物理绕射理论奇异性研究

物理绕射理论是计算尖劈绕射的重要方法,其重要意义是消除了几何绕射理论所带来的奇异值。本文导出了这两种绕射系数的另一种表达式,可以非常明确地说明奇异值消除情况。将绕射系数写成余切函数的形式,奇异点就体现在宗量为0的情形,这种情形恰好就是入射边界或反射边界。物理绕射理论在绝大多数情况下消除了几何绕射理论带来的奇异值。但在一种特殊情形下,仍然存在着奇异,即绕射波沿着劈面且双站角为180°。这种奇异会导致在有些情形下,双站散射计算误差非常大,而在单站情形不会发生奇异。最后,通过二维方柱和三角形柱的散射算例进行了相关验证。     

非视距环境下超宽带信号多重绕射仿真研究

利用时域一致性绕射理论(UTD)和物理光学(PO)的方法来仿真非视距环境下超宽带(UWB)信号多重绕射传播特性.由于该方法利用一组简单的递推关系来代替一致性绕射理论中复杂的斜率绕射项,从而提供了一种简化的基于时域一致性绕射理论的多重绕射分析方法.利用上述方法推导了著名的Bertoni模型的时域冲激响应,利用卷积运算可以简便地预测仿真环境下接收点的超宽带信号.数值结果表明,这种基于时域UTD-PO的分析方法不仅能够用来准确地分析多重绕射模型而且还能够明显节省运算时间;相比楔形障碍物,圆形障碍物对接收点波形的影响较小.     

正弦波与沃尔什函数

在大多数打算使用沃尔什函数的应用中,二进制波形将代替比较一般的正弦波,因为快速沃尔什变换算法似乎使这些波形在许多种信号处理中具有很大的吸引力。本文首先简要论述沃尔什函数的特性及其应用。同时还介绍正弦波与沃尔什函数之间的一些老的和新的相互关系,但本文的主要目的是研究与傅里叶和沃尔什级数的使用有关的截断误差和舍入误差。 利用简化的近似式可以发现,对于平滑信号的长取样来说,用沃尔什表达式,项数要用得很多,而且对于一个给定的均方根总误差来说,要求这些项的系数有较高的精度。甚至对于不连续信号来说,沃尔什级数也可能要求很多项,这就抵消了快速沃尔什变换在计算上的优点。长波形沃尔什级数表达式的这种相对的不足可能就说明了为什么它在应用中不是特别有效的。     

计算任意导体直劈边缘瞬态散射的TD-EEC公式

对频域等效边缘流(Equivalent edge current EEC)公式进行傅里叶逆变换,推导出时域等效边缘流(TD-EEC)的计算公式,可用于计算任意导体直劈边缘在任意观察方向的远区时域绕射场,且绕射线在焦散区内保持有限。TD-EEC的时域边缘绕射的计入明显改善了TD-PO方法的计算结果,能够用于电大尺寸复杂导体目标的瞬态散射和宽带散射分析以及雷达原始回波的模拟。最后,以平板和劈柱为例进行瞬态电磁散射计算,并将计算结果同TD-PO和时域有限差分(FDTD)的计算结果进行比较,验证了方法的正确性和有效性。     

斜入射下各向异性阻抗劈散射：表面波的绕射

各向异性阻抗劈的绕射研究对雷达探测、电波传播和高频天线设计等方面有着重要的意义。当平面波照射在各向异性阻抗表面上时,可能激励起导波模形式的表面波,在表面波的传播过程中,若遇到几何参数或者物理参数不连续的目标（例如劈边）则会产生绕射场。考虑到斜入射情况下电场与磁场的耦合,在一致性几何绕射理论（uniform geometrical theory of diffraction, UTD）框架内应用摄动原理,以及Van der Waerden方法得到斜入射情况下各向异性阻抗劈散射场中表面波的绕射场贡献。     

复杂目标电磁散射计算软件的改进

在计算复杂目标的电磁散射中 ,图形电磁计算方法 (graphicelectromagneticcomputing,GRECO)可用来实时计算电大尺寸复杂目标的RCS。在考察了原有的GRECO计算内核之后 ,结合计算机图形学方面的理论 ,对GRE CO的内核代码进行了改进 ,从而使得对于目标的棱边判定更加充分、准确。对于PTD绕射系数f和g表达式中的奇异点 ,通过求取平均值的方法给出了准确的结果 ,整体上使得绕射场的计算结果更加准确。     

