求解三维电磁问题的自适应区域分解FDTD方法

将三维电磁场问题的求解区域分解为若干独立的子区域,在各个子区域之间通过连接边界条件,进行自适应检测,当检测到波传播至检测边界上时,相应子区域被激活,并进行传统的FDTD迭代计算,否则该子区域置于休眠状态不参与场值迭代,从而减少计算时间.对三维微带互连结构的信号完整性仿真结果验证了这种采用边界检测的自适应区域分解时域有限差分(ADD-FDTD)方法在节省计算时间和解决复杂问题方面的有效性.     

三维非均匀介质成像问题的区域分解方法

在利用数值方法分析非均匀介质问题时,容易生成大型系数矩阵,从而在求解时常常造成计算机内存不足或者计算时间过长。该文利用区域分解方法对三维非均匀介质成像问题进行分析,通过将求解区域划分为几个子区域,在子区域上以迭代求解子问题的方式解决以上问题。文中给出的迭代收敛速度曲线证明区域分解算法的收敛速度很快。该文对一些复杂的非均匀介质问题给出了模拟测量成像的结果。     

二维位场重叠型区域分解方法

区域分解方法在处理复杂求解区域问题上比一般常用方法要优越。本文在Ｓｃｈｗａｒｚ交替法的基础上，给出了不带松弛因子和带松弛因子的重叠型区域分解算法。数值实例说明：利用区域分解算法，可以得到较理想的计算结果，算法的收敛速度与离用网格无关，而且相似问题具有相近的最佳松弛因子。     

一种分析多目标散射问题的区域分解方法

提出了一种用于分析复杂多目标散射问题的区域分解方法.在该方法中,每个目标作为一个独立的计算区域采用矢量有限元方法进行分析;各个区域之间通过基于格林函数的边界积分方程进行耦合;所得到的耦合矩阵方程采用基于Foldy-Lax多径散射方程的特征基函数方法进行求解.由于矢量有限元方法的灵活性,该区域分解方法特别适合于求解多个具有相同结构复杂目标的散射问题.数值算例验证了该方法的准确性和处理复杂多目标散射问题的能力.     

采用组合单元技术的区域分解算法及其在雷达散射截面优化中的应用

研究了一种采用组合单元技术的区域分解算法,把原求解区域划分为若干个子区域,将每个子区域内部的场值映射到连接节点,通过求解连接节点的场值即可快速获得原问题的解,极大地减少了存储量和计算量,为计算复杂电磁散射问题提供了一种新的途径.这种区域分解算法特别适合于各种优化问题,例如,雷达散射截面的优化.数值算例验证了该方法的准确性和有效性.     

协同计算在机载阵列天线分析中的应用

在机载阵列天线的分析过程中,采用单一种类的电磁算法通常难以对之高效求解。为了快速准确分析此类复杂电大目标的辐射和散射问题,基于区域分解的思想建立了一种多算法协同计算的统一架构。将复杂电磁问题划分为多个子区域,对于问题的不同子区域可以根据该区域内的材料、结构、馈源等特征来选择适合的数值方法进行计算。该协同计算框架将不同种类的算法隔离开来,不同区域之间统一采用等效面上的近场交换区域间的耦合作用,提高了算法协同的灵便性。各子区域内部可以采用并行计算、核外存储等技术来加快计算的过程,提高求解问题的规模。数值计算结果验证了该方法的有效性,同时采用并行核外高阶、低阶矩量法及多层快速多极子混合方法高效解决了机载微带天线阵的辐射特性分析问题。     

基于行为视觉的运动过程合理化图像分解研究

针对现行的图像分解方法对于分割精确的运动目标可以准确地进行分解,但当运动环境复杂、运动目标分割过程中受到阴影干扰而导致运动目标形状特征发生突变,进一步导致图像分解抗噪性能差,阴影区域去除不完全、分割精度低等问题,提出一种基于行为视觉的运动过程合理化图像分解方法。采用背景去除法提取运动区域,依据运动目标几何特征对是否存在运动区域阴影部分进行判断及粗分割,结合区域一致性测度方法对阴影区域中全影及半影进行有效检测和去除。依据运动目标外观表征构建了一种能量变化图,提取出描述运动目标形状信息和运动信息的行为特征,利用运动行为特征作为聚类中心,采用人工蜂群模糊聚类方法求解运动过程图像中的最优聚类中心,依据最大隶属度原则对运动过程图像进行分解。实验结果表明,该方法有效去除了运动目标图像阴影区域,具有抗噪性强、分解精度高等优点。     

