一种对流层散射通信斜延迟估计方法

为实现对流层散射通信的实时性,针对散射通信延迟估计问题,提出了一种不事先进行信道测量的对流层通信延迟计算方法。首先利用全球压力和温度2（GPT2）模型计算气象数据,然后采用射线描迹法对大气层分层并积分求和,最后计算出对流层散射通信延迟。采用与射线描迹法相结合的方法,摆脱了射线描迹法对探空数据的依赖。最后选取我国三个典型测量站数据进行算例分析,计算结果与我国对流层延迟实际分布特征相吻合,为研究在不事先进行信道测量的情况下计算对流层散射通信延迟量提供了一种新思路。     

基于改进射线描迹法的对流层斜延迟估计

该文针对传统对流层延迟模型和射线描迹法在估计对流层延迟方面的局限性,如效率低、成本高、精度受地表参数和探空数据限制等不足,提出一种基于改进射线描迹法的对流层斜延迟估计方法。该方法结合中纬度大气模式气象参数公式和UNB3m气象参数模型,改进了射线描迹法中折射率剖面的计算,克服了气象数据对射线描迹法的限制。选取亚洲地区10个站点2012年的气象数据,分别采用改进射线描迹法和传统对流层延迟模型估计各个站天顶方向至 高度角区间15个方向的对流层斜延迟,并与基于探空数据获取的对流层斜延迟真值进行比较,计算结果表明该方法的估计精度优于传统对流层延迟模型,为非气象数据情况下对流层斜延迟实时估计提供了新的思路。     

北斗系统对流层延迟改正模型精度分析

北斗系统是我国自主研制的卫星导航定位系统,为提高该系统的定位精度,必须对其误差源引起的定位误差进行修正。对流层延迟是影响北斗卫星定位精度的误差源之一,它是由对流层大气对卫星信号的折射而引起,因此需要进行对流层延迟改正,其改正精度将直接影响卫星的定位精度。针对目前导航系统常用的3种对流层延迟模型,利用公认的电波射线描迹法进行比对,得到了各个模型的特征和适用范围,从而为我国北斗导航卫星定位应用中的对流层延迟模型选择奠定基础。     

单台地基卫星导航接收机测量对流层斜延迟

针对传统差分GPS技术和探空技术在监测对流层方面的局限性,如效率低、成本高、可移动性差等缺点,给出基于精密单点定位方法实现单台地基卫星导航接收机测量对流层斜延迟的方法。精密单点定位方法克服了传统方法的局限性。以单台地基GPS接收机的观测数据为例进行处理,获取对流层斜延迟,并与基于探空数据由射线描迹方法获得的对流层斜延迟进行对比。对比显示单站地基GPS接收机的测量结果与探空的结果大小相符,有很强的相关性,且相关系数都在0.99以上。结果表明:该方法是正确可行的。     

低仰角下对流层散射斜延迟估计方法

对流层斜延迟是对流层散射双向时间比对系统的主要误差来源,目前尚未有对系统中对流层斜延迟进行精确估计的模型。为精确估计斜延迟,引入电磁波射线描迹法,并利用Hopfield天顶延迟模型中折射率计算方案改进描迹法,以克服该方法对探空数据的依赖。首先,根据北纬35 ~37范围内的3个测站2010~2012年的实测气象数据和天顶延迟数据,验证 模型精度范围小于35 mm;然后,将3个测站按相互基线距离的不同分为3组比对站,利用改进后的模型结合2012年的气象数据,计算了在0~5入射角下,一年的斜延迟,并得出最大斜延迟对应的年积日和入射角。计算结果表明,3组比对站的最大单向斜延迟为24.94~45.37 m。在双向比对抵消90%的情况下,时间延迟为3.1~5.7 ns;相互抵消95%时,时间延迟为1.5~2.9 ns。     

对流层对地球同步轨道SAR成像的影响研究

地球同步轨道SAR（GEO SAR）具有超长孔径时间和大覆盖范围的特性,使得传统低轨SAR成像中采用的对流层冻结模型假设失效。因此,需要考虑时变条件下的对流层效应对GEO SAR成像的影响。本文根据对流层中电磁波的传播规律,利用射线描迹法,分析了GEO SAR中相位误差的特点;并通过建立时变对流层影响下的GEO SAR回波信号模型,研究了对流层引起的GEO SAR图像偏移及图像散焦现象,并分析总结了相关影响的边界条件。最后,基于仿真数据,分析了对流层效应对GEOSAR成像的影响。      

