第6章-电磁散射测量
2电磁散射问题的数值计算
第二章电磁散射问题的数值计算 如前所述，电磁数值计算方法的运用，待求场函数的解答将最终归结为离散方程组的求解，此离散方程组在电磁场工程问题中，经常遇到的是线性代数方程组。为使电磁工程计算问题应用数值计算方法解决，必须将实际工程问题进行相关处理，如图1所示： 图2-1 电磁场数值计算流程 图2-1中的“前处理”包括采用一定的方式将所研究的场域离散化。这种离散化的场域划分要适应实际问题“电磁建模”的需要，便于实际问题的电磁数学模型的建立。在“后处理”中人们可依待求问题的性质，给出各种形式的解答（原始数据显示，曲线图表显示，可视化数据图形，数据处理和特征提取等）。 本章概述“前处理”、“电磁场数值计算”和“后处理”在雷达目标电磁散射问题中的内容。 §2.1 电磁散射问题的前处理 对电磁散射问题而言，通常人们关心的问题是雷达目标表面上的感应电流分布，目标近区和远区散射场分布，目标雷达散射截面RCS，目标雷达成像以及雷达目标特征量的提取等。 1. 雷达目标（散射体）分类 在“前处理”中，首先要视目标的几何、物理特征，对目标施以适当的离散化模型。为适合电磁散射问题的求解，我们将散射体按其材料构成，几何形状的复杂程度和目标可探测性三方面进行分类（必须指出，根据求解问题的性质，可以有不同的分类形式）。 ●按材料构成分类 ?完纯导体材料组成的目标（如常规飞行器，坦克，舰艇等） ?介质材料与导电材料组合目标 ?均匀及非均匀吸波材料涂覆的导体目标 ●按目标几何形状的复杂程度分类 ?二维散射体 ?三维散射体 ?简单形状的典型体（如球、柱、椭球、橄榄体、角反射器等） ?复杂形状散射体 ●按目标可探测性分类 ?常规目标（如常规飞行器，常规舰艇等） ?低可探测目标（如隐形飞机F117,YF22，隐形舰艇等） 2. 目标几何建模 目标几何外形的建模就是由数学模型和各种电磁参数来描述目标的外表面、棱边、腔体、非几何连续面等等，是电磁场散射数值计算的前提和基础。目标几何建模的精度与目标的电
雷达天线罩电磁散射特性研究
第３ｌ卷第１０期２００９年ｌＯ月 现代雷达 ＭｏｄｅｍＲａｄａｒ Ｖ０１．３１Ｎｏ．１０ ０ｃｔ．２００９ ?１穷真技术?中图分类号：ＴＮ０１１文献标识码：Ａ文章编号：１００４—７８５９（２００９｝１０—００９５—０４雷达天线罩电磁散射特性研究 李西敏１’２，童创明１’２，付树洪１’２，李晶晶１ （Ｉ．空军工程大学导弹学院，陕西三原７１３８００） （２．东南大学毫米波国家重点实验室，南京２１００９６） 摘要：采用高阶矩量法研究了常见雷达天线罩的电磁散射特性。首先采用双线性表面几何建模技术对天线罩进行面剖分，再依据等效原理在天线罩表面建立电磁积分方程，最后用基于混合域基函数的高阶矩量法对其离散求解。实例验证，该方法简单易行、结果精确，同时发现天线罩材料的电参数在很大程度上影响了其电磁散射特性。 关键词：雷达天线罩：电磁散射特性；高阶矩量法；双线性表面 ＡＳｔｕｄｙｏｎＥＭＳｃａｔｔｅｒｉｎｇＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＲａｄｏｍｅ ＵＸｉ－ｒａｉｎ，ＴＯＮＧＣｈｕａｎｇ－ｍｉｎｇ，ＦＵＳｈｕ－ｈｏｎｇ，ＬＩＪｉｎｇ－ｊｉｎｇ （１．ＭｉｓｓｉｌｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓａｎｙｕａｎ７１３８００，Ｃｈｉｎａ） （２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｆＭｉｌｌｉｍｅｔｅｒＷａｖｅｓ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ（ＥＭ）ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｍｍｏｎｒａｄｏｍｅａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈｈｉｉｇｈｏｒｄｅｒＭｅｔｈｏｄｏｆＭｏｍｅｎｔ（ＭｏＭ）．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｒａｄｏｍｅｓｕｒｆａｃｅｉｓｓｅｇｍｅｎｔｅｄｕｓｉｎｇｂｉｌｉｎｅａｒｓｕｒｆａｃｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ．Ｔｈｅｎ，ＥＭｉｎｔｅｇｒａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓａｌｅｅ￥ｔａｂ－ｆｉｓｈｅｄｗｉｔｈｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂｙｍｅａｎ８ｏｆｈｉｓｈｏｒｄｅｒＭｏＭｉｎｗｈｉｃｈｍｉｘｅｄ?ｄｏｍａｉｎｂａｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎｓ８ｘｅａｄｏｐｔｅｄ，ｔｈｅｅ—ｑｕａｔｉｏｎｓａ聆ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄａｎｄ ｓｏｌｖｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄａｃｃｕｒａｔｅ．ＩｔｉｓａｌｓｏｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙｏｆｒａｄｏｍｅｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｉｔｓＥＭｓｃａＲｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｄｏｍｅ；ＥＭｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｈｉｇｈｏｒｄｅｒＭｏＭ；ｂｉｌｉｎｅａｒｓｕｒｆａｃｅ ０引言 雷达天线罩是天线的电磁窗口和保护罩。它既保护天线免受恶劣环境侵害，又可以最大限度保持天线的电性能。不仅地面雷达需要加载天线罩，机载、弹载雷达更需要天线罩的保护，图１给出了一种常见的弹载雷达天线罩。 图１某弹载雷达天线罩 天线罩的电磁散射特性是其很重要的电性能指标，雷达散射截面（ＲａｄａｒＣｒｏｓｓＳｅｃｔｉｏｎ，ＲＣＳ）又是量化 基金项目：毫米波国家重点实验室基金资助项目Ｋ２００８１８／Ｋ２００９０７） 通信作者：李西敏Ｅｍａｉｌ：ｃｈｍｔｏｎｇ＠１２６．ｃｏｍ 收稿Ｅｔ期：２００９－０６．１８修订日期：２００９－０９．１８反映目标电磁散射特性的参数。设计者都希望尽可能减小天线罩的ＲＣＳ，从而减小被对方雷达发现和被反辐射导弹跟踪的概率，提高系统在现代电子对抗中的生存能力。 分析天线罩电磁散射特性的方法可分为实验测量和仿真计算２种。前者可信度高但操作复杂且费用比较昂贵，同时受诸多实际条件的限制，很难获得完备的散射特性数据。因此仿真计算辅之以实测数据对其结果进行修正和完善的方法，成为分析和获取天线罩电磁散射特征的重要手段。本文采用结合双线性表面几何建模技术的高阶矩量法…研究了天线罩的电磁散射特性。 １几何建模 采用高阶矩量法求解天线罩电磁散射问题，首先须说明其几何形状，即几何建模。几何建模是一项很复杂的工作，很多天线罩具有复杂的几何形状，不易精确描述，因而必须进行适当近似处理。拟采用双线性表面几何建模嵋１的方法来逼近模拟天线罩的表面。 一般来讲，双线性表面是一个曲面四边形，按照一 一９５— 万方数据
电磁散射第二次作业
电磁散射边界元作业 10级电磁场专业 1．已知正方形柱的Ⅰ，Ⅲ边界的,ⅡⅣ边界的，求Ⅰ，Ⅲ边界的和 ⅡⅣ边界的。 参考文献：《边界元法基础》上海交大出版社王元淳 Page20-24 参考资料分析了H，K矩阵元素的求法，其中对角元素 为边界元素的长度。非对角元素，其中为P（i）点到P（j）点的距离， 为P（i）点到含P（j）点边界单元的垂直距离。求解出H，K矩阵后利用 求出未知边界条件 MATLAB程序： % BEM.m % 本程序用边界元方法求解正方形柱体内电位分布 clear;clc; t1=cputime; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %% 1.常数定义 a=6; % 正方形长 N=3; % 每边分段数
step=a/N; % 每段长度 TOTAL=N*4; % 共剖分成TOTAL段 C=1/2; % 常数定义 NN=100; % 积分离散精度 V_L=300; % 已知电压矩阵 test_x=a/2; % 方形内部任意一点X坐标 test_y=a/2; % 方形内部任意一点Y坐标%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %% 2.坐标定位,计算各段中点对应的坐标 % 以方柱左下角为坐标原点建立坐标系 % 方柱左右两边X为常数,方柱上下两边Y为常数 for i=1:TOTAL; if i
电工测量基本基础知识
第一篇 电工测量的基本知识 第一章 概 述 1.1 测量的概念 测量是以确定被测对象量值为目的的全部操作。 通常测量结果的量值由两部分组成：数值（大小及符号）和相应的单位名称。 1.2 测量的分类 测量可从不同的角度出发进行分类。 1.2.1 从获得测量结果的不同方式分类，可分为直接测量法、间接测量法和组合测量法。 1.2.1.1 直接测量法——从测量仪器上直接得到被测量量值的测量方法，直接测量的特点是简便。此时，测量目的与测量对象是一致。例如用电压表测量电压、用电桥测量电阻值等。 1.2.1.2 间接测量法——通过测量与被测量有函数关系的其它量，才能得到被测量量值的测量方法。例如用伏安法测量电阻。 当被测量不能直接测量，或测量很复杂，或采用间接测量比采用直接测量能获得更准确的结果时，采用间接测量。间接测量时，测量目的和测量对象是不一致的。 1.2.1.3 组合测量法——在测量中，若被测量有多个，而且它们和可直接（或间接）测量的物理量有一定的函数关系，通过联立求解各函数关系来确定被测量的数值，这种测量方式称为组合测量法。 例如，图1-1所示电路中测定线性有源一端口网络等效参数R eq 、U OC 。 调R L 为R 1时得到I 1，U 1 调R L 为R 2时得到I 2，U 2 得?????=+=+oc eq oc eq U I R U U I R U 22 11 解联立方程组可求得测量R eq 、U oc 的数值。 1.2.2 根据获得测量结果的数值的方法不同，分为直读测量法和比较测量法。 1.2.2.1 直读测量法（直读法）——直接根据仪表（仪器）的读数来确定测量结果的方法。测量过程中，度量器不直接参与作用。例如用电流表测量电流、用功率表测量功率等。直读测量法的特点是设备简单，操作简便，缺点是测量准确度不高。 1.2.2.2 比较测量法——测量过程中被测量与标准量（又称度量器）直接进行比较而获得测量结果的方法。例如用电桥测电阻，测量中作为标准量的标准电阻参与比较。比较测量法的特点是测量准确，灵敏度高，适用于精密测量。但测量操作过程比较麻烦，相应的测量仪器较贵。 综上所述，直读法与直接测量法，比较法与间接测量法，彼此并不相同，但又互有交叉。实际测量中采用哪种方法，应根据对被测量测量的准确度要求以及实验条件是否具备等多种因素具体确 图 1-1 求等效参数R eq ，U oc
