导弹尾喷焰目标红外特性的数值仿真

综合考虑计算精度和计算效率,基于传统热流法,提出了求解导弹尾喷焰目标红外辐射特性的源项六流法(SSF)模型.以圆柱形介质方向辐射强度的求解为例,通过与反向蒙特卡洛法(BMC)和二流法(TFM)计算结果的比较,证实了SSF模型的可行性和精确性.在给定温度场和粒子、气体等组分辐射物性参数的条件下,分别采用SSF、TFM和BMC法对不同高度导弹喷焰的红外光谱辐射强度进行了求解,结果表明:在2～5 μm波段内,导弹喷焰在2.7、4.3μm(相应波数分别为3 704和2 326 cm-1)谱带上具有明显的强度峰值,同时,SSF与BMC结果吻合较好,进一步证实了SSF模型的合理性.     

分层介质目标电磁散射计算的快速射线追踪方法

针对利用射线追踪方法计算分层介质目标散射时由于海量射线导致的资源和效率瓶颈问题,提出了改进的蒙特卡洛法和自适应射线细分法,实现对超电大分层介质目标高频电磁散射的快速计算.改进的蒙特卡洛法基于射线在介质分界面上反射和折射的能量分布,将射线分裂等效为按照特定概率发生反射或折射,射线追踪过程中射线数保持不变,而自适应射线细分法通过选择稀疏的初始射线,并根据目标结构和材质的变化自动细分加密,在保证计算精度的同时最大程度降低射线数.仿真试验与参考结果对比验证了本文方法的精确和高效,并分析了两种方法的优缺点,给出了适用范围以及在实际工程应用中的建议.     

电离层三维射线追踪的快速计算方法

基于三维射线追踪的Haselgrove方程,实现了快速电离层短波数字的三维射线追踪.根据射线传播的几何关系,给出在电离层以下部分的射线参数计算方法.根据电子浓度梯度的变化和自适应Runge-Kutta法,给出了三维射线追踪中自适应改变积分步长的快速计算方法,并以准抛物电离层模型为例,讨论了利用本文方法与解析解相比的精度,以及与各种不同步长相比的时间和精度.结果表明:采用本文方法在相同精度下速度至少可以提高一个数量级.     

多时间步长时域有限差分法分析微波电路

提出在非均匀网格空间的粗网格区域采用大时间步长,细网格区域采用小时间步长的多时间步长时域有限差分(MTS -FDTD)法,并对其稳定性条件进行了分析。该方法通过应用多个时间步长替代传统非均匀时域有限差分(NU- FDTD)法的单一时间步长的算法来提高计算速度。通过应用MTS- FDTD方法模拟自由空间中给定激励下某点的场和微带低通滤波电路。数值结果表明,与传统NU- FDTD法相比,MTS- FDTD法在保持同等计算精度的条件下计算速度提高了46%以上。     

双时间步时域有限体积方法计算时变电磁场

双时间步被引入到时域有限体积解算器这一直接求解麦克斯韦方程组的高精度数值方法中.双时间步方法作为非定常时间推进技巧,时间精度由物理时间步长决定,稳定性要求由定常子迭代时间步长所满足,从而放松了通常显式时间格式和网格对物理时间步长的限制,达到节约计算量的目的.典型目标电磁散射计算表明:通过对物理时间步长、最大子迭代步数、子迭代收敛判据的合理选取,双时间步方法在保证计算精度的同时,能提高计算效率.     