低空目标探测中的大气折射误差快速算法

为了利用雷达对低空和超低空飞行器进行精确探测,必须对影响雷达测量精度的大气折射误差进行实时修正。针对目前大气折射误差计算存在处理时间较长、不能满足实时性要求的现状,提出了一种利用虚高进行折射误差修正的快速算法。根据等效地球半径中电波射线为直线的情形推出计算接近目标真实高度的虚高方法,利用虚高将折射误差公式中的积分项分为两部分,最影响折射误差修正处理时间的部分采用一次积分完成,另一小部分利用变步长的迭代方法完成。仿真实验表明,在保证与目前公认高精度的射线描迹法相同的精度条件下,利用虚高进行大气折射误差修正可实现快速计算,计算速度至少提高一倍,且计算速度随雷达仰角的增大而增快。     

海上蒸发波导条件下电波传播的分析

抛物方程方法已经被广泛地应用于电磁波传播的研究,并成为解决电磁波传播问题主要的工具。应用抛物方程和电波传播的基本理论,计算了电磁波在蒸发波导和标准大气中的传输损耗,得到了电波的空间传播损耗图,与射线理论的射线描迹技术得到的结论是一致的,但是抛物方程方法求解速度快,具有很好的实时计算特性,并且能弥补目前射线描迹技术尚不能精确描述空间场分布的缺点,因此更具有实用价值。     

非均匀大气近地面层温度梯度的光学测量

从三维射线方程出发,经过分析和简化,得到水平非均匀大气条件下射线描迹的微分方程组,作为光学测量的理论基础.分析了温度梯度分布的一般特征;在射线弯曲的几何关系基础上,分析了折射角及折射角变化量和温度梯度的积分关系,讨论了路径加权特性,表明在非均匀并且温度梯度对光路中心不对称分布条件下,单边光学测量得不到温度梯度的区域平均值.需要通过双向对测,才能得到光路上温度梯度的算术平均.同时表明,多光源测量系统在非均匀大气近地面层得不到准确的平均温度廓线.     

大气折射引起的中近程雷达测角测距误差分析

本文回顾了大气折射引起的电波传播射线弯曲特性,通过采用我国大气折射率的统计模型和高精度的电波折射误差修正方法—射线描迹法,进行目标定位误差分析,针对中近程雷达的应用背景,计算了一些可为高精度中近程雷达的俯仰测角修正提供参考的数据。     

应用NURBS-UTD方法分析受扰方向图

 本文研究基于任意曲面建模的UTD方法,引入NURBS曲面建模技术对电大尺寸目标建模,给出了NURBS-UTD方法中反射射线场以及表面绕射射线场的数值求解方法。与曲面有关的具体参数,根据微分几何的基本原理结合参数曲面定义使用各种数值方法进行处理,对线积分使用定义展开。针对实际当中任意几何造型的电大尺寸平台的电磁特性分析,本文方法不仅能够处理初等解析曲面,也能够处理任意弯曲的曲面模型,并且不需要消耗大量计算资源又提高了建模精度,文中给出实例进行说明。     

新型射线管分裂技术的计算效率研究

射线追踪的计算效率取决于射线管数量的大小,本文基于计算效率提出一种射线管分裂新技术——确定性射线管分裂法。通过与常见的两种射线追踪方法理论分析进行对比,给出需要追踪的射线管数量的解析式,表明该方法可以显著减少射线管数量。最后通过仿真计算验证了在相同追踪代数和预测精度条件下,确定性射线管分裂法具有花费CPU时间较少、计算效率较高的优点。     

封闭空间声场的虚源法模拟研究

文中以一个不规则的空间为例,给出了虚源法模拟声场的基本原理和算法,介绍了由模拟所得的脉冲响应获取声场明晰度等参数的方法。针对虚源法计算量巨大这一突出问题,着重讨论了几种提高计算效率的方法,并在最后将虚源法与声线跟踪法作了简单比较。     

Ray optics determination of the DFB coupling coefficient inseparate confinement and multiquantum-well laser structures

A ray optics technique is used to derive a closed-form expression for the first-order backward coupling coefficient κ in a generic five-layer separate confinement distributed feedback laser configuration with sinusoidal, triangular, or rectangular gratings. The expression is applicable to multiquantum-well structures as well as strong coupling configurations, and can be evaluated without using any numerical techniques. For the weak perturbation configurations normally encountered in such devices, the ray optics κ values are in good agreement with those obtained using the standard overlap integral technique     