室内环境下衍射信号对太赫兹通信信道影响研究

太赫兹通信具备高带宽和高衰减特性,特别适合在室内无线通信系统中应用。在太赫兹通信信道下,会产生反射、衍射等现象,目前已有毫米波下的衍射模拟研究,但缺乏在太赫兹波下衍射特性的研究。应用一致性绕射理论、大气吸收衰减理论,对350 GHz频率下典型的楔形几何结构衍射进行了研究,结合射线跟踪法对比了材料、粗糙程度、入射角度对衍射功率的影响。应用双边缘绕射法,模拟了人在房间内行走时,衍射对太赫兹波室内信道特性的影响。     

复杂目标外形拟合及散射截面计算

本文用修正的双三次参数样条拟合目标外形,可直接使用飞机外形CAD设计数据库,可拟合绕射点坐标,主曲率半径及主方向,短程线及其它一些几何参数,用一致几何绕射理论计算目标的雷达散射截面。计算精度为1dB左右,理论计算与实验结果吻合好。     

大型障碍物影响下航向信标敏感区的划设

国际民航组织给出了仪表着陆系统航向信标(localizer, LOC)敏感区划设建议，但没有考虑大型障碍物的影响，也没有提供相应理论说明。中国民航正在提升仪表着陆系统的运行等级，必须评估大型建筑物对该敏感区的影响。聚焦机载LOC接收信号的调制度差(difference in depth of modulation, DDM),分析研究大型障碍物产生的LOC反射信号、边缘绕射信号及尖顶绕射信号对DDM的影响，基于双频20单元LOC阵列天线建立DDM计算模型，仿真分析了铁质和水泥材质大型障碍物在不同位置时对DDM的影响，获得了大型障碍物影响下LOC敏感区，并为国内某条实施III类运行跑道附近的机库改造提供相应建议。     

基于GTD的进近着陆系统多径效应仿真

针对进近着陆系统对于环境的影响十分敏感的问题，采用几何绕射理论（GTD）仿真分析了进近着陆系统的多径效应，给出了跑道旁边的机棚造成多径问题的仿真结果，从而为评估环境对着陆系统的影响提供了一种有效的技术途径。     

一种求支持向量机光滑函数的新方法

光滑函数在支持向量机中起着重要作用.用插值函数的方法曾导出了一个求光滑函数的递推公式,然而,用该递推公式求光滑函数还很繁琐.针对该问题,用积分的方法得到了求多项式光滑函数的一个新递推公式.算例表明,用新递推公式求光滑函数比原递推公式简单得多,为研究支持向量机的光滑函数提供了一种新方法.     

一种基于GTD模型的目标散射中心提取方法

随着隐身技术的发展,臆身目标的镜面散射已基本消除.边缘绕射等上升为主要散射源.用基于几何绕射理论的GTD模型取代以镜面散射为主的常规目标的指数和散射模型,来精确描述隐身目标的高频电磁散射特性.并且采用旋转不变技术(TIS_ESPRIT)替代多重信号分类(MUSIC)算法,精确估计目标散射中心的位置信息,避免了MUSIC算法用谱峰搜索提取参数的过程.并时TLS_ESPRIT算法进行了改进,有效降低其计算量.同时,利用特征分析法的信号与噪声子空间正交特性、二项式近似两种方法来提取散射中心的类型参数.仿真结果表明,该算法高效、精确、具有良好的分辨率,可以有效地提取以边缘绕射等为主要散射形式的臆身目标的散射中心.     

弹体截断对弹载天线辐射特性的影响

本文应用几何绕射理论（ＧＴＤ）计算了弹载天线的辐射方向图。分析了弹体尾部圆柱部分在不同截断长度的情况下对弹载天线辐射特性的影响。结果表明,弹体截断对弹载天线辐射特性的影响很小,完全可以在弹载天线的测量中对弹体进行截断处理。     

端射阵机载雷达STAP单脉冲测角方法

端射阵列雷达是新体制雷达发展的一个重要趋势,因其具有低剖面和定向辐射特性,特别适合用于机载雷达的补盲。但由于端射阵天线方向图的特殊性,其主瓣宽度比相同天线尺寸的侧射阵宽得多,这势必会导致传统自适应单脉冲测角方法性能下降。本文提出了一种基于三维空时联合约束的自适应单脉冲测角方法,将传统自适应单脉冲测角问题扩展到俯仰-方位-多普勒三维空间,利用三维杂波特性克服波束过宽所带来的问题,并可同时测出目标的方位角和俯仰角,表现出较为优越的角度估计性能。计算机仿真结果验证了该方法的有效性。     

SMFSIA/CAG快速计算二维分形粗糙面的电磁散射特性

应用稀疏矩阵平面迭代/规范网格法(sparse-matrix flat-surface iterative approach and canonical grid method,SMFSIA/CAG)快速计算了二维分形粗糙面的电磁散射特性。在SMFSIA/CAG中,基于迭代法的原理,通过加快迭代收敛速度和加速矩阵向量积两个方面对该算法进行了改进,推导了关于平面展开的高阶泰勒级数展开公式,并对近场相关距离和泰勒级数展开阶数对算法效率的影响进行了分析。SMFSIA/CAG的应用降低了计算量,实现了对二维分形粗糙面电磁散射特性快速、准确地仿真计算。     

高分辨雷达-维距离像稀疏表示技术

高分辨雷达回波信号处理和特征提取技术受到广泛的关注.针对雷达目标几何绕射参数化模型,采用稀疏成份分析方法研究了高分辨距离像的超分辨重构和特征提取问题,分析了正则化函数的指标参数对信号重构性能和计算复杂性的影响,在此基础上提出了一种具有稀疏表示能力的正则化函数,实现了目标散射中心的有效分离.数值结果也验证了该方法的合理性和有效性.     

基于改进MUSIC算法的散射中心参数提取及RCS重构

随着隐身技术的发展,雷达目标的边缘绕射等逐渐取代镜面散射成为主要的散射源,因此基于几何绕射理论（geometric theory of diffraction,GTD）的散射中心模型对隐身目标电磁散射特性的描述要比衰减指数和模型更为精确。显然,准确估计出GTD散射中心参数对刻画目标散射特性犹为重要。针对经典多重信号分类（multiple signal classification,MUSIC）法仅利用目标原始回波数据、参数估计精度不高这一问题,提出一种改进的MUSIC算法对散射参数估计提取。改进的MUSIC算法通过对原始回波数据取共轭,构建新的总协方差矩阵,有效利用了目标原始回波数据的共轭信息。仿真结果表明,与经典MUSIC算法相比,改进的MUSIC算法参数估计精度更高,雷达散射截面重构拟合程度更好,且运算量增加不大,可有效提取出隐身目标的散射中心。     

基于八叉树优化的MoM-PO/PTD混合算法分析目标电磁散射及辐射问题

在综合利用矩量法(method of moments, MoM)和物理光学(physical optics, PO)方法的过程中, 要精准识别和划分PO位置处于点光源照射情况下的暗区和亮区。传统的识别划分手段的时间复杂度为O(N²), 当面片数量N增多时, 所需的时间呈现出急剧增长的趋势。文中应用八叉树和后向追踪算法, 对PO亮区判断过程进行加速, 可将时间复杂度由N²降为NlgN。由于计算PO区域电流时没有考虑边缘绕射造成的影响, 导致计算误差较大。鉴于此, 本文在计算过程中引入物理绕射理论对混合算法加以改进, 并通过与FEKO中的MoM相比较, 说明了修正后的混合算法能够有效提升计算精度。     

单元极化对共形阵峰值副瓣电平影响的研究

本文研究了单元极化对共形阵副瓣电平的影响，运用一致性几何绕射理论给出了金属圆柱上任意单元极化辐射场的计算方法。对共形天线阵列的副瓣电平进行了仿真数值计算，得出了一些有意义的结论。     

具有最大稳定域的实时RK4公式

实时仿真通常要求计算机在一个动态循环中与外部硬件相互作用。外部数据必须从输入信号中采集，并融入到数值积分算法中以计算出状态变量。同样，从积分过程中求得的数据也必须及时被输出。因此，一般希望能选择较大的积分步长，以保证能有足够的计算时间。首先将实时四阶龙格-库塔公式的稳定域问题化为一个约束求极大值问题，利用优化方法，找到了具有最大稳定域的实时四阶龙格-库塔公式应满足的条件。然后，根据局部截断误差与相关系数的关系，将其化为一个约束求极小值问题，并最终导出了一个新的实时RK4公式。该公式不仅具有最大的稳定域，而且局部截断误差函数值也小于其它已知的实时RK4公式。仿真结果表明，该公式是有效可行的。