基于CUDA异构并行加速的两行根数算法的研究

随着航天技术的迅速发展,宇宙中航天器越来越多,利用两行根数(TLE)的数据对航天器的位置、运行状态、运行轨道监控分析判断,防止航天器相互碰撞,显得尤为重要。如果能减少两行根数的计算时间,无疑会让监控更加实时,地面控制中心快速做出相应操作。NVIDIA的CUDA并行计算编程架构结合高性能计算显卡(GPU)正是为了解决高性能计算问题而推出的,可以大幅缩短复杂计算的时间。文章研究了两行根数算法的并行改造,利用CUDA并行架构和GPU硬件作为CPU的协处理器,将两行根数算法的计算时间大幅缩小,解决了两行根数的计算时间问题。实验结果证明利用CUDA并行加速的两行根数算法计算时间大幅减少,提高了计算效率。     

无时间约束FDTD方法在三维散射中的应用

本文阐述了一种无时间约束条件的FDTD方法(ADI-FDTD)在三维目标电磁散射中的应用.由于散射问题的复杂性,文中分别推导了ADI-FDTD原始方程在连接边界条件、吸收边界条件和近远场外推等关键处的修正方程,并提出了ADI-FDTD方法中的时间步长上限.通过算例表明该方法与传统FDTD方法相比,时间步长可突破传统时间－空间约束条件,它的选取能远大于原有时间步长,对同一散射问题,总计算时间步可以相应大幅度减少,进而提高FDTD方法在计算散射问题中的效率.最后,数值计算显示了该方法的计算精度,并通过图表给出与传统FDTD计算时间的比较.     

基于GPU通用计算平台的乐谱自动识别系统设计

在GPU通用计算平台上实现了一个钢琴独奏乐曲的乐谱识别系统,它读取WAV格式音频文件,利用GPU通用计算技术加速自相关函数算法来实现音高的识别,并综合考虑短时能量和基音周期的变化进行节拍划分。通过实际测试,验证了该乐谱识别系统的准确性,并证明了GPU并行计算对系统计算效率提升的效果：将计算时间减少到传统CPU计算时间的16%左右。     

基于改进型C-V模型的红外图像自动分割

将C-V模型引入到红外图像分割中,同时提出了一种改进的模型。该模型通过增加偏离能量项,避免了标准C-V模型的重新初始问题。模型允许选取较大的时间步长,可以用简单的有限差分格式实现。实验证明,改进的模型在分割效果不变的情况下可以有效加速演化过程,提高分割效率。     

一种新的基于CV模型的图像分割算法

CV模型是一种重要的图像分割模型,本文针对其收敛速度慢、效率低的缺点提出一种求解CV模型的新方法。首先将CV模型的能量泛函改写成与原来有相同稳定解的总变分公式形式,然后使用对偶公式法求总变分公式的极小值,再在其中引入一速度项以加快模型的收敛速度。新方法一方面克服了梯度下降法要求时间步长小、迭代次数多的缺点,经过较少次的迭代就能收敛,减少了迭代计算的次数;另一方面,引入的速度项能够减少每次迭代的时间,从而缩短求解模型的时间。速度项的引入同时减少了对梯度的依赖,增强了抗噪性。另外,可以通过调节速度项得到不同数目的同质区域,以适应相同图像不同分割任务的需求。实验结果表明本文方法是有效的。      

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。     

基于可达辐射能的目标表面辐射传递系数计算方法

为了便于在红外成像仿真中对目标表面温度场进行计算,提出了一种基于可达辐射能的目标表面辐射传递系数计算方法。分别用公式法、蒙特卡洛法和可达辐射能计算法计算了两两垂直表面和两两平行表面模型间的辐射传递系数,并进行了仿真验证。结果表明,该可达辐射能计算方法在确保计算精度满足要求的同时,在计算效率上相对于公式法和蒙特卡洛法都有较大提高。     

大型波导缝隙阵与天线罩的一体化高效精确分析

针对带罩大型波导缝隙阵的辐射特性分析, 基于并行区域分解合元极算法, 提出一种多区域的精确高效算法.将每根波导缝隙天线以及天线罩实体目标作为一个有限元计算区域, 各区域之间通过基于各区域表面的边界积分方程进行耦合, 并于天线罩内部应用区域分解技术来降低计算资源实现高效计算.与传统单区域合元极的数值结果比较验证了该多区域方法的精确高效性, 还计算分析了带罩大型波导缝隙阵的频域辐射特性.     