三维复杂目标电磁散射的FDFD分析
第34卷增刊JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY V ol.34 Sup. 三维复杂目标电磁散射的FDFD分析 胡晓娟，葛德彪 （西安电子科技大学 物理系, 陕西 西安 710071） 摘要：根据Yee元胞中电场分量的分布特点，对矢量Helmholtz方程进行差分离散，得到关于各电场节点的FDFD 方程式。基于等效原理，在总场－散射场（TF/SF）边界处设置等效电磁流，通过将TF/SF边界附近各电场节点 FDFD方程式中的相关节点加上或减去相应的入射场，将平面波引入总场区。导体立方体表面电流幅值与相位分 布的计算结果与文献结果的比较验证了该方法的正确性。 关键词：频域有限差分（FDFD）方法；电磁散射；复杂目标；TF/SF方法 中图分类号：TN011 文献标识码：A 文章编号：1001-2400(2007)S1-0132-04 3D FDFD analysis of electromagnetic scattering from a complex target HU Xiao-juan，GE De-biao (Department of Physics, Xidian University, Xi’an 710071, China) Abstract: The finite-difference frequency-domain (FDFD) equations of electronic field nodes are derived by differentiating the Helmholtz equation, based on the distribution of electric field nodes in Y ee cells. Based on the equivalence principle, the incident wave is introduced in the total-field region by setting equivalent electromagnetic currents on the total-field/scattered-field (TF/SF) boundary. The FDFD equations of the nodes located near the TF/SF boundary are modified to fulfill the conditions that all nodes involved belong either to the total-field or to the scattered-field. The method is validated by comparing the amplitude and phase of the surface current on a perfectly electronic conductor cube, which are calculated by the FDFD method, with the result presented in the literature. Key Words: FDFD method；electromagnetic scattering； complex targets；TF/SF technique 近年来，一种基于Y ee算法原理的频域数值方法——频域有限差分（FDFD）方法[1]得到了迅速发展。该方法采用Y ee元胞对目标进行网格化剖分，并将各元胞赋予相应的电磁参数进行建模，可以方便地分析复合目标的电磁散射问题。根据Y ee元胞中各电场分量的分布特点，通过将矢量Helmholtz方程进行差分离散得到了关于各电场节点的FDFD方程式。基于FDTD方法中通过总场－散射场(TF/SF)[2，3]边界引入入射波的思想，分析了FDFD方法中如何通过TF/SF边界将入射波引入总场区。导体立方体表面电流幅值及相位分布的计算结果与文献结果的比较验证了这种方法。最后用该方法计算了某导弹模型的双站散射特性，显示了这种方法在处理复合目标电磁散射时的优越性。 1三维FDFD中入射波的引入及矩阵方程求解 1.1FDFD基本方程式 矢量Helmholtz方程为 —————————————— 收稿日期：2007-06-08 基金项目：国防预研基金资助 作者简介：胡晓娟（1979-），女，西安电子科技大学博士研究生。
矩量法在电磁散射中的应用
