气象因素影响下的雷达作用距离预测

大气环境对电磁波的吸收衰减作用使雷达的作用距离减小，大气异常折射现象使雷达的作用距离增大或减小．为此重点研究了气象要素特别是异常折射对雷达作用距离的影响，从分析异常折射产生的原因和规律人手，提出了气象要素的观测和雷达作用距离的预测方法．该方法对雷达在航海及军事上的应用具有重要意义．     

基于超材料的雷达吸波材料研究进展

雷达吸波材料能够有效地抑制透射波和反射波,因而被广泛应用于隐身、电磁屏蔽和兼容以及无线通信等领域。受制于材料的电磁频散特性,传统吸波材料的宽带低频吸波性能难以进一步提高。近年来,随着超材料结构设计的不断发展,基于超材料构架设计实现的宽带电磁吸波,由于具有更加灵活的电磁调控能力,因而在其电磁性能提升方面具有更大拓展空间。围绕雷达吸波超材料的最新研究进展,结合电磁吸波超材料的发展背景、设计原理和性能表征方面的内容,着重介绍了基于多谐振叠加吸波结构、超材料与传统材料复合吸波结构、三维阵列吸波结构以及人工表面等离激元吸波结构设计的宽带雷达吸波超材料,并对于未来雷达吸波超材料的发展趋势做进一步展望。     

黄土地基不良地质界面瞬态地质雷达波形FDTD正演分析

黄土地层容易受到侵蚀形成缺陷,基于地质雷达方法,可有效探测出黄土地层中不良地质体的形态及分布。本文以解析方法研究并推导了地质雷达波在黄土界面的反射波幅、折射波幅及电磁场强度;通过时域有限差分方法对几种特殊地电模型进行数值模拟,研究地质雷达波在不良地质体界面的入射波、反射波的波幅及其分布形态。结果表明:黄土地层中不良地质体的相对介电常数直接影响地质雷达反射波幅,当地层中含水量增加时,地质雷达反射波幅增大、折射波幅减小;特殊地层中,地质雷达波在黄土-空气界面的反射强度为0,透射强度为1,在黄土-金属界面的反射强度为1,透射强度为0。     

超折射及其对变分同化效率的影响

在应用低对流层中的掩星观测资料进行反演的过程中,当观测资料接近地面或海平面时,大气折射率的垂直梯度小于某个极限值,会产生超折射现象。本文描述了超折射现象的数学表示,对若干个样本的超折射层厚度和发生区域进行了统计分析,并讨论了超折射现象对一维变分同化的影响;通过实验发现,适当地对超折射层进行处理能极大地缩短同化的计算机时和迭代次数,从而提高变分同化的效率。     

福建一次春季海雾的边界层特征及其成因分析

2018年3月3～4日,福建沿海及台湾海峡出现一次大范围自南向北发展的海雾过程,该文利用沿海自动站、浮标站资料、微波辐射计、风廓线雷达及ERA-Interim再分析资料对海雾成因及生消机理进行分析,着重探讨了海雾过程中的边界层特征及气海温差。结果表明,近地面逆温层、大湿度区维持、中层"干暖盖"、风速适宜、温度露点差小、液态水含量及综合水汽加大,对海雾形成有利;垂直风切变减小,海气界面之间湍流混合强度减弱,致使低层的暖湿空气不易向上输送,有利于海雾的生成发展;在海雾形成过程中,气温高于海温,使得冷海面上空暖湿空气降温冷却达到饱和形成海雾。     

激波在air/SF_6气体界面上非定常折射的数值研究

本文数值研究了平面激波在air/SF_6凹形(凸形)界面上的非定常折射,着重关注入射角变化带来的波系结构变化.数值程序利用有限差分法离散可压缩多组分欧拉方程,采用双通量算法成功克服了物质界面附近由于比热比不同导致的数值振荡问题,并将该算法与高阶WENO以及三阶Runge-Kutta耦合,使得程序具有较高的时空分辨率.结果表明,相比于准定常折射,平面激波在凹形(凸形)界面上传播时由于入射角的连续变化会出现波系结构的转变现象.随着入射角由大变小,平面激波在凹形界面上依次出现了前曲折射、规则反射折射以及过渡规则折射.相比准定常折射,没有出现Mach反射折射,但出现新的折射波系——过渡规则折射,由流场的迟滞效应导致.随着入射角由小变大,平面激波在凸形界面上依次出现规则反射折射以及Mach反射折射.相比准定常折射,没有出现前曲折射,但Mach折射出现的角度区域推迟且范围变大.研究表明,流场的非定常性对激波折射波系具有重要影响.     