基于瑞利分布的弱小目标能量计算方法研究

随着科学技术的不断进步,军事目标也向着小型化、超高速、低可探测度的趋势发展,因而对目标的探测与识别能力也提出了更高的要求。文中在深入分析点目标成像过程及其能量分布的基础上,提出基于偏态瑞利分布点目标能量计算方法,并通过红外辐射特性测量精度对比实验进行验证,得出应用该方法的辐射强度测量偏差可控制在8%以下,而且测量离散程度更小,可有效区分弥散点目标和背景灰度值,证明该方法具有良好的工程适用性,较高的测量精度且广泛的应用前景。     

一种低仰角雷达射线的准确快速描迹方法

探讨了对流层中雷达射线的准确快速描迹技术。和国内一直沿用积分方程进行对流层射线描迹不同，该文基于射线微分方程进行射线描迹，使用了高阶Runge-Kutta数值微分解法，它可避免积分算法计算效率低、零度仰角附近难以计算等方面的局限。模拟结果和已有研究结果的比较表明，该方法可以获得较为理想的准确结果和计算速度。     

DCT basis function learning control

In this paper, a basis function learning control is developed in away parallel to time domain learning control. Basis function approach aims to reduce the dimension and computation of learning gain matrices while maintaining minimal loss of tracking precision. Here, we transplant two learning gain matrices, the transpose and the partial isometry, from time domain learning control into basis function learning control. These two learning gain matrices have no ill-conditioned problems in matrix computation and ensure a monotonic decay of tracking error. The basis vector of discrete cosine transform (DCT) is chosen as basis function for its high energy compression ratio and energy preservation feature. Experiments on two joints of a SCARA type robot verify the effectiveness of the proposed approaches. A few DCT coefficients may meet learning control specification and tracking precision can be improved by increasing the number of the DCT coefficients.     

基于超级计算机的矩量法性能分析与优化

复杂目标的精确电磁特性分析往往需要巨大的存储和极长的计算时间。针对这一问题,结合国内发展迅速的超级计算机系统,研究了具有精确高效仿真能力的高性能电磁算法——高阶矩量法。提出了单元预选法来消除矩阵并行填充过程中的无效计算,加速矩阵填充过程。提出了一种具有更少的通信次数和通信量的新型并行LU分解算法,加速矩阵方程求解过程。数值测试表明提出的矩阵并行填充算法和矩阵方程并行求解算法在超级计算机平台上都能获得较高的并行性能,大幅提高了矩量法的仿真能力。     

3-D FDTD method with weakly conditional stability

A novel 3-D FDTD method with weakly conditional stability is presented. The time step in this method is only determined by one space discretisation. Compared with the ADI-FDTD method, this method has better accuracy and higher computation efficiency. CPU time for this weakly conditionally stable FDTD method can be reduced to about 3/4 of that for the ADI-FDTD scheme     

Analysis of Realistic Ultrawideband Indoor Communication Channels by Using an Efficient Ray-Tracing Based Method

A fundamental step in ultrawideband (UWB) communication system design involves the characterization of the indoor propagation channel. In this paper, we show that the UWB propagation channel parameters can be accurately predicted by employing ray tracing (RT) simulation carried out at various frequencies over the signal bandwidth. It is important to note that the determination of the rays reaching a given location is made only once, as the RT algorithm is independent of frequency. A parallel ray approximation (PRA) is used to significantly improve the computational efficiency of the RT based method. Moreover the accuracy of the approximation is verified through a measurement campaign.     

生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型构建

针对当前军、民用领域对新型生物消光材料的需求,将制备出的絮状颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子,将其作为单元颗粒构建不同结构的生物颗粒,并对生物颗粒结构进行参数化表征,采用离散偶极子近似法（DDA）计算生物颗粒远红外波段平均消光效率因子。结果表明:生物颗粒远红外波段平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率成正相关。在研究平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率关系的基础上,构建了生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型,计算时间较DDA法缩短,计算误差在10%以内。模型的构建将为生物消光材料发展以及形态控制提供理论基础。