伪逆算法的改进及其用于相控阵激发声场的控制

相控阵作为高强度聚焦超声肿瘤治疗中备受关注的一种换能器,运用伪逆算法可使其在媒质中产生的声场进行准确的声聚焦控制。但目前伪逆算法中的位置控制函数表述过于复杂,程序编译及计算时间过长。对原伪逆算法进行了改进,并将其用于一10×10个正方形阵元的平面相控阵在多层媒质中当肿瘤位于不同深度处时激发的声场进行了仿真。结果表明:利用改进的伪逆算法可对不同深度不同尺寸的肿瘤进行准确的声聚焦控制,并使程序设计及计算时间都大为减少。该算法为高强度聚焦超声肿瘤治疗提供了理论参考。     

超声相控阵近场偏转与聚焦离散点源声场仿真

针对一维线型超声相控阵的平面内声场,在瑞利积分的基础上,且忽略阵元长度影响的前提下,提出用离散点源法计算近场声场,进而通过仿真来分析超声相控阵偏转和聚焦对近场范围的影响.结果表明声束偏转使得近场长度减小,且使近场长度附近区域的声压增强;而声束聚焦同样使近场长度减小,同时随着与阵列换能器表面距离的增加,声束聚焦的效果越差,并且实际聚焦深度与设定聚焦深度之差也越大.进行了CIVA仿真平台的缺陷响应实验,验证了仿真结果,同时为实际中近场区检测提供了理论依据.     

水下冲击波聚焦声场非线性建模与分析

通过聚焦可大幅提高水下冲击波声场的声压级。由于水下冲击波聚焦声场声压级高、瞬时性强,因此观察和测量难度较大,对测量设备的灵敏度要求较高。概述了水下冲击波的产生及聚焦原理,利用压力传感器实测了冲击波聚焦波形,采用有限元分析软件ANSYS建立了水下冲击波聚焦声场的有限元模型,仿真了水下冲击波聚焦声波的非线性传播过程和声场分布,对比分析了仿真结果与压力传感器实测波形、高速摄影机实拍的冲击波聚焦声场纹影图的相符性,仿真得出水下冲击波聚焦声场峰值压力的变化规律。仿真结果与实验测量、高速摄影实拍图高度吻合,说明仿真模型的正确性及利用ANSYS研究水下冲击波聚焦声场的可行性、有效性。     

HIFU治疗中血流对加热影响的仿真研究

血管存在于肿瘤组织内部时,肿瘤组织靠近血管的边界部分会受到血管冷却效应的较大影响,这种影响会导致肿瘤治疗不彻底.针对此种情况,以凹球面换能器作为仿真热源,通过瑞利积分求得声强分布,并利用有限差分法对生物热传导方程进行求解,结合加热时间和温度的定量关系,计算出热剂量分布情况来判定组织的热损伤程度,研究血流对加热的影响.仿真结果表明:由于血管的存在,损伤区域被分成两部分,焦域内热剂量减小;血管尺寸、血流速度或血液灌注率增大,有效热剂量范围明显减小;血管越靠近焦域中心,其影响越大.     

吸收媒质中非线性超声场的一种并行计算仿真方法

为了解决非线性超声场数值计算中计算时间长、存储空间大的问题,提出一种并行计算模型,将声场分解成若干子区域,利用数个PC机、计算机网络和MPI并行编程分别计算子区域声场并最终求出整个声场.对吸收媒质中非线性Bessel声场的计算仿真结果表明:采用并行计算模型可以显著提高频域有限差分法计算效率并降低对单个PC机存储空间的要求.     

三维水声传播建模及并行算法研究

宽带声传播、匹配场定位、水下环境仿真等技术的发展对水声传播提出了越来越高的要求,如何开发快速准确并与实际海洋环境条件相吻合的三维声传播模型,并充分利用现代计算机技术实现声传播的快速计算已成为水声技术的一个重要研究方向。基于波束位移射线简正波(BDRM)理论,将射线-简正波方法和简正波-抛物方程方法结合起来,建立三维射线-简正波-抛物方程模型,同时为满足三维声场计算的时间需求,设计了射线-简正波-抛物方程模型并行算法,在高性能集群系统上的测试分析结果表明,设计的并行算法具有较高的并行计算效率。     