基函数展开加速的PBSV-DDM及其在柱体散射中的应用

基于部分基础解向量的区域分解算法(PBSV-DDM)是一种新的快速高效的电磁场数值计算方法.不同于传统的区域分解算法,PBSV-DDM首先求出关于连接边界上节点的部分基础解向量,在迭代过程中,只需要对部分基础解向量做简单的线性组合就可以获得整个求解区域的最终解.然而当子区域间连接边界上的节点很多时,PBSV-DDM方法中求解基础解向量就会变得非常耗时.为此,将连接边界节点上的场值用数量较少的基函数展开,并采用欠松弛法加速部分基础解向量的迭代计算,进一步提高了PBSV-DDM的计算效率,降低了存储量.     

基于色彩空间变换与异常检测的多光谱舰船感兴趣区域检测

针对多光谱遥感图像中复杂海面背景下海上舰船检测问题,在高斯模型RX异常检测算法的基础上进行改进,提出一种基于色彩空间变换的复杂海面上舰船感兴趣区域(ROI)的自动检测方法,解决了传统的阈值分割方法在遥感图像复杂海面背景下较难将目标与背景分离的问题。在多种不同复杂海面背景下的舰船ROI检测实验中,与传统阈值分割方法比较,该舰船ROI检测方法有较好的检测效果。     

基于有限元算法的戴罩天线辐射特性快速求解

提出一种基于矢量有限元算法来分析天线罩与天线系统辐射特性的等效方法。在传统有限元方法中,需对整个求解区域进行网格剖分。由于天线局部细小结构的电尺寸与整个求解区域有较大的差距。因此,在网格划分时容易导致剖分奇异性的出现以至于无法顺利剖分或矩阵无法求解。为避免上述问题并提高计算效率,文中将原求解区域进行区域分解,天线在子区域中单独求解,再将子区域边界得到的场值提取出来,同其他求解区域进行耦合,求解耦合矩阵,从而得到整体区域的场值,然后计算所需的增益等辐射参数。并快速准确地得到整个系统计算模型的辐射特性。     

碳纤维复合材料趋肤效应研究

良导体在平面电磁场作用下的趋肤效应有简单的公式描述,而涡流检测中电各向异性材料的趋肤效应却非常复杂。该文通过对碳纤维复合材料的涡流检测进行有限元仿真,研究涡流检测中电各向异性材料的趋肤效应。     

基于解析模型的永磁同步电机优化设计

永磁同步电机的电磁转矩和涡流损耗是两个重要指标,在体积等限制条件下,有效提高电磁转矩并降低转子涡流损耗是电机设计的关键。针对这个问题,文中采用解析法,分别计算电磁转矩和涡流损耗,并采用粒子群优化算法,对电机尺寸参数进行优化设计。解析模型包括电枢反应磁场和空载磁场模型。在计算涡流损耗时考虑涡流反应、永磁体周向分段等,优化算法的目标函数并使用权值将多目标转换成单目标。通过解析解与时步有限元数值解的对比可看出,解析解的误差在2%左右。参数影响分析的响应面显示,在定子绕组节距为25°时,电磁转矩和涡流损耗相关性一致。优化迭代结果显示,优化设计降低了76%的平均涡流损耗、22%的平均电磁转矩和68%的电磁转矩波动。     

Contribution to the modeling of a voltage driven pulsed eddy current sensor for the characterization of conductive plates

We highlight some physical phenomena occurring in pulsed eddy current testing, through the modeling of the response of a voltage driven pulsed eddy current sensor for the characterization of the thickness and conductivity of a metallic conductive plate. We use the finite element time domain method coupled to the electric circuit equation in the eddy current sensor which consists of an air cored coil. The characterization parameters are obtained from the current variation in the coil. The effects of the thickness and conductivity are clearly distinguished by considering three metallic plates of different conductivities. Time and frequency approaches are considered. We show that the reconstitution of the coil response signal from its Fourier series expansion leads to a loss of important features of the latter, limiting thus the characterization parameters, since this reconstitution does not take account of the sub-transient phenomena, i.e., the time of diffusion of the electromagnetic field in the conductive plate. The numerical results are supported by measurements.     