矩量法在电磁散射中的应用 一矩量法在电磁散射问题中的应用 电磁散射问题是电磁学中的一个重要研究领域，研究电磁波的散射机理以及计算其散射场强的大小与分布，具有十分重要的实际意义。矩量法作为一种有效的数值计算方法在其中有着广泛的应用。但作为一种计算方法它也有着自己的缺陷，为了解决这些问题，人们提出了各种方案，矩量法在这个过程中也获得了很大的发展。 MoM(Method of Moments)原本是一种近似求解线性算子方程的方法，通过它可以将算子方程转化为一矩阵方程，进而通过求解此矩阵方程得到最终的近似解。MoM最早是由两位数学家L. V. Kantorovich和V. I．Krylov提出的，后来由K．K．Mei引入计算电磁学，最终被R．F. Harryington在其著作《计算电磁场中的矩量法》中加以系统描述。利用矩量法求解电磁问题的主要优点是：它严格地计算了各个子系统间的互耦，而算法本身又从根本上保证了误差系统总体最小而不产生数值色散。如今MoM被广泛应用于计算电磁学中，虽然它不能处理电大尺寸目标的电磁问题，但基于MoM的各种加速方法仍受到极大重视，如多层快速多极子方法MLMFA等。 电磁散射问题是电磁学中的一个重要研究领域，研究电磁波的散射机理以及计算其散射场强的大小与分布，具有十分重要的实际意义。在实际生活中，遇到的散射目标往往不仅具有复杂的几何形状，而且构成
的材料也各不相同。因此对复杂目标的电磁散射特性进行快速、高效的分析，具有重要的理论意义和实用价值。 电磁散射问题只有在相对简单的情况下才可以用严格的解析法来求解，比如对极少数形状规则的物体。对于电大物体，可以用高频近似方法，例如几何光学法(GO)、物理光学法(PO)、几何绕射理论(GTD)、物理绕射理论(PTD)、一致性几何绕射理论(UTD)、复射线法(CT)等来求解散射场。反之，对于电小物体，可以用准静态场来进行分析。介乎这两者之间的物体，一般采用数值方法。目前分析电磁散射问题的数值方法主要有微分方程法和积分方程法。微分方程法有有限差分法(FDM)、时域有限差分法(FDTD)、频域有限差分法(FDFD)、时域平面波法(PWTD)、时域多分辨分析法(MRTD)、有限元法(FEM)、传输线矩阵法(TLM)等，积分方程法有表面积分方程法(SIEM)、矩量法(MOM)、边界元法(BEM)、体积分方程法(VIEM)、快速多极子法(FMM)、时域积分方程法(IETD)等。这些方法各有优缺点，有的是为了避免矩阵求逆，有的是为了加快收敛，有的是为了提高精度，还有的是为了减少贮存等。它们被广泛应用于求解复杂的工程电磁场问题中。应用微分方程法求解电磁散射问题时，由于散射体的外空间为无限大，需要人为设置截断边界使求解区域有限，这种截断边界的引入会导致非物理的反射现象。矩量法是一种将连续方程离散化成代数方程组的方法，经常被看作数值“精确解”。它既适用于电磁场积分方程又适用于微分方程，由于已经有有效的数值计算方法求解微分方程，所以目前矩量法大都用来求解积分方程。由于此方法能解决边界比较复杂的一些问题，因而得到了广泛的应用。需要注意的是，
电磁散射与隐身技术导论-西安电子科技大学
电磁散射与隐身技术导论课程大作业报告 学院：电子工程学院 专业：电子信息工程 班级： 0210** 学号： 0210**** 姓名： ****** 电子邮件： 日期： 2018 年 07 月 成绩： 指导教师：姜文
雷达目标RCS近远场变换 在现代军事领域中，隐身技术和反隐身技术是重中之重，研究隐身和反隐身技术就要研究目标的电磁散射特性。雷达散射截面（RCS）是评价目标散射特征的最基本参数之一，其计算和测量的研究具有重要意义。计算方法有解析方法，精确预估技术和高频近似方法等。根据测量方式的不同，可以分为远场测量、近场测量和紧缩场测量。远场测量在室外进行，虽然能直接得到目标RCS，但是条件难以满足(满足远场条件时，被测目标与天线间的距离非常大)，相比之下，在微波暗室中进行的近场测量由于采用缩比测量的方法更容易满足测试条件。相对于紧缩场测量，近场测量的精度更高，成本也有所降低，于是近场测量越来越成为研究的一个重点。近场测试到的雷达回波信号并不是工程中所关心的RCS，而如何由近场测量数据得到目标RCS，则是必须要解决的问题。 为了得到目标RCS，将目标等效为一维分布的散射中心，并忽略了散射中心与雷达之间的相互影响，忽略散射中心与测试环境之间的相互影响。根据雷达回波信号，研究了一种利用雷达近场数据来估计目标总的RCS的方法。推导了算法的具体过程，将研究重点放在了算法的核心——权重函数上。分别仿真了单站正视，单站侧视，对称双站，不对称双站几种情况下权重函数的特性，具体表现为不同参数对权重函数幅度和相位的影响。基于仿真结果，提出了用定标来求得权重函数的方法。并用不同尺寸的金属球作为实验目标，采用某一个金属球理论RCS 值来定标，求得权重函数之后，用此算法变换出目标的RCS，并与其理论值做比对，验证了算法的可行性。 一、雷达截面的研究背景、发展现状 隐身和反隐身技术作为现代战争中电子高科技对抗的重要领域，一直都是各国军事研究的重点，随着各种精确制导武器和探测系统研制成功，隐身技术和反隐身技术越发重要。在军事应用中，希望己方的武器隐身性能尽可能好，并且能尽可能的探测到敌方的隐身目标。这就是必须研究隐身技术和反隐身技术最主要的原因，隐身技术与反隐身技术都必须研究目标的雷达散射特性，隐身技术是让目标的散射尽可能的小，反隐身技术则是尽量能够接收到目标的回波信号，因此要研究隐身和反隐身技术就要研究目标的电磁散射特性。隐身技术和反隐身技术
电工仪表与测量基本知识
