追踪改进算法,则该算法的计算效率将提高一倍左右.     

基于参数模型两种剖分方式的射线追踪比较

 通过对比研究参数模型矩形和三角网格两种剖分方式的射线追踪正演过程，指出基于三角网格剖分参数模型的射线追踪具有如下特点：① 参数模型和反射界面定义具有一致性，可在界面的处理上提高精度；② 剖分网格个数相对矩形网格剖分方式大大减少，可大大减少计算量和存储量；③ 运行变量的选择与网格内平方慢度的三参数表述形式相结合，使得在射线追踪过程中参数的更新量表达式相当简洁。因而基于参数模型三角网格剖分方式的射线追踪具有更快的计算速度和更高的计算精度。     

基于边界线性走时插值的射线追踪算法

在传统的基于线性走时插值(LTI)的射线追踪算法中,由于线性假设,射线经过多个网格单元会导致误差累积.将其应用于工业探伤的超声计算机断层成像时,待检测材料往往是背景区域和少量缺陷区域组成的集合.为减小累积误差,文中提出了一种新的基于边界LTI的射线追踪算法.该算法通过在不同区域的边界上插入节点来确定射线的折射角度,以减小累积误差,同时借鉴多方向循环扫描的思想来解决逆射问题.模拟实验结果表明,文中算法的走时计算及射线路径追踪精度、运行时间均优于传统LTI算法和交叉扫描LTI算法.     

一种斜井VSP的正演模型

在垂直入射斜井ＶＳＰ的条件下，假定地下为倾斜层状平面结构，在各层中地震射线为直线，界面的反射和透射服从Ｓｎｅｌｌ定律时，本文提出一种射线追踪法正演模型。射线追踪是采用迭代法实现的。用理论模型试算可以得到较为满意的结果。     

基于射线追踪的微地震信号正演模型

为了更准确地收集微地震信号,采用射线追踪的方法对多震源微地震数据进行正演模拟。首先根据射线 追踪试射法原理,不断修正初始出射方向,通过反复迭代获得最优出射角,最终得到精确的射线路径以及多道 合成微地震响应记录,实现正演过程。基于射线追踪的正演结果能准确地反映地层结构的运动学特征,是一种 快速、准确的微地震正演方法。通过对地震波传播规律的分析,反演结果表明,建立的正演模型能为微地震信 号处理、反演以及震源定位研究提供帮助。     

计算粗糙海面与大型舰船复合散射的双向解析射线追踪法

提出了双向解析射线追踪法（bidirectional analytical ray tracing,BART）,对于由面元和边缘建模的复杂目标,在入射方向和散射逆方向分别追踪射线,当前后向两射线束交汇在同一面元（或边缘）上时,构造一项由该面元一次物理光学散射（或物理绕射）和多次几何光学反射构成的多次散射项．用包含相干散射和非相干漫散射的粗糙面元来建模粗糙面环境．并实现双向解析追踪技术,精确计算各面元的照射和阴影．通过与其他计算电磁学方法对比来验证方法的精确性,并对复杂大型舰船目标与粗糙海面复合散射多方位的RCS进行了数值模拟．     

射线追踪法与等效传输线法在多涂层进气道电磁散射分析中的应用研究

以进气道电磁散射的复射线分析为基础,研究了任意涂层进气道散射的２种常用方法,即射线追踪法和等效传输线法,结果表明,等效传输线法具有更好的实际工程应用价值。     

射线追踪与波动方程正演模拟方法对比研究

地震学一般可以分为几何地震学和物理地震学,几何地震学中进行正演模拟方法就是射线追踪法,射追踪法是在合成记录时用地震子波和界面或地质体的反射系数进行反褶积运算,即。运算的最大特点就是说明了地震波传播的运动学特征。而在物理地震学中的波动方程法合成的地震记录是通过求解波动方程的数值解来模拟地震波场。在波动方程合成的地震记录中不单保持了地震波传播运动学特征外,还说明了地震波传播的动力学特征。本文将分别用射线追踪和波动方程的方法合成地震记录。     

剖面三维地质建模及高斯射线束正演

提出了一种利用二维地质剖面构建三维块状地质模型的方法。该方法以用户编辑的二维地质剖面为输入,寻找地质块体的拓扑关系,自动构建以地质块体为单元的块状三维地质模型。在三维块状模型的基础上,研究了三维高斯射线束正演方法。这是一种快速的地震记录合成方法,它将波动方程和射线理论紧密结合起来,通过运动学射线追踪获取射线轨迹,通过动力学追踪来获取中心射线附近的高频能量分布,因而既能反映波的运动学特征,又能表现波的动力学特点,并且具有运算速度快、精度高等优点。     