差异演化算法在热连轧工作辊温度仿真中的应用

针对热连轧工作辊温度仿真计算,给出了忽略热载荷在时域内初始相位差的轴对称模型。通过对模型特点的分析,指出忽略热载荷在时域内初始相位差的轴对称模型实际是一种三维仿真模型,并根据此仿真模型建立了变步长计算温度场的有限差分方程。由氧化铁皮厚度的线性函数来近似表示工作辊与轧件等效换热系数,由喷射区水冷换热系数和喷射区之间的水冷系数计算得到工作辊与冷却液等效换热系数。针对差异演化算法后期收敛速度下降,甚至有时会陷入局部最优点的缺陷,提出根据种群聚集度来动态调整缩放因子,同时引入求解域内的均匀变异操作。并用改进后的差异演化算法对两种等效换热系数进行了优化。仿真结果与实测结果规律一致,证明忽略热载荷在时域内初始相位差的轴对称模型经差异演化算法优化参数后能准确预报工作辊的温度场。     

制动器热分析的快速有限元仿真模型研究

基于制动过程中能量耗散的研究，建立循环制动过程中温度场分析的快速有限元仿真模型。对完全循环对称式的盘式制动器、鼓式制动器采用二维有限元仿真模型；对于空心盘式制动器考虑散热筋板结构建立三维循环对称有限元模型。考虑耗散热量分配系数、制动盘导热系数、对流换热系数、辐射换热鼷鼠等随温度的瞬态变化，获得瞬态温度场仿真结果。应用试验验证仿真结果，确认快速仿真模型的正确性与实用性，从而为制动器的抗热衰退、热疲劳设计提供了系统的解决方案。     

基于三维纹理的水下三维声场直接体可视化

声波是潜艇进行水下目标探测的最有效手段,因而在潜艇水下作战环境三维可视化研究中,水面舰船和水下潜艇声能场的可视化是核心技术之一,应用硬件加速的三维纹理技术实现了三维声场直接体可视化。仿真结果表明该方法在三维声场可视化中,能够实时生成高质量的体可视化图像。     

水下等离子体电声转换效应仿真

对水下等离子体电声转换现象的微观粒子运动过程和宏观声场分布及演变过程进行了深入的动画建模仿真.其中微观粒子运动过程逼真地演示了水下等离子体的产生、放电通道的形成、放电过程中气泡生成、膨胀、收缩和破裂的各个典型过程,而声场分布及演变过程则利用声学软件对在反射体内及水中自由场中各个时刻声压的分布、强度和演变过程进行了细致地展示.整个仿真过程利用3DS MAX实现三维立体效果,做到了微观与宏观的结合,仿真结果和模型与实际系统物理参数真实对应,为研究水下等离子体电声转换的机理与特性提供了良好的仿真平台.     

相控阵天线微流道液冷优化设计及性能研究

相较于风冷、相变等散热方式, 液冷具有稳定、效率高等优势, 是目前相控阵天线散热的首选方式。针对等截面平直流道相控阵天线冷却不均匀、收发(transmitting/receiving, T/R)组件温差大的突出问题, 与以往部件级热控设计方法不同, 本文首次提出了相控阵天线整机热控设计思路, 设计了变截面平直流道和双螺旋流道两种优化结构。仿真和实测结果表明, 双螺旋结构流道冷却效果最优, 优化后芯片最高温度降低了35.6%, T/R温差降低了51.8%。此外, 所提方法成功量化给出了流速对冷却效果的影响, 可有效解决大功率有源相控阵天线热控设计难题, 可行性和实用性强。     

二维混合MIMO相控阵雷达的嵌套阵列结构设计

针对二维混合多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)相控阵雷达发射阵列子阵分割带来的自由度(degree of freedom, DOF)减小问题,提出了基于嵌套阵结构的收发阵列设计方法。首先给出基于一维嵌套阵的二维混合MIMO相控阵雷达发射阵列,在此基础上将接收端设置为嵌套阵,最后通过做虚拟阵列以及差异阵列,形成虚拟阵元数目扩展,在保留混合MIMO相控阵雷达优势的基础上增大了阵列DOF。同时给出了阵列流形的闭合表达式,推导出了基于最大DOF准则的最优嵌套阵元数目。仿真实验表明,相较于传统和互质的混合MIMO相控阵雷达,所提方法可有效提高阵列DOF和波达方向估计精度。     

