极化脉冲回波Mueller矩阵解数值模拟非均匀分层植被与其中随机目标的散射

给出非均匀分层、各层各异非球形粒子随机介质在脉冲波入射下矢量辐射传输方程(VRT)的Mueller矩阵解,数值模拟了极化后向散射.极化脉冲回波强度的时滞方式及其时间上的变化能表明体散射和面散射机制,它描绘了随机散射粒子层的非均匀分布.由此,讨论了植被层有效高度的确定,并用同极化后向散射在时间上回波强度的突异变化识别非均匀植被层中异常散射体的分布.     

具随机粗糙界面非均匀月壤层全极化脉冲回波探测的模拟

提出低空飞行全极化L波段雷达窄脉冲探测月壤层厚与层结构的建议．月壤层为一层具有上下随机粗糙界面的有耗介质层,在下垫月岩粗糙界面上有一层随机分布的碎石散射体．推导了包含面散射、体散射,以及面-体相互作用7种散射机制的全极化脉冲波Mueller矩阵解．以月壤特征参数(月壤层厚、FeO TiO2金属含量、介电常数,界面粗糙度、碎石分布等)为函数,用时域Mueller矩阵解数值模拟来验证方法可行性,L波段窄脉冲极化回波波形能用于反演或估算月壤厚度与分层结构．     

开式呼吸蛙人专用氧气瓶声散射特性

解决开式呼吸蛙人所携带的氧气瓶目标强度对目标全体散射的贡献问题,为掌握蛙人的精确特性预报和识别奠定基础.构建非轴对称激励下三维目标的二维有限元轴对称模型,运用声固耦合-频域多物理场接口计算不同方位声波照射目标散射远场的频率特性数值解,解释频率响应共振频率亮条纹产生的原因和估计公式.在线性声学的假设下,将有限元数值解作为系统函数,同带宽线性调频信号为系统输入信号,根据时域卷积定理得到时域回波仿真结果,结合亮点模型和弹性环绕波理论给出距离-角度时域回波的精确预报模型.结果表明：影响氧气瓶回波强度的主要因素为目标的镜反射和角反射,气瓶阀门和球冠等精细结构产生的附加亮点和环绕波对不同方位散射频率响应特性的影响不可忽略.通过收发合置的湖试实验,验证回波机理和散射指向分布共振频率特性预报的正确性.     

基于时域有限差分法的冰晶粒子群多次散射特性

为了精确地利用雷达回波信号反演降雪粒子的微观物理参数,建立满足Gamma谱分布的两类非球形降雪粒子群模型,利用XFDTD软件计算了这两类非球形冰晶粒子群模型在94 GHz频率下的雷达散射截面,分别为-37.690 0和-40.301 0dB·m~2,与简单叠加计算的结果对比后发现绝对误差分别达到0.334 4和0.733 7 dB.在冰水含量一定时,满足Gamma谱分布的两类非球形降雪粒子群模型在分别考虑多次散射和单次散射下雷达反射率因子的绝对误差分别为0.334 6和0.733 7 dB,因此粒子群的多次散射效应在实际气象探测中必须加以考虑.     

颗粒增强复合材料的界面损伤对有效波速的影响

研究了具有非完好黏接界面的球形粒子对弹性波的散射以及含分布球形增强粒子的复合材料中的弹性波多重散射．首先,在弹簧模型下研究了单个球粒子的弹性波散射问题．然后在统计平均意义下研究了具有随机分布粒子的复合材料中的有效波以及有效波波速和衰减的计算公式．进一步,根据有效波波速和衰减对界面常数的依赖关系,研究了界面损伤对有效波波速和衰减的影响．在此基础上提出了一种依据超声测量数据对界面损伤进行无损估计的方法．针对Sic—Al复合材料进行了数值模拟．计算了不同界面损伤程度情况下的有效波波速和衰减．并利用遗传算法对含不同误差水平的合成实验数据就界面损伤进行了反演计算．数值结果表明对含随机误差的合成实验数据进行反演计算能对界面损伤程度作出近似的估计并且反演算法对不同误差水平具有相对稳定性．     

基于干涉极化SAR数据的森林树高反演

将C1oude极化干涉散射模型和ESPRIT算法结合来降低森林参数反演的运算量.利用ESPRIT算法对Cloude模型中的散射相位中心进行估计,再将估计得到的散射相位中心代入Cloude模型,从而得到树木高度等参数.采用中国天山地区SIR-C/X-SAR L波段全极化干涉数据对森林地区植被树高进行了反演实验.实验表明,与直接采用Cloude的极化干涉模型进行反演相比,在反演精度不变的情况下,运算时间仅是单独使用Cloude模型的1%～2%.     

