姿态变化条件下的典型卫星目标宽带散射特性分析

采用FDTD方法计算和分析了现有的两类典型的卫星--三轴稳定和自旋稳定卫星的宽带散射特性,比较了这两种典型卫星目标的时域和频域散射特性随姿态变化的规律.结果显示频域散射特性适合在大姿态角变化范围内分析卫星目标姿态,而时域散射特性适合在小姿态角变化情况下分析卫星目标姿态.此外,对于典型卫星目标而言,翻滚姿态变化比俯仰姿态变化可以引起更大的目标后向散射变化.计算分析结果对卫星目标及其姿态的识别,以及对宽带地基雷达的设计有一定的参考价值.     

旋转对称金属目标上凹槽中填充材料对电磁散射影响的分析

利用各向异性时域有限差分法(FDTD)分析填充不同介质凹槽的金属目标的电磁散射。就具有旋转对称特性的典型目标模型,详细计算分析了在凹槽中填充不同材料对其电磁散射特性的影响,计算结果显示在目标的特定部位上开适当宽度和深度的槽并填充负单轴各向异性介质能显著降低目标的后向雷达散射截面(RCS)。     

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.     

水下目标宽带回波特性的快速计算方法

基于传统板块元方法,运用切比雪夫多项式插值实现了水下目标宽带回波特性的快速计算.从散射声场的特性出发,将幅相分离的思想引入散射声场的分析.目标表面单个板块散射声场可分解为随频率变化的快速起伏和缓变函数的乘积,提取缓变函数切比雪夫节点处的板块散射声场,再利用切比雪夫逼近理论插值得到宽频带内各频率点处的精密计算.结合分离出的随频率快速起伏项,获取每个板块的宽带散射声场,通过各板块元散射声场叠加得到目标宽带回波特性.该方法避免了传统板块元算法逐频率点计算所带来的大量板块的重复计算,可以快速、精确计算水下目标宽带回波特性,计算效率大为提高.     

分形地面与埋藏目标宽带电磁散射FDTD研究

采用一维带限Weierstrass分形函数模拟实际的粗糙地面,运用时域有限差分法研究了脉冲波入射时分形地面与下方埋藏目标复合模型的宽带电磁散射问题,得出了后向复合散射系数的频率响应曲线.数值计算了后向复合散射系数随分形地面分维数、高度起伏均方根、土壤湿度、目标尺寸、目标倾角、目标埋藏深度等的变化情况,并做了详细分析与讨论,得到了一维带限Weierstrass分形地面与下方埋藏目标复合模型的宽带电磁散射特性.     

指数型分布粗糙地面宽带后向电磁散射的FDTD研究

采用蒙特卡罗方法模拟生成指数型分布粗糙地面,运用时域有限差分方法(FDTD)研究了高斯脉冲波入射时粗糙地面的宽带电磁散射问题。通过数值计算得到不同频率响应对应的后向散射系数,分析了粗糙地面相关长度、高度起伏均方根、土壤湿度和入射角的变化对后向散射系数的影响,得到了指数型分布粗糙地面的宽带后向电磁散射特性。     

用时域有限差分法分析涂敷目标的电磁散射特性

为了有效分析涂敷目标的宽带电磁散射特性,采用计算电磁学的时域有限差分方法,分别对涂敷各向同性和单轴各向异性吸波材料的目标进行了计算.研究了涂敷材料厚度、阻抗匹配等因素对目标雷达散射截面的影响.结果表明,当涂敷材料的电磁参数满足匹配条件时,对电磁波的吸收性能最好,从而可以有效地缩减目标的雷达散射截面.     

分形粗糙面与上方导体目标的宽带后向电磁散射研究

采用一维带限Weierstrass分形函数模拟实际粗糙地面,运用时域有限差分法研究了高斯脉冲波入射时粗糙地面与上方二维等边三角形导体目标的宽带后向电磁散射问题,得到了后向复合散射系数随频率的变化曲线.分析了后向复合散射系数随粗糙地面高度起伏均方根、分维数、土壤湿度和三角形边长、倾角、高度的变化情况,得到了分形粗糙地面与上方导体目标复合的宽带后向电磁散射特性.     

微波暗室低散射目标RCS测量方法

为提高微波暗室低散射目标雷达散射截面（RCS）的测试精度,采用设置吸波墙、扫频RCS时域测量、匹配滤波和合理选用窗函数的方法测量了低散射目标的RCS,得到了目标宽带RCS数据和精细的频率特性。设置吸波墙的方法使小金属球的回波信杂比提高了20 dB,扫频宽带RCS时域测量值与理论值吻合良好。实测数据分析表明,扫频时域测量目标宽带RCS能减弱杂波叠加导致的不利波动,设置吸波墙和匹配滤波能显著抑制目标近距离处的转台和支架杂波,窗函数的平坦通带特性能减小数据截短影响,从而有效提高低散射目标RCS测试精度。     

宽零点约束的宽带波束形成

为解决在空间指定区域内形成宽零点抑制宽带干扰的问题,该文提出了一种宽零点约束的宽带波束形成方法。该方法首先利用宽零点约束的窄带波束形成得到频域权值,再利用时域、频域宽带波束形成的等价性求解相应的时域波束形成权值。该方法能够在指定区域内形成期望深度的宽零点,数值实验结果证明了该方法的有效性。该文的方法具有权值计算复杂度低、滤波处理延迟小的特点,适合应用于实际的数字宽带阵列系统中。     