复杂介质的射线轨迹计算

从声波波动方程出发，在波动理论的高频近似下，导出了有限差分射线走时计算方法，并利用声传播的可逆性和费马原理建立射线路径，经理论模型验证，证明了该方法的正确有效性。     

用于X射线图像的角点检测方法

针对X射线机标定过程中的角点检测问题，该文设计了一套实用的处理方法。在采用了方形模板的基础上，该方法首先对原始图像进行分块，然后对分块后的部分分别进行边缘检测，在此基础上进行直线拟合并求交点，该交点即为所需的角点。实验结果表明，该方法对于X射线图像很适用，具有很强的鲁棒性。     

点源全息中的几何方法和衍射方法

讨论了点源全息中的两种研究方法,第一种是几何方法,可以用光线的符号,但不能给出任何有关系统分辨率的信息;第二种方法是衍射方法,在线性近似下,能给出系统性质的充分信息     

折射球面波场的计算方法及其对斜探头的应用

在射线近似下，可以利用平面波在平面界面上的透过率及位相偏差计算折射球面波声压，推导出折射球面波场的计算公式．该公式可以用于计算斜探头的声压分布及声场的指向性，为斜探头的设计提供了一种数值计算方法     

光线偏折效应的理论和实验研究进展概述

本文介绍了后牛顿近似理论中与光线偏折效应有关的理论研究进展,总结了光线轨道偏转实验的历史和近年的研究情况.     

抛物和椭圆射线方程混沌行为研究

目的研究水声射线系统的混沌行为。方法利用庞加莱截面、李雅普诺夫指数、关联维等工具分别对抛物方程和椭圆方程的非线性动力学行为进行描述。结果射线角度较小时两种方程表现出相同的定性行为特征,而射线角度较大时,两种方程的混沌行为表现出显著的差异。结论对于水声射线混沌问题,在小射线角度区间,抛物方程是良好的近似,而在大射线角度范围内,椭圆方程才能正确反映实际水声射线系统性质。     

用复射线法分析高斯型口径辐射的误差特性研究

高斯型口径分布所产生的辐射场可以近似地用复射线法来分析。本文利用从口径辐射平面波谱积分解中所导出的关系，系统地考察了这一近似分析的误差特性。有关结论将有助于正确地理解和运用复射线分析方法。     

扩展的局部Born近似的广义屏算子分析

三维叠前深度偏移广泛地应用于地下复杂地质体成像。当前工作量较大的三维成像问题一般采用基于射线追踪的克希霍夫积分方法,但该方法在处理复杂构造不足。虽然基于有限差分方法的全方程逆时偏移对存在剧烈横向速度变化的非均匀介质也具有非常好的成像精度,但是,把该方法应用于三维叠前深度偏移需要花费较多的机时和巨大的计算机内存容量;这些要求在目前是不现实的。为了寻求一种既方便快捷又准确可靠的叠前深度偏移方法,于是扩展的局部Born近似的广义屏算子在速度场中等程度横向变化情况下,能较准确地描述地震波场的传播过程,对较复杂的地质构造具有较好的成像效果。且该算子具有稳定、高效的优点。不过扩展的局部Born近似的广义屏算子是条件稳定的。但从稳定性和计算效率角度看,该偏移算子可用于目前复杂地质体叠前深度偏移初期处理。     

多波动力学射线模型及制作

采用非均匀介质弹性波方程级数解的零阶近似，得到了能量沿射线管传播的守恒定律，结合波前曲率的解析算法及Ｚｅｏｐｐｒｉｔｚ方程的精确解，较准确的算出了起伏层状介质中多种波的能量系数，并由程函方程出发导出了射线微分方程组，用龙格—库塔法解此方程组，由打靶法迭代算出了固定炮检距上多波的走时及反射线路径参数，从而完成了多波模型正演计算．     

基于八叉树的体绘制早期射线终止算法

早期射线终止是实时体绘制重要的加速算法之一。针对现有的算法中体数据逼近困难,需要大量的预运算时间等缺点,提出一种改进算法,基于八叉树的体数据表达,按视线方向从前向后的次序遍历八叉树,获得射线终止信息,再以深度缓冲剔取实现早期射线终止。算法对体数据逼近精确,无需预运算,加速绘制效果明显,且无损最终图像质量。