基于表面电流的粗糙面上方圆柱距离像仿真

在矩量法和物理光学混合算法的框架内,引入矩阵压缩技术提高计算效率,降低计算机内存需求,实现粗糙面上方二维导电圆柱宽带复合电磁散射建模。通过求解复合模型表面电流在频域仿真回波信号,结合傅里叶逆变换(IDFT)获取粗糙面环境下圆柱的高分辨一维距离像(HRRP),实现了粗糙面上方目标HRRP特性仿真与分析。采用定量与定性的综合分析手段,结合表面电流分解与射线路径相位预估,揭示了目标与粗糙面之间复杂电磁耦合机理与作用过程,明确了HRRP各峰值形成的来源,定量研究了各阶耦合相互作用回波对雷达成像的贡献。     

基于改进的体面积分方程区域分解方法高效求解有限大频率选择表面结构的电磁散射特性

针对复杂的有限大频率选择表面（frequency selective surface，FSS）结构阐述了一种改进的非重叠和非共型的体面积分方程区域分解方法（volume-surface integral equation domain decomposition method，VSIE-DDM）.为了对其进行高效的电磁分析，我们在最近发展的VSIE-DDM的基础上开发了不同的分区方式，每个子区域不必相同大小，可以任意形状，使该VSIE-DDM分区更加灵活.并且由于FSS的精细单元和薄介质基底，导致网格比较稠密，因此得到维度比较大的矩阵.为了更高效计算更大维度的子区自耦合矩阵的逆，使用了内外迭代技术使得该方法可以采用电尺寸更大的子区，获得更好的收敛性，进一步提高了仿真效率.通过几个数值算例验证了本文所提算法的计算性能.     

区域分解时域有限差分方法(DD-FDTD)及其在散射问题中的应用

本文提出一种区域分解的时域有限差分算法(DD-FDTD).依据待解问题的特点,把待解问题分解为几个子区域,在各个子区域中,采用适合于该区域的共形网格进行划分计算,通过一种有效的信息传递方案,把各个子区域综合起来,获得原问题的解.通过采用这种方法,一个复杂的问题可以得到简化,从而变得适于求解,同时,共形网格和精确的信息传递方案的使用,大幅度提高了计算精度.文中,用该算法对二维电磁散射问题进行了分析计算,获得了精确的计算结果.     

一种经验模式分解下的海杂波小目标检测方法

利用海杂波有效探测海上小目标是目前雷达探测领域的热点问题,具有重要的应用价值。鉴于海杂波是一种非线性非平稳性的雷达回波信号,充分发挥整体平均经验模式分解的优势,将海杂波分解为若干个不同尺度的独立分量。通过研究发现有目标时,分解出的前5个分量与未分解前信号的相关系数明显减小,因此提出了一种新的海杂波背景下的目标检测方法。通过实测和模拟的海杂波数据进行训练和测试,研究结果表明,该方法能有效地实现海杂波下目标的探测,性能优于经典时域下、分数阶傅里叶变换域下以及平均经验模式分解后的广义Hurst指数的目标检测方法。     

基于同态滤波-改进最大类间方差的缺陷提取

脉冲涡流热成像是无损检测的重要方法之一。及时发现构件缺陷,能够防止事故发生。最大类间方差分割方法是提取脉冲涡流热成像缺陷的有效方法。同态滤波能够增强图像,提高缺陷分割效果。实验证明基于同态滤波和改进最大类间方差分割方法的缺陷提取效果较好。     

DC machine models for SPICE2 simulation

A four-level computer model is proposed for DC machine simulation using SPICE2 to meet different simulation requirements. The most complex model takes account of magnetic saturation, armature reaction, current dependence of winding circuit parameters, and eddy current effects. The models have been developed to enable designers to simulate the static and dynamic characteristics of a complete converter drive system including the DC machine more simply, practically, and reliably in one simulation run. Some simulations have been investigated to demonstrate the benefits of the SPICE2 machine models     

An efficient method for computing optical waveguides with discontinuous refractive index profiles using spectral collocation method with domain decomposition

An accurate and efficient solution method using spectral collocation method with domain decomposition is proposed for computing optical waveguides with discontinuous refractive index profiles. The use of domain decomposition divides the usual single domain into a few subdomains at the interfaces of discontinuous refractive index profiles. Each subdomain can be expanded by a suitable set of orthogonal basis functions and patched at these interfaces by matching the physical boundary conditions. In addition, a new technique incorporating the effective index method and the Wentzel-Kramers-Brillouin method for the a-priori determination of the scaling factor in Hermite-Gauss or Laguerre-Gauss basis functions is introduced to considerably save computational time without experimenting with it. This method shares the same desirable property of the spectral collocation method of providing a fast and accurate solution but avoids the oscillatory solutions and improves the poor convergence problem of the simple spectral collocation method with single domain where regions of discontinuous refractive index profiles exist. Applications to several two- and three-dimensional waveguide structures having exact or accurate approximate solutions are given to test the accuracy and efficiency; all the results are found to be in excellent agreement.