挠性多体卫星姿态动力学与控制

三轴稳定卫星挠性附件的弹性振动和刚性部件的转动与卫星的姿态运动构成耦合的强非线性系统,因此须设计有效的控制律。该文研究了采用反作用飞轮作为执行机构、带有柔性附件和刚性转动部件的整星零动量三轴稳定卫星的姿态解耦控制问题。导出了卫星的多体系统动力学方程,并给出了部分线性化的形式。进一步利用反馈线性化方法将非线性耦合系统解耦,然后对线性化的系统模型进行状态反馈解耦和极点配置。数值仿真结果表明,该文所设计的控制方法具有很高的姿态控制精度和稳定度。     

复杂目标雷达图像形成机理分析

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像包含了复杂目标重要的电磁散射特性,图像中的散射中心可以提供目标结构和散射点位置等重要的目标几何信息。定量分析SAR图像中散射中心分布和形成机理在目标探测和识别领域具有重要的理论意义和应用价值。本文选取典型复杂目标（航母和战车）,正向构建了目标散射中心参数化模型。在此基础上,对目标SAR图像中轮廓的形成机理和图像稳定性开展了定量分析,建立了图像中散射中心与散射部件间的良好映射关系,揭示了散射中心的形成机理,进一步分析了目标上随姿态稳定的散射中心与目标局部几何结构之间的联系。此外,针对实际应用中目标几何模型非理想光滑的情形,本文研究了目标表面几何粗糙对SAR图像的影响,目标表面合适的粗糙程度可以改进仿真图像的结果,形成更加清晰的目标轮廓;但若粗糙程度过大则难以客观反映实际模型的电磁特性。本文构建的散射中心模型与实测数据进行了比对,结果吻合良好。     

Hermite展开应用于介质柱散射的时-频域联合外推

介质柱在外加平面波照射下其体内会激励产生极化电流时域和频域响应 .利用极化电流的早时响应和低频信息 ,经过联合外推计算 ,获得了时域和频域的完全响应 .本文采用的基本方法是 :根据连带Hermite函数的傅里叶变换的自反性 ,以及散射体在高斯脉冲平面波激励下极化电流的时域响应的持续时间和频域信息的带宽的有限性 ,将时域响应和频域信息均展开为连带Hermite级数的叠加 ,待定系数由早时响应和低频信息联合确定 ,而早时响应和低频信息可分别由时间步进法 (MOT)和矩量法 (MOM)求得 .本文用 4个计算例子验证了这种外推方法 .     

内燃机缸盖振动信号的特性与诊断应用研究

研究了内燃机缸盖振动信号的时域、频域和循环波动特性,揭示了它的非平稳时变特点,提出抽区间采样分析与参数平均相结合的振动诊断方法,并给出在气门间隙异常和气门漏气故障诊断中的应用实例     

基于二维稀疏特性的空间目标高分辨ISAR成像方法

针对空间三轴稳定目标成像问题,提出了一种基于目标稀疏特性的空间目标高分辨ISAR成像方法.该方法利用精轨数据构建了保相波形延时字典,实现了距离维高分辨和平动补偿;利用旋转矢量分析方法计算了三轴稳定空间目标有效积累转角,结合高分辨距离像的稀疏特性,给出了一种适用于越距离单元徙动的方位维稀疏字典构建方法.仿真结果表明,构建的稀疏匹配字典正确反映了目标的姿态变化特性,解决了越距离单元徙动问题,结合距离维相干抑制显著提高了空间目标二维ISAR像的分辨能力.      

基于空频滤波的并行单星约束波束形成算法

由于空域抗干扰算法形成零陷时会导致有用信号一定程度失真,提出了基于空频滤波的并行单星约束波束形成算法。针对宽带接收机的应用,在空频二维宽带处理器的模型下,将各阵元接收数据变换到频域;通过频域并行单星约束方程,保证信号带宽内每个频点上的信噪比,有效防止了传统算法对有用信号的衰减。最后,将每颗卫星信号逆变换到时域,便得到了干扰抑制之后的全部卫星信号。计算机仿真验证了理论分析的正确性和算法的稳健性。     

正交频分复用系统中脉冲成型信道估计算法

提出一种脉冲成型的信道估计算法,该算法将频域的信道信息转换为时域信道信息,通过多径信息和理论推导的脉冲信号就町以合成几乎没有失真的信道时域特性,并能消除大部分的噪声干扰,然后将信道的时域特性变换到频域,得到信道的频域特性.理论分析和仿真结果表明:该算法有良好的抗噪声性能和低的误码平层,同时对系统的定时精度不敏感.     

脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统的瞬态解析方法

为了解决空间分辨率和频率测量精度之间的矛盾,将脉冲预泵浦的概念引入瑞利布里渊光时域分析系统,建立了运用瞬态受激布里渊散射耦合波方程组描述该系统的数学模型。采用时域有限差分法求解了瞬态受激布里渊散射耦合波方程,仿真拟合了常微分方程组的时域幅值解,并实验验证了脉冲预泵浦瑞利布里渊光时域分析系统散射光功率谱和理论的一致性。结果表明,传感脉冲光、瑞利散射光和声波场三波幅值拟合方程的均方根误差可达0.003 097、0.005 717和0.020 75,沿光纤长度该系统功率谱呈现出携带布里渊信息的瑞利散射特性,可实现光纤温度和应变的传感检测。     

超宽带引信天线时域建模与仿真

 针对超宽带引信天线的带宽及体积因素, 利用电磁场仿真软件进行超宽带天线建模与仿真。在频域中分析超宽带引信天线的驻波比曲线、天线增益; 在时域中分析超宽带引信天线的辐射信号特性及天线方向图。通过两者结果可以得出, 针对超宽带引信天线, 采用时域分析法为主、频域分析法为辅的方法可得到理想的分析仿真结果。