斯托克斯方法对弹性波的应用

本文将光学中的斯托克斯方法应用于弹性波在两种介质分界面上的反射和折射现象,求得了液体-液体分界面上P波和固体-固体分界面上SH波的反射系数和折射系数。还证明了两种固体分界面上弹性波的散射矩阵是幺正厄米矩阵。     

非定常汇聚激波反射与折射研究进展

非定常激波反射及折射由于其重要的科学及工程意义,成为了近年来激波反射及折射研究领域的热点.平面激波在曲面上的非定常反射现象近些年得到了较多的研究,在这个过程中激波强度不变,入射角随着曲面曲率的变化而不断改变,从而出现波系转变现象.当一道曲面激波在固壁上反射时,激波强度以及入射角均不断发生改变,从而有可能对波系现象有较大的影响.但实验室条件下生成具有特定变化规律的曲面激波一直是一个难题.翟志刚等人通过激波动力学理论提出并实现了将平面激波光滑转变为柱形汇聚激波的方法.在设计的水平汇聚激波管中开展了非定常汇聚激波反射及折射研究.本文介绍了本实验室近几年在非定常汇聚激波反射与折射方面的研究进展,重点关注了持续变化的入射角以及流场的非定常性对波系转变的影响,并提出了未来的研究方向.     

物理光学的若干进展

就物理光学方面的一系列理论和实验研究，如GoosHnchen位移、FTIR现象、负折射率、太赫超光速实验、光子静质量测量等做了评述和讨论。指出近年来的研究显示了消失波现象的重要性，例如消失波可造成超光速传播，且常有新方法和新测量结果；介绍了物理光学在相关领域的技术创新和应用实例；讨论了光子有静止质量的可能性及光频标准和光频测量的历史和新的进展     

化学波在对流介质中的折射与反射

以含有对流项的二维布鲁塞尔子为模型,导出化学波的波速随介质对流速度变化的关系式,用之说明化学波在对流介质中的折射与反射规律.结果表明:在对流介质中,尽管化学波在两种介质分界面上的折射与回折射(反射)仍然遵从波矢量切向分量连续定律,但折射角和反射角随入射角变化的规律与在静止介质中有所不同.当平面化学波从低速介质射向高速介质时,若介质对流速度方向与化学波的入射方向一致,在入射角大于临界角时,化学波在两种介质的边界上发生反常折射和反射现象,反常折射角随入射角的增大而增大,反射角随入射角变化,而且小于临界角;当平面化学波从高速介质射向低速介质时,若介质对流速度方向与化学波的入射方向一致,化学波在两种介质的边界上发生折射现象,折射角随入射角变化,先增大后减小.数值模拟结果进一步验证了理论结果.     

纱条中机械波的动态分析

从理论上对牵伸过程中出现的“假波”现象和调制现象的机理子以揭示和讨论，指出在纱条波谱分析过程中，由于罗拉偏心的影响，将使机械波和牵伸波变得更为复杂，对此应给于高度重视，以免判断失误．     

零折射率超材料对喇叭天线波前相位的改善

为改善喇叭天线波前相位,获得更高的增益,提出一种3层金属网格零折射率超材料结构,将其加载到喇叭天线口径上。理论分析和提取的等效折射率表明,在7.1 GHz附近,该结构的电磁波的频率接近等离子体频率,从而使得其等效折射率接近于零,并通过劈尖仿真验证了这一零折射零的特性。当其作为喇叭天线的覆层时,喇叭天线的波前相位由球面波被调制为均匀平面波,方向图波束角变窄、旁瓣降低,并且增益提高2.6 dB。这种零折射率超材料结构调制喇叭天线波前相位的作用,为改善喇叭天线的波前相位从而实现更高增益提供一种思路,有一定的应用前景。     

基于表面-电路-表面型超表面的大旋转角度异常反射和异常折射

提出了一种基于表面-电路-表面型超表面(SCSMS)来实现高效率的异常反射和折射的方法。与传统的相位梯度超构表面(PGM)不同，提出的SCSMS首先通过表面天线将入射空间电磁波转换为导行波，然后通过调整背接电路的长度来实现相位梯度分布。最后，通过表面天线将波传回自由空间，从而实现想要的波前控制。通过这种方法，可以消除不必要的单元间耦合效应。为了说明所提出的波前调控方法的原理，设计了2个SCSMS分别进行20°入射50°反射的大旋转角异常反射和0°入射50°出射的大旋转角异常折射。仿真结果表明:该方案可以实现高效的异常反射和折射，效率分别为68%和79%。这为利用SCSMS实现具有大旋转角度的高效异常反射和折射或其他类型的波前操作提供了有效的案例。     

