目标电磁散射的面中心立方体网格FDTD方法

基于面中心立方体(face-centered cube, FCC)网格的空间结构, 由麦克斯韦方程出发, 推导了基于FCC网格的单轴各向异性介质完全匹配层(uniaxial anisotropic media perfectly matched layer, UPML)吸收边界条件以及近-远场外推边界条件的三维迭代式。通过典型算例, 先后验证了基于面中心立方体网格的时域有限差分(FCC-finite difference time domain, FCC-FDTD)方法的UPML吸收边界条件和近远场外推边界条件的正确性。最后通过计算金属球的后向雷达散射截面(radar cross section, RCS)比较了FCC-FDTD方法与传统FDTD方法的计算精度, 结果显示FCC-FDTD方法具有更高的计算精度。     

内嵌管式辐射地板的频域热特性分析

基于经典有限差分原理建立了内嵌管式辐射地板的频域有限差分(FDFD)模型,同时采用Fluent软件建立了内嵌管式辐射地板的CFD模型作为参考模型,将内嵌管式辐射地板FDFD模型在典型频域点的计算结果转换成时域内的幅值与相角,并与CFD模型的计算结果进行对比.FDFD模型能准确预测内嵌管式辐射地板的热特性.采用FDFD模型进一步计算了不同厚度绝热层的辐射地板的频域热特性,分析了绝热层厚度对内嵌管式辐射地板热特性的影响.结果表明,在高频区域,绝热层厚度对地板传热的影响较小,而在低频区域内影响较为明显,尽管绝热层厚度取到40mm,地板下表面仍存在较大的热流损失,约占管道热流的16%.     

行波管的注-波互作用模拟与相位计算

为了对螺旋线行波管注-波互作用这一复杂物理现象进行快速的实时跟踪模拟与分析,采用T型有耗L.Brillouin模型,有机结合时域有限差分方法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)与粒子模拟(Particle-In-Cell,PIC)技术,建立了行波管的非线性互作用计算体系。在此基础上,采用C语言自主研发了运行稳定的计算程序。应用这一研究成果,对某支成熟管型的行波管开展模拟研究,增益模拟结果与实测数据的偏差小于6.1%。     

用FDTD法分析L形波导的单模带宽

用时域有限差分(FDTD)法实例计算L形波导的截止波数,并与相关文献报道的结果进行了比较,计算结果表明:FDTD法具有较高的计算精度,可以很方便地用于波导传输特性分析。用FDTD法计算分析了几何形状对L形波导的主模带宽的影响,结果表明,可以通过改变L形波导的几何尺寸来调整其单模带宽。     

变长度单元自适应索杆张力结构响应灵敏度分析

为研究主动单元长度变化对自适应索杆张力结构性能的影响,以主动单元伸长量为变量,基于非线性有限元法,通过复合函数求导,推导了自适应索杆张力结构的节点位移、单元内力以及应变能灵敏度计算公式.通过对索穹顶结构和张拉整体结构两类索杆张力结构的灵敏度分析,对比了主动索单元和主动杆单元的长度变化对结构内力、形状和应变能的影响程度,提出了满足不同自适应目标时两类结构中主动单元的选择准则.算例表明:所提出公式的计算结果与有限差分法结果一致,验证了所提理论公式的正确性.     

Woodpile结构中锯齿波导的研究

采用时域有限差分方法（FDTD）,详细设计、模拟和分析了woodpile结构中锯齿波导的传输特性。模拟结果表明：通过改变波导中相邻锯齿的长度,可以有效控制波导的导带范围;且利用锯齿波导设计灵活的特性,可以设计沿任意方向传输的波导结构。利用导带范围受相邻锯齿长度调控这一特点,设计、模拟并分析了由锯齿型波导形成的Y型波分复用器,两输出通道中锯齿长度分别取0.3a-0.5a和0.3a-0.8a,模拟结果表明两输出通道导带范围完全不同,充分说明在器件设计中可以引入锯齿型波导,通过调节锯齿长度实现频率选择的特性。     

一种掺铒光波导放大器的频谱数值分析方法

提出了一种基于Douglas离散格式的有限差光束传播法的数值计算方法.采用该方法对实验中所获得的吸收光谱和激发光谱进行Lorentzian叠加拟合,并结合多能级速率方程计算出掺铒光波导放大器(EDWA)中光的场传输强度分布,从而得到掺铒光波导放大器的增益和吸收频谱特性.数值分析结果表明,选用泵浦光波长为980nm的泵浦光源比1480nm的可以获得更大的泵浦效率,同时合理增加EDWA的泵浦长度和掺杂离子数密度可以获得更大的信号增益.由于考虑了协同上转换和交叉弛豫效应,该算法能够对高掺杂的EDWA进行较宽频谱的分析.     

MLC-FDTD在波导带通滤波器设计中的应用

应用改进的局部共形网格FDTD技术(MLC-FDTD)分析了矩形波导带通滤波器.MLC-FDTD解决了局部共形网格技术的不稳定性因素,部分修改电场的更新迭代方程,以提高计算精度.在同样网格数的情况下,采用共形网格技术的计算结果比传统FDTD的结果具有更高的精度,说明在分析具有圆形或者环形边界的电磁结构时,采用局部共形网格技术能够得到更好的结果.     

用于弹道目标跟踪的有限差分扩展卡尔曼滤波算法

针对目前常用的滤波算法不能同时做到精确和高效跟踪目标的缺点,提出一种有限差分扩展卡尔曼滤波(FDEKF)算法用于再入阶段的弹道目标跟踪.该算法应用有限差分运算得到滤波的验前、验后误差协方差矩阵,避免了非线性函数求导运算,以及Jacobian阵和Hessian阵的计算,降低了计算难度,扩大了应用范围,增强了滤波过程的收敛性.Mome Carlo 数值仿真表明,FDEKF算法与扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和无味卡尔曼滤波(UKF)算法相比较,在跟踪精度上比EKF算法提高了约20%,与UKF算法相当,在计算复杂度上比EKF算法稍有增加,但比UKF算法低约39%.这说明FDEKF算法在计算量增加不多的情况下,滤波精度有显著提高.