电工仪表与测量基本知识 电工仪表和电工测量是从事电工专业的技术人员必须掌握的一门知识。本章介绍电工测量和电工仪表的基本知识。 电工测量基本知识 电工测量的意义 电工测量就是借助于测量设备，把未知的电量或磁量与作为测量单位的同类标准电量或标准磁量进行比较，从而确定这个未知电量或磁量(包括数值和单位)的过程。 一个完整的测量过程，通常包含如下几个方面： 测量对象 电工测量的对象主要是反映电和磁特征的物理量，如电流(I)、电压(V)、电功率(P)、电能(W)以及磁感应强度(B)等；反映电路特征的物理量，如电阻(R)、电容(C)、电感(L)等；反映电和磁变化规律的非电量，如频率(f)、相位(φ)、功率因数(cosφ)等。 测量方式和测量方法 根据测量的目的和被测量的性质，可选择不同的测量方式和不同的测量方法（详见本节二）。 测量设备 对被测量与标准量进行比较的测量设备，包括测量仪器和作为测量单位参与测量的度量器。进行电量或磁量测量所需的仪器仪表，统称电工仪表。电工仪表是根据被测电量或磁量的性质，按照一定原理
构成的。电工测量中使用的标准电量或磁量是电量或磁量测量单位的复制体，称为电学度量器。电学度量器是电气测量设备的重要组成部分，它不仅作为标准量参与测量过程，而且是维持电磁学单位统一，保证量值准确传递的器具。电工测量中常用的电学度量器有标准电池。标准电阻、标准电容和标准电感等。 除以上三个主要方面外，测量过程中还必须建立测量设备所必须的工作条件；慎重地进行操作，认真记录测量数据；并考虑测量条件的实际情况进行数据处理，以确定测量结果和测量误差。 测量方式和测量方法的分类 测量方式的分类 测量方式主要有如下两种： 直接测量在测量过程中，能够直接将被测量与同类标准量进行比较，或能够直接用事先刻度好的测量仪器对被测量进行测量，从而直接获得被测量的数值的测量方式称为直接测量。例如，用电压表测量电压、用电度表测量电能以及用直流电桥测量电阻等都是直接测量。直接测量方式广泛应用于工程测量中。 间接测量当被测量由于某种原因不能直接测量时，可以通过直接测量与被测量有一定函数关系的物理量，然后按函数关系计算出被测量的数值，这种间接获得测量结果的方式称为间接测量。例如，用伏安法测量电阻，是利用电压表和电流表分别测量出电阻两端的电压和通过该电阻的电流，然后根据欧姆定律R=U/I计算出被测电阻R
矩量法在电磁散射问题中应用的发展
矩量法在电磁散射问题中应用的发展 摘要： 电磁散射问题是电磁学中的一个重要研究领域，研究电磁波的散射机理以及计算其散射场强的大小与分布，具有十分重要的实际意义。矩量法作为一种有效的数值计算方法在其中有着广泛的应用。但作为一种计算方法它也有着自己的缺陷，为了解决这些问题，人们提出了各种方案，矩量法在这个过程中也获得了很大的发展。 关键词：电磁散射，矩量法（MoM） MoM(Method of Moments)原本是一种近似求解线性算子方程的方法，通过它可以将算子方程转化为一矩阵方程，进而通过求解此矩阵方程得到最终的近似解。MoM最早是由两位数学家L. V. Kantorovich和V. I．Krylov提出的，后来由K．K．Mei引入计算电磁学，最终被R．F. Harryington在其著作《计算电磁场中的矩量法》中加以系统描述。利用矩量法求解电磁问题的主要优点是：它严格地计算了各个子系统间的互耦，而算法本身又从根本上保证了误差系统总体最小而不产生数值色散。如今MoM被广泛应用于计算电磁学中，虽然它不能处理电大尺寸目标的电磁问题，但基于MoM的各种加速方法仍受到极大重视，如多层快速多极子方法MLMFA等。[1] 电磁散射问题是电磁学中的一个重要研究领域，研究电磁波的散射机理以及计算其散射场强的大小与分布，具有十分重要的实际意义。 在实际生活中，遇到的散射目标往往不仅具有复杂的几何形状，而且构成的材料也各不相同。因此对复杂目标的电磁散射特性进行快速、高效的分析，具有重要的理论意义和实用价值。 电磁散射问题只有在相对简单的情况下才可以用严格的解析法来求解，比如对极少数形状规则的物体。对于电大物体，可以用高频近似方法，例如几何光学法(GO)、物理光学法(PO)、几何绕射理论(GTD)、物理绕射理论(PTD)、一致性几何绕射理论(UTD)、复射线法(CT)等来求解散射场。反之，对于电小物体，可以用准静态场来进行分析。介乎这两者之间的物体，一般采用数值方法。 目前分析电磁散射问题的数值方法主要有微分方程法和积分方程法。微分方程法有有限差分法(FDM)、时域有限差分法(FDTD)、频域有限差分法(FDFD)、时域平面波法(PWTD)、时域多分辨分析法(MRTD)、有限元法(FEM)、传输线矩阵法(TLM)等，积分方程法有表面积分方程法(SIEM)、矩量法(MOM)、边界元法(BEM)、体积分方程法(VIEM)、快速多极子法(FMM)、时域积分方程法(IETD)等。这些方法各有优缺点，有的是为了避免矩阵求逆，有的是为了加快收敛，有的是为了提高精度，还有的是为了减少贮存等。它们被广泛应用于求解复杂的工程电磁场问题中。 应用微分方程法求解电磁散射问题时，由于散射体的外空间为无限大，需要人为设置截断边界使求解区域有限，这种截断边界的引入会导致非物理的反射现象。矩量法是一种将连续方程离散化成代数方程组的方法，经常被看作数值“精确解”。它既适用于电磁场积分方程又适用于微分方程，由于已经有有效的数值
工程测量基础知识