雷达对抗中的隐身技术研究

在阐述雷达隐身原理的基础上，列举实例分析了利用外形设计技术降低雷达散射截面积的方法，并就几种新型雷达吸波材料对雷达隐身技术的实现进行了综述。指出必须综合运用各种隐身方法，再辅以一些有效的电子干扰措施，使雷达隐身技术向着宽频带、全方位、全天候、智能化的方向发展。     

介质界面极化电磁波的传播特性研究

利用电磁场边界条件得到极化波在界面的反射系数和透射系数,并进行数值计算和模拟.模拟结果表明,媒质的电容率与反射系数和透射系数关系密切,当透射媒质的电容率增大时,反射系数和折射系数一般会变小,反之则变大;对斜滑投射,垂直极化波和平行极化波均出现入射波全被反射的情况,且反射波与入射波相位相反.模拟结果还显示,无论是光密媒质还是光疏媒质,平行极化波均出现"无反射"现象,而垂直极化波则没有;垂直极化的反射系数和透射系数曲线是两条平行曲线.     

各向同性介质与单轴晶体界面上e光波法线的折射

根据光的电矢量满足的边条件，对各向同性介质与单轴晶体界面上e光波法线的折射进行了具体的讨论，得到了确定e光波法线在单轴晶体中传播方向的公式，并对几种特殊情况进行了具体讨论。指出了由所得结果可以确定e光光线的行进方向。     

海雾过程中海洋气象条件影响数值研究

利用二维数值模式，研究了在海雾过程中海温场，气温场，湿度场，风场等海洋气象条件影响。结果如下：（１）海温主要影响海雾的生成过程，当海雾生成后，它的作用就逐步减小了；（２）气温梯度（暖平流）较大，不利于海雾生成，逆温不是海雾生成的一个充要条件；（３）相对湿度大小及其分布是海雾能否生成的物理基础；（４）风速大不利于海雾生成但海雾一旦生成，则有利于其发展。     

论Bessel波束超光速现象

Bessel波束具有奇异的特性,例如在传播中不发生衍射,而且实验测量证明其群速比光速c要大。对其超光速运动可以用球面波前在对称轴上的干涉作简单解释。2006年有研究人员指出,不仅通常的实宗量Bessel波,虚宗量修正Bessel波也有群速超光速现象。     

透射型声超表面斗篷的设计

利用2种超表面(相位调控超表面和近零折射率超表面),构建了一种透射型声超表面斗篷.首先，设计了一种具有迷宫结构的近零折射率超表面，该超表面具有近零折射特性，能够使声波绕过障碍物，并沿原入射方向传播；其次，在近零折射率超表面外层基于亥姆霍兹共振结构设计了一种相位调控超表面，该超表面可以通过改变内部空腔长度来实现相位变化，既能调节声波相位，又能保持高透射率，确保声波有效通过.仿真计算结果显示，透射型声超表面斗篷在4 960 Hz频率下能有效隐藏方形物体.     

具有雷达散射截面缩减特性的各向异性编码超表面

本文提出了一种具有雷达散射截面（Radar Cross Section, RCS）缩减特性的各向异性编码超表面。它由金属贴片、介质基板以及金属接地板组成，通过在传统方形贴片的基础上引入各向异性的矩形贴片，实现了对X、Y极化波的不同缩减。超表面单元间存在180°的反射相位差，以此为基础对超表面进行分区域设计，超表面整体设计成对称结构。所有单元产生的辐射场叠加，使入射到其表面的电磁波均匀地反射至各个方向，实现RCS缩减。结果表明，该超表面在X、Y极化波垂直照射下，RCS缩减量高于10 dB的带宽分别为5.75 GHz(16.35 GHz～22.1 GHz)和5.67 GHz(16.18 GHz～21.85 GHz)，最大缩减量分别出现在20.9 GHz和16.9 GHz。与传统算法实现的编码超表面相比，本文提出的超表面设计流程简单、易于实现。此外，该超表面具有低剖面、小型化等特点，可有效用于选择性电磁隐身。