基于3种典型天线阵列的3D MIMO Kronecker信道建模

在传统的二维多输入多输出(two dimensional multiple input multiple output, 2D MIMO)信道模型基础上,引入仰角因子研究三维多输入多输出(three dimensional MIMO, 3D MIMO)信道模型。推导出基于均匀线形阵列(uniform linear array, ULA)、均匀圆形阵列(uniform circular array, UCA)和均匀矩形阵列(uniform rectangle array, URA)的3D MIMO Kronecker信道模型,并进一步讨论了信号离开角和到达角分别服从高斯分布、拉普拉斯分布和VMF(Von Mises Fisher)分布时的信道模型。仿真结果表明,当信号空间角度服从VMF分布时所建信道模型容量最大,在该角度分布下基于ULA信道模型的容量优于UCA和URA。     

基于模糊多模型的专家PID在主汽温控制系统中的应用研究

针对电厂主汽温度系统参数时变的特点,常规单控制器难以取得满意控制效果,提出了基于模糊多模型的专家PID控制方法。仿真结果表明,主汽温度在负荷变化的扰动下,能适应对象参数的变化并表现出良好的控制品质。     

独立分量分析在相控阵雷达信号检测中的应用

相控阵雷达工作的环境日益复杂,分析了干扰、杂波环境下相控阵雷达接收信号的盲可辨识性,建立了目标信号的盲分离模型,在此基础上提出了小波变换与独立分量分析方法相结合检测目标的算法。该算法首先使用小波变换对相控阵雷达接收的回波信号作消噪处理,提高目标信号的信噪比,然后使用独立分量分析方法对源信号进行分离,提取相控阵雷达接收回波中的目标信号。仿真结果验证了算法的有效性。     

多输入多输出阵列目标方位估计方法

提出了一种主动阵列目标定向空时编码新构型,即多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)阵列。MIMO阵列发射不相关信号(正交信号),扫描向量是常规相控阵发射扫描向量与接收扫描向量的卷积,从而产生了虚拟阵元,扩展了阵列孔径,形成的波束图是常规发射阵波束图与接收阵波束图的乘积,因此主瓣更窄,旁瓣更低。两目标高分辨统计性能的仿真分析和实验研究表明,与常规相控阵相比,MIMO阵列具有更高的目标角度分辨率和检测性能。     

基于频控阵的多普勒波束锐化高度表设计

多普勒波束锐化(Doppler beam sharpening, DBS)是飞行器实施地形跟随或地形回避的重要技术。针对飞行器高度表在DBS工作模式的射频隐身需求, 利用频率分集阵列(frequency diversity array, FDA)研究了基于射频隐身的DBS高度表。首先通过研究FDA的辐射方向图特性, 分析了FDA的频率增量依赖特性及其距离周期性对DBS模式的影响。以此为基础, 给出了对于DBS高度表的约束条件, 包括了FDA阵元间频率增量、脉冲重复频率、脉宽等, 同时建立了FDA-DBS高度表的射频隐身模型。仿真表明, 相对于相控阵和多输入多输出等阵列, 基于FDA的DBS高度表具有优秀的射频隐身性能。     

基于极化状态配置的宽带相控阵极化控制方法

传统的固定极化状态存在交叉极化隔离度低且有效的扫描角度范围窄等问题,制约了相控阵雷达中极化信息的充分利用.为提高交叉极化隔离度,并解决宽带相控阵中波束方向图畸变问题,提出一种基于极化状态配置方法的宽带相控阵极化方向图综合方案.通过优化不同波束指向的极化状态,并利用有限长单位冲激响应(finite impulse res...     

应用PTC电加热器的卫星局部温度控制系统仿真

PTC电加热器使用具有正温度系数(PTC)的热敏材料作为加热元件，其电阻和发热功率可以根据自身的温度变化自发调节，从而达到控制受控对象温度变化的目的。为了研究PTC电加热器在卫星局部温度控制系统上的应用效果，应用集总参数法建立了这种温控系统PTC加热器及受控对象温度变化的动态特性模型，并对这种温度控制系统应用效果进行了仿真分析，仿真结果表明这种PTC电加热器可以起到降低受控对象温度变化幅度、改善卫星热控效果的作用。     

一种改善相控阵雷达性能的有效措施

反辐射导弹威胁着雷达的生存,各种干扰使雷达无法发挥应有的作用。因此,降低相控阵的副瓣,势在必行。但是,研制低副瓣和超低副瓣相控阵是非常困难的。本文提出一种方法,仅通过改变相位分布,来实现对副瓣的抑制。利用相控阵雷达的波束扫描移相器,可方便地达到这一目的。用这种方法,对接收阵来说,可抗干扰信号;对发射阵来说,可用于抗反辐射导弹。