第一节工程测量基础概念及工程测量的重要性 在工程建设的设计、施工和管理各阶段中进行测量工作的理论、方法和技术，称为“工程测量”。工程测量是测绘科学与技术在国民经济和国防建设中的直接应用，是综合性的应用测绘科学与技术。 按工程建设的进行程序，工程测量可分为规划设计阶段的测量，施工兴建阶段的测量和竣工后的运营管理阶段的测量。 规划设计阶段的测量主要是提供地形资料。取得地形资料的方法是，在所建立的控制测量的基础上进行地面测图或航空摄影测量。 施工兴建阶段的测量的主要任务是，按照设计要求在实地准确地标定建筑物各部分的平面位置和高程，作为施工与安装的依据。一般也要求先建立施工控制网，然后根据工程的要求进行各种测量工作。 竣工后的营运管理阶段的测量，包括竣工测量以及为监视工程安全状况的变形观测与维修养护等测量工作。 按工程测量所服务的工程种类，也可分为建筑工程测量、线路测量、桥梁与隧道测量、矿山测量、城市测量和水利工程测量等。此外，还将用于大型设备的高精度定位和变形观测称为高精度工程测量；将摄影测量技术应用于工程建设称为工程摄影测量。 工程测量是直接为工程建设服务的，它的服务和应用范围包括城建、地质、铁路、交通、房地产管理、水利电力、能源、航天和国防等各种工程建设部门。 无论是工程进程各阶段的测量工作，还是不同工程的测量工作，都需要根据误差分析和测量平差理论选择适当的测量手段，并对测量成果进行处理和分析，也就是说，测量数据处理也是工程测量的重要内容。 在当代国民经济建设中，测量技术的应用十分广泛。在很多工程建设中，从规划、勘测、设计、施工及管理和运营阶段等的决策和实施都需要有力的测绘技术保障。在研究地球自然和人文现象，解决人口、资源、环境和灾害等社会可持续发展中的重大问题以及国民经济和国防建设的重大抉择同样需要测绘技术提供技术支撑和数据保障。 第二节常用仪器及其操作方法 1.水准仪及其操作 常用的水准仪为DS3型微倾式水准仪（见图1）。水准仪可以提供一条水平视线，通过观测水准尺读数，测算两点间的高差。其基本操作程序为：安置仪器、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读数。
最新机械工程测试技术基础知识点总结
第一章 信号及其描述 （一）填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来 传输的。这些物理量就是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 时间t 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率f 为独 立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特点： 离散性 ， 谐波性 ， 收敛 性 。 4、 非周期信号包括 准周期 信号和 瞬态非周期 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值 、 均方值 、 方 差 。 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 偶 对称，虚频谱（相频谱）总是 奇 对称。 （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ Y ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ Y ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ X ） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ X ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（ Y ） （三）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数?? ?≥<=T t T t t t x ||0||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为121 )(+=ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω ，幅值=y ，相位=φ 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35.1+s 和2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的 总灵敏度。 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 傅立叶变换法 、 和 滤波器法 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 被测量 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 线性 关系为最佳。 （二）选择题 1、 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。 （1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡
平衡流场的再入飞行器电磁散射特性分析