基于CUDA并行计算的空中目标红外辐射成像计算

建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性,采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程,根据本体与三维尾焰的成像几何关系,采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像,采用反向光线追迹方法计算尾焰辐射成像,建立了目标投影算法,并在蒙皮投影计算模块和尾焰辐射计算模块采用CUDA并行提高计算速度,实现了探测器入瞳处目标红外光谱图像的快速计算。结果表明:投影成像算法可准确生成设定条件下的目标图像,目标红外图像辐射分布与温度分布一致,尾焰辐射强度计算结果与实验结果符合较好,CUDA并行算法可有效提高程序的计算效率,当计算量较大时,蒙皮投影模块的计算加速可达百倍以上。     

一种求解电大平台天线互耦的时域积分方程快速算法

该文针对电大尺寸平台天线互耦问题,提出一种基于几何绕射理论加速的时域积分方程快速算法。在求解时域积分方程的经典时间步进法基础上,引入几何绕射理论中的绕射线寻迹,提高了迟滞积分的计算效率。数值算例证明了该方法能够有效地加速时间步进法的求解过程,对电大平台天线布局优化设计具有理论指导意义。     

BMC 法计算航空发动机红外辐射的效率研究

反向蒙特卡罗(BMC)法的计算精度高、适应性强,是计算目标红外辐射特征的常用方法。基于CFD 和IR 综合计算分析的方法,研究了射线步长、射线数、射线携带能量方式等因素对BMC法计算航空发动机红外辐射强度的效率的影响。结果表明:射线步长与喷管出口当量直径比在0.05~0.1的范围内,射线数达到105量级时的计算效率较高;采用射线携带多个波段能量的方法,计算时间可缩短数十倍;通过MPI平台实现了并行计算,进一步缩短BMC法的计算时间,但并行效率随着计算核心的增加而下降。在保证计算精度的前提下,通过合理地选择参数、算法改进和并行计算,提高了计算效率。     

A hybrid technique for analyzing wire antennas in the presence of a plane interface

A hybrid technique which combines the method of moments (MM) with ray methods is employed to analyze the radiation of wires in the presence of a plane interface. In this technique, which is an extension of that proposed for combining the MM with the uniform geometrical theory of diffraction (GTD), a piecewise sinusoid (PWS) Galerkin method formulation is used. In this paper the basic assumption is made that a PWS dipole can be replaced by three sources of transverse, spherical waves, so that their fields can be treated separately by standard ray methods. Via this procedure the MM matrix can be easily augmented to account for the wire-interface interactions. Calculations of the field both radiated in the antenna half-space and transmitted through a plane interface are found in very good agreement with those performed by using the rigorous Sommerfeld integral representation. These results show that this technique provides an accuracy which is widely acceptable in most engineering applications, even when the wire is placed very close to the interface. This approach, which employs ray methods to calculate reflected and transmitted field contributions, appears promising to treat the case of curved interfaces.     

用于分析电磁散射的多层Z缓冲器技术

本文提出了一种用于分析电磁散射的多层Ｚ缓冲器技术，它使计算机图形学与电磁散射分析相结合，能有效地解决复杂物体电磁散射分析中的隐藏面消除问题和多次散射计算的射线跟踪问题，从而使复杂物体电磁散射的分析和计算更为精确，而且使多次散射计算的射线跟踪速度加快。计算机模拟计算结果表明，提出的新技术是有效的，本文的多层Ｚ缓冲器技术可应用于其它研究领域。     

FDTD分析包含S参数器件模型的微波有源电路

将有源器件的S参数引入到FDTD迭代中,传统方法采用了逆傅立叶变换和复杂的卷积技术.为了避免繁琐的卷积运算,本文首先把测量的S参数转化为Y参数,采用Vector Fitting技术拟合得到Y参数的s域有理多项式,然后通过差分技术或者Z变换技术将Y参数引入到FDTD运算中.另外,为了提高该方法的计算效率及稳定性,利用FDTD方法提取分布元件部分的时域特征模型(TDCM),再结合本文方法全波分析微波有源电路,达到了更好的效果.最后,作为例子模拟了一个微波FET放大器电路,验证了本文方法的有效性和精度.