海面杂波与目标雷达回波的的数值模拟

提出了一种将广义前后向迭代方法与谱加速算法结合的快速迭代数值方法,计算了电场水平极化与电场垂直极化锥形波入射到有船目标存在的粗糙海面上时海面散射杂波与目标回波,研究了雷达散射回波与某些重要的物理参数如极化、视角(特别是低掠角)和海面风速等因素的关系,给出了相应的计算结果.     

94 GHz频率下冰晶粒子多次散射特性的研究

为了认识冰晶粒子群在94 GHz频率下的散射特性,利用互散射、相干Mie散射以及简单叠加法进行研究.结果表明,这3种方法得到的粒子群散射结果明显不同,目前的雷达气象方程使用简单叠加法计算粒子群的散射时不能精确地反演云的微物理特征,如冰水含量及有效半径等.利用3种方法比较了不同位置、不同复折射指数、不同尺度参数以及不同数量的粒子群散射强度特性后发现云的多次散射特性不能被忽略.     

水中离轴球形粒子对高斯波束的声散射

将入射高斯波束用球函数展开,采用有限项级数展开的方法计算了高斯波束的波束因子,并根据声波散射理论,推导出球形粒子在偏离高斯声波轴线时散射波形函数的解析表达式,研究了高斯波束的波束宽度、离轴的距离等参数对声散射特性的影响.通过数值仿真,给出了刚性球形粒子在高斯波束作用下的散射声场的空间分布.仿真结果表明:随着波束宽度的增加,散射波形函数的幅度逐渐增大,当波束宽度为20倍的波长时,其散射波形函数曲线和平面波的完全吻合;随着粒子离轴距离和角度的增大,散射波形函数的幅度逐渐减小.该研究为利用聚焦波束实现粒子操控提供了理论依据.     

脉冲激光线源热弹激发超声导波的数值研究

考虑激光作用过程中材料热物理参数随温度变化的非线性效应,在两维平面内建立了平面应变有限元模型,基于热弹耦合理论数值模拟了脉冲激光线源辐照金属铝板表面激发超声导波的物理过程.数值模拟分别得到了脉冲激光线源在厚度为1 cm与0.2 mm的铝板中激发出的声表面波与Lamb波的时域波形.其中声表面波包括掠面纵波、表面横波与瑞利...     

一些大损耗介质填充圆柱双站RCS的矩量法分析

用矩量法对一些用于雷达隐身技术和微波暗室设计的大损耗介电材料填充的无限长介质圆柱在TM波照射下的双站RCS进行了数值计算.仿真结果表明，大介电常数低损耗材料散射较弱.当ka0较小时，填充介质的电参数对散射的影响较明显，且随双站角增大缓慢减少；当ka0较大时，填充介质的电参数对散射的影响不明显，且散射能量集中于反射方向.     

基于光滑粒子方法的推板式波浪水槽实验研究

波浪数值水槽是波浪研究方面的一个十分重要的实验装置。目前针对造波水槽所展开的数值或实验研究,多将造波系统的设定参数作为波浪的参数,而未考虑设定参数与实际参数之间的误差。本文利用推板造波的实验装置进行造波,并借助视频拍摄来捕捉造波板的运动,而波浪参数则由波高仪的数据采集来得到。推板造波的过程,则用光滑粒子方法来进行数值模拟。造波过程中,造波板的运动同样采用实测的参数,并计算了不同时刻的波形曲线和水面高度随时间的变化。光滑粒子的模拟结果与实验结果比,吻合的非常好。     

脉冲激光场中金微粒表面温度的探究

激光照射纳米微粒法是基因转染的一种,其中涉及到的细胞成活率和基因转染率与纳米粒子的光热效应密切相关,且最终依赖于结合体表面所达到的温度.该文作为基因转染的前期工作,旨在能够方便地计算出脉冲激光照射下金粒子的表面温度,设计出激光照射靶的最佳参数,理论上提高转染效率.这里以脉冲激光与金粒子相互作用为研究对象,基于热传导方程,将粒子的吸热过程按照4个距离参数(R,δ,χfτ,χAuτ)进行分割,并在每个加热区域分析出了表面温度的数学表达式.结果表明在激光功率密度为5×1011 W/cm2,波长为532nm时,表面温度分析法得到的关于表面温度随金粒子半径变化的曲线趋势与米氏理论数值解析得到的趋势相同,数据点基本吻合.且在3种不同的脉冲持续时间下(30ns,30ps,30fs)都得到了证明.另外,表面温度随金粒子半径和脉冲宽度变化的密度图还显示出了获得最大温度的参数关系式R=2χfτ.因此,依据加热区域的划分,利用表面温度分析的方法可以简便、准确地获得金粒子在激光参数下的表面温度,在理论上设计出了激光与金纳米粒子结合的最佳参数.     