平衡流场的再入飞行器电磁散射特性分析当具有极高速度(如10个马赫数以上)的飞行器再入大气层时,由于目标与空气摩擦将产生高达几千摄氏度的气动热,使周围的气体发生电离,导致飞行器附近空气呈离子状态存在,形成等离子体鞘套和冗长的等离子尾流。尽管作为一种色散介质的等离子体具有“通高频、阻低频”的特性,即大于等离子体频率的电磁波可以在等离子体中传播,而小于等离子体频率的电磁波被等离子体反射,但对再入飞行器来说,不同的再入速度对等离子体尾流会产生何种影响,等离子体尾流内的电子密度会达到何种量级,高电子密度的等离子体尾流对低频电磁波能否表现出强散射特性,从而有利于雷达的探测与识别,这些都是研究再入飞行器电磁散射特性时值得深入探讨的问题。 早在20世纪60年代初国外就已开展了与等离子体尾流相关的研究,鉴于等离子体尾流情况复杂。在理论研究方面,有用Born近似方法计算等离子体尾流的电磁散射特性,建立了再入尾流散射的畸变波Born近似模型。21世纪初期,国内学者也基于Born近似方法开展了大量有关再入段等离子体尾流散射特性的研究,但由于Born近似方法更适合于计算亚密(等离子体频率小于雷达波工作频率)状态下等离子体与雷达波的相互作用。因此,研究的频段主要集中在L和S波段。近年来,也有一些国内外学者利用电磁场数值计算方法研究了等离子体与电磁波的相互作用机理及其电磁特性,但利用该方法研究 再入飞行器等离子体尾流低频电磁散射特性的论文却鲜见发表。因此,本文根据再入飞行器的物理现象,将平衡流场的计算方法与电磁散射
数值计算方法相结合,用于再入飞行器低频电磁散射问题的分析。首先借助真实气体效应情况下等离子体流场计算方法,获得锥球形目标再入时接近于真实尾流的非均匀等离子体分布,然后利用移位算子时域有限差分法(finite difference time domain FDTD)计算和分析锥球形目标以零攻角再入时的低频电磁散射特性,最后给出了一些有价值的结论。 一、再入飞行器周围等离子体流场计算方法。 等离子体作为一种特殊的色散介质,若不考虑外加磁场,与其介电常数有关的参数有入射电磁波频率ω、等离子体振荡频率p ω和等离子体碰撞频率v ，即 21()p r jv ωεωω=- - (1) 式中 ,p ω=;N 为等离子体中自由电子密度,e 为电子电量;m 为电子质量;0ε为真空中介电常数。由此可见,在对再入飞行器进行电磁散射建模时,必须首先计算得到飞行器周围等离子体的流场特性,如内部自由电子密度等。 当飞行器以超音速再入时,稳定的空气被排挤开,但由于空气是按音速传播压力,因此被排挤的空气以高于音速的速度被强行挤压而形成激波。空气受到激波的强烈压缩和粘性的剧烈摩擦,激波层内的温度迅速升高,可达数千度,驻点区域甚至达到10 000 K 以上。在如此高的温度条件下,空气内部中不仅分子的平动能、转动能被激发,甚至振动能也将被激发,而且还会发生气体分子的离解和电离,气体
C波段中国陆地电磁散射特性统计分析
文章编号!""#$"%&&’(""!)"!$""&"$"# *波段中国陆地电磁散射特性统计分析+ 康士峰!,(葛德彪(张忠治! ’!-中国电波传播研究所青岛分所,青岛(.."/!0(-西安电子科技大学物理系,陕西西安/!""/!) 摘要陆地表面的电磁散射特性同地形地物存在的真实物理状态密切相关1利用 234$!和234$(卫星!55!至!555年的*波段66极化散射计数据,对中国陆地不同地形地物分类环境所对应的散射系数特性进行了统计分析和比较,为地球遥感信息分析和雷达目标检测地杂波环境评价提供参考1 关键词*波段234$!7(卫星电磁散射散射系数中国 中图分类号895#.文献标识码: ;<=<>?<>@=A=B=A C?>?D E F G?@=< 复杂三维目标的宽带电磁散射计算 田蜜 电子科技大学电子工程学院，成都（610054) E-mail: leontian125@https://www.360docs.net/doc/151603114.html, 摘要：本文首先介绍宽带电磁散射的主要方法及其国内外发展现状，分析各种方法的优缺点，指出采用频域法在计算复杂三维目标宽带电磁散射方面的优势。然后推导采用频域法计算宽带电磁散射的基本原理，最后通过算例分析证明频域法的有效性和精确性，并且证明能够采用频域法计算复杂三维目标的宽带电磁散射。 关键词：宽带电磁散射；复杂三维目标；频域法 1．引言 近年来，与电磁脉冲有关的时域电磁场（又称为瞬变电磁场或脉冲电磁场）的研究越来越受到人们重视[1]。由于对模拟超宽带信号和非线性系统需求日益增加，急需找到一种算法能够快速、精确、稳定和高效地模拟和分析瞬态响应。现代的超宽带天线（如合成孔径雷达、探地雷达、电磁兼容、隐身以及反隐身）的研究，生物电磁学的研究、非线性电路的分析以及瞬态测井仪器的设计等都提出了迫切的要求。所以，在计算电磁学的很多领域，传统的点频法或者窄频带方法已经不能满足需要，人们开始把注意力转向具有宽带电磁散射的研究。 目标的宽带电磁散射特性可以借助实验进行研究，但通过测量方法来获取目标散射特性受测试目标大小、属性、类别限制和测试设备、测试场地、测试环境等诸多因素的影响，而且测试费用极大。所以采用计算电磁学的方法来模拟分析和预估目标的宽带电磁散射特性成为研究的一种重要的手段。 2．分析宽带电磁散射的基本方法 与宽带电磁散射的主要特性相对应，分析宽带电磁散射的主要方法分为直接时域法（简称时域法法）、变换频域法（简称频域法）和时频互推的方法。 2.1 时域法 时域法是指直接在时域-空间域求解的方法。首先计算目标的时域响应，由时域信号包含的信息经过傅立叶变换，可以得到频域上宽带的特征信息。时域法主要包括两大类：基于积分方程的方法和基于微分方程方法。其中最具代表性应用也最广泛的有三种：时域有限元方法[2]、时域有限差分方法[3]和时域表面积分方程方法[4]。 直接采用时域法的计算结果可以直接给出各采样时刻的空间场分布情况，在一定程度上节省计算时间，但是缺点是对于新的外加激励，必须重复全部计算，另外，以上方法各自在精度和适用范围等方面也存在很大的缺点，极大地受到计算量和存储量的限制，它们都不能用于计算复杂三维目标的宽带电磁散射问题。 2.2 频域法 频域法[5]是指在频域计算逐个频率求得目标在一定带宽范围的解析解或数值解，由时频对应关系，其结果可以通过逆傅立叶变换得到目标的瞬态响应。具体步骤是首先通过在频域求解麦克斯韦方程组，得到电磁散射的频域解，然后采用逆傅立叶变换将目标的频域响应变换到时域。这种方法与直接计算宽带时域解相比具有以下优点：一旦得到了目标物体在宽带 石墨烯超材料电磁散射特性研究 摘要 2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。自从2004年被发现以来，石墨烯的应用掀起了世界各国科学家的研究热潮。 超材料最初被称为左手材料（LHM）或负折射材料（NIM），是由前苏联理论物理学家Veselago在1968年最先提出的，此后，随着研究的逐渐深入，众多突破性成果不断涌现，这种新型复合材料的人工实现，极大地丰富了微波、电路、光学、材料学等领域的材料选择，其表现出的新颖电磁响应特性立刻成为国际物理学界和电磁学界研究的热点。 本文的工作涉及一下几个方面内容： （1）石墨烯以及超材料的发展历史及研究现状。 （2）石墨烯的建模方法，利用其电导率的可调性实现石墨烯模型的不同幅度特性及相位特性。 （3）对石墨烯单元模型进行有规律的排列，形成阵列，通过不同的排列方式来操控电磁波散射波瓣呈现出不同的形状特性及方向特性。 本文所建立的模型具有广泛的应用前景，比如相控阵天线技术、电磁隐身技术、电磁吸收技术等。 关键词：石墨烯；超材料；散射波瓣 Abstract Physicist Andre Geim and Konstantin Novoselov from University of Manchester successfully separated graphene from graphite,and confirmed it can exist alone,the experiment was praised as a groundbreaking one for two-dimensional graphene materials，thus Andre and Konstantin shared the 2010 Nobel Prize for physics. Since graphene was found in 2004, its application has attracted amount of attention around the world. M etamaterials was originally called left-handed materials (LHM) or negative refraction material (NIM), first proposed by the former Soviet Union theoretical physicist Veselago in 1968. since then, with the gradual in-depth study, many breakthrough emerged constantly. The artificial realization of this kind of new composite materials has greatly enriched the microwave,circuit, optical,materials and other fields.Its novel electromagnetic response immediately become an international hot topics in the study of physics and the electromagnetic field. In this paper, our work involves several aspects: (1) Develop_history and research staus of graphene and metamaterials. (2) Introduce modeling methods of the graphene,the adjustable characteristics of graphene electrical conductivity give us the possibility to realize different amplitude and phase of unit model. (3) Form different arrays through regular arrangement of graphene unit model and gain electromagnetic scattering lobe with different shape and direction characteristics.The established model in this paper has wide application prospects, such as the phased array antenna technique, the electromagnetic stealth technique and electromagnetic-absorbe technique, etc. Key words: graphene;metameterial;scattering lobe复杂三维目标的宽带电磁散射计算
石墨烯超材料电磁散射特性研究