非奇异M-矩阵最小特征值的新下界

【目的】估计非奇异M-矩阵A 的最小特征值τ(A)。【方法】由逆矩阵A-1元素的上界序列和Gerschgorin圆盘定理给出非负矩阵B 与A-1的Hadamard积的谱半径ρ(B.A-1)的单调递减的上界序列,并利用该上界序列对τ(A)进行估计,最后用数值算例进行验证。【结果】给出了τ(A)的单调递增的收敛的下界序列。【结论】通过所给的数值算例说明所得τ(A)的下界序列在一定条件下比现有估计精确,且在某些情况下能达到真值。
     

层合压电结构中的导波

基于状态空间列式和平面波展开技术,提出求解层合压电结构中导波传播的回传射线矩阵法一般列式.假定各层介质都是任意各向异性压电材料,从三维线性压电理论出发推导其状态方程,可考虑所有的波动模态.按照回传射线矩阵法的基本原理,分别由对偶坐标系中物理量的相容条件建立相位关系,由上下表面的边界条件和中间界面的耦合条件建立散射关系.由于相位关系中不包含大指数项,散射关系中又避免了矩阵求逆,因而该文提出的回传射线矩阵法列式是无条件数值稳定的,对所求解的层合结构的层数、单层厚度和计算频率没有任何限制.通过数值算例验证了该文方法计算层合压电结构弥散特性的有效性.     

基于T矩阵法的水下任意刚硬体声散射场计算

针对水下任意形状刚硬体,建立了其声散射T矩阵法计算模型.利用物体的几何对称性,提出了简化计算Q矩阵的方法.以刚硬回旋椭球体为例,分别计算了在不同入射角下的反向散射和收发分置的形态函数,并讨论了刚硬体的镜反射波和绕行波的干涉物理模型.数值仿真结果表明T矩阵法是一种很简便实用的计算水下物体远场散射的方法,该方法可以广泛用于水下任意形状刚硬体的声散射场计算.     

中频雷达接收圆极化波新方法

 中频雷达利用圆极化波探测中高层大气的风场和电子密度,通过一组正交偶极子组成的空分天线阵完成圆极化波的发射和接收。由于风场和电子密度反演对回波的极化特征有不同需求,要求接收端既能为电子密度的反演保留也能为风场的反演消除回波的极化特征。目前中频雷达消除极化特征通常采用硬件来完成,接收端将正交偶极子所接收到的一路信号利用移相器进行±π/2 的相位调整后叠加到另一路信号上最终将圆极化回波还原为单路信号。但在中频频段实现相位调整是以增加器件和系统的复杂度为代价,而且器件的可靠性会受到环境的影响。本文提出一种无需硬件调相,直接利用I/Q 分量合成消除极化特征后回波的I/Q 复序列的方法,实现时仅需让接收端对信号序列逐点进行加减法运算及幅度判决。理论分析和数值仿真均表明新方法能够有效消除极化、正确获取I/Q 复序列,而且方法简单,信号合成器也易于实现,具有一定的工程实践价值。     

应用辐射传输理论对农作物电磁散射的研究

应用辐射传输理论对农作物的后向电磁散射特性进行了分析研究．农作物的散射模型用植被层和地面层组成的双层介质模型描述，散射模型的输入参数直接以农作物及地面的物理参数来表示．模拟结果与文献中的实验结果吻合得较好     

基于微扰法的高斯粗糙面电磁散射研究

运用经典的微扰法研究了高斯粗糙面的电磁散射．根据微扰法理论，得到了单站情形下，不同极化状态、不同介电常数、不同粗糙面情况的后向散射截面，得到了后向散射截面随以上参数及入射角的变化而变化的数值结果，分析了结果的物理意义；同时也得到了双站情形下，不同极化状态、不同介电常数、不同入射角、不同方位角的散射截面，得到了散射截面随以上参数的变化而变化的数值结果，分析了结果的物理意义．     

MIMO-OFDM系统的一种新的半盲估计

构造一种在MIMO-OFDM系统下的信道估计算法,该算法是将信道矩阵分解为一个下三角矩阵R和一个酉矩阵Q的估计过程,由此命名为RQ估计.R矩阵可以通过提取接收信号的相关信息盲估计得到,而Q矩阵需要应用Cholesky分解和OPML技术从训练序列中专门估计出来.采用酉矩阵的算法参量化后的待估参数明显减少,信道估计的精度因此得到了极大地改善.另外,这种估计算法在接收天线数目大于或等于发射天线的时候,优势更为明显.实验结果表明,基于Q矩阵的估计比直接的训练序列信道估计算法更为高效;在瑞利衰落信道条件下处理200个训练序列时,两者的性能差距能达到4dB.