亚波长间距理想导体球阵列近区时间反演电磁场的快速求解

为快速求解亚波长间距分布的理想导体球阵列近区的时间反演电磁场,提出一种基于等效偶极子模型的解析分析方法.首先,通过分析球面波照射理想导体小球的散射场解析解发现,散射场可以近似等效为电磁偶极子辐射场的叠加.等效偶极子的强度与初始激励源的幅度成正比关系.通过建立不同小球等效偶极子矢量间的耦合方程组可以直接求解得到相应矢量的大小.然后,结合时间反演腔理论得到相应的时间反演并矢格林函数,继而得到小球阵列近区的时间反演场分布.最后,通过与数值仿真软件的计算结果进行对比,验证了方法的正确性及高效性.研究表明,时间反演技术结合近场亚波长间距小散射体加载能够实现超分辨率的场聚焦.     

基于时间透镜原理实现微波信号时间反演

时间反演电磁学是一门新兴学科. 高效的电磁时间反演信号获取方式是时间反演技术获得应用的关键. 本文研究了一种基于时域成像原理获得时间反演微波信号的方法. 首先根据时间透镜原理, 推导出了实现波形时间反演的条件, 并对波形反演的过程进行了数值仿真. 然后设计了两种满足反演条件的啁啾电磁带隙结构来构造色散信道, 并通过实验得到了一个时隙长度为1.5 ns的时间反演信号. 由于啁啾电磁带隙结构与理想色散信道的差异, 实验结果中存在波形失真. 文章最后对造成失真的原因进行了分析.     

基于迭代反演的非磁性材料复介电常数测量及初值选取方法

复介电常数是反映材料宏观电磁性质的重要参数,电磁领域相关材料和器件的选取、设计及应用都必须基于材料在工作频段的电磁参数.数值迭代法是反演计算材料复介电常数的重要方法,但一直存在难以准确给出迭代初始值的问题.本文基于吸波材料介电常数与反射率的关系,提出了一种迭代法反演吸波材料介电常数的初值选取方法,以此为基础构建了一种利用反射参数反演计算单层吸波材料、多层材料中唯一未知层材料复介电常数的方法,并通过实例测试验证了方法的有效性.     

实现散射场强整形的微散射体阵列逆向设计方法

本文提出一种基于全介电微散射体的散射阵列结构逆向设计方法,用以实现散射电场强度整形.该方法基于空域傅里叶变换与角谱变换,从给定目标区域处期望实现的散射场强分布出发,逆向求得所需的感应源,再利用电磁感应源理论,逆向设计微散射体阵列,且只需通过解析计算便能够快速地求取出微散射体阵列的电磁参数值分布.基于提出的逆向设计方法,文中提供了三维情况下的具体算例,实现了给定方形面目标区域的散射场强整形.理论计算结果与全波仿真结果符合良好,表明本文提出的逆向设计方法具有可行性与有效性.     

复合介质等效电磁参数的数值研究

利用时域有限差分(FDTD)方法研究了掺杂介质材料等效电磁参数的反演方法.首先用FDTD方法计算掺杂介质的反射、透射系数,然后结合遗传算法和传播矩阵法反演不同掺杂比率的等效电磁参数,得到了等效电磁参数随掺杂比率变化的关系曲线.在复合材料的掺杂比率较低和较高时,等效电磁参数计算公式之间以及数值方法得到的结果比较一致;当掺杂比率处于中间值时,则稍有差别.结果显示用数值方法反演复合材料等效电磁参数具有可行性.     

层状各向异性介质大地电磁联合反演研究

地壳和上地幔中存在的电性各向异性是地电模型、地下结构和构造模型间一个重要的联系因素. 近年来, 它引起了广泛的关注, 推动了对电性各向异性结构模型和反演理论新方法的研究. 本文在Marquardt反演理论的基础上, 引入权因子对其改进后用于大地电磁视电阻率和阻抗相位联合反演, 通过具体算例的分析, 验证了理论的正确性; 此外, 对西北某地大地电磁实测资料处理解释, 说明了程序的实用性并为今后研究深部电性构造提供了一种新的方法和途径.     

群论在对称结构电磁散射问题中的应用

用T矩阵方法计算电磁散射问题时, 如果散射体的几何结构满足点群对称性, 即在群变换作用下保持不变, 可以利用群论找出散射体的几何对称性和T矩阵元的对称性之间的关系, 通过预知部分矩阵元的精确值以及 它们之间的关系来达到数值求解过程 中节约运行时间的目的. 关键词： 群论 对称结构 电磁散射 对称算子     

基于电磁超材料的两种等效参数提取算法的比较分析

基于传统反演算法和Kramers-Kronig关系改进算法, 分别提取弱耦合和强耦合超材料渔网结构模型的等效参数, 并对两种算法的有效性及普适性进行了探讨.理论分析及计算结果表明, 传统的反演算法可以准确地反演弱、强耦合情形下电磁超材料结构的等效参数, 但计算复杂度较高;而基于Kramers-Kronig关系的改进算法巧妙地降低了计算的复杂度, 能简单准确地提取弱耦合情形下电磁超材料结构的等效参数, 但对于强耦合情形则不适用, 原因在于强耦合情形破坏了Kramers-Kronig关系的解析且连续性要求. 研究结果拓展了等效媒质理论并可为新的电磁超材料的设计提供理论参考. 关键词： 超材料 反演算法 Kramers-Kronig关系 等效参数     

用数值模式匹配算法高效仿真轴对称型散射体海洋可控源电磁响应

圆盘、球体以及球冠状体是地球物理研究中非常重要的一类散射类型.在海洋环境中,圆盘可以用于描述玄武岩基岩以及油气圈闭构造等电阻率异常体,而球冠可以近似描述某些基岩隆起或起伏地形等.这类散射体的一个重要特征是其电阻率空间分布具有轴对称性.如果能够针对这类形状的散射体研究建立一套有效的海洋可控源电磁数值模拟方法,对于认识复杂地层条件下海洋电磁响应的变化特征、研究建立相关的资料处理和解释方法具有非常重要的意义.本文根据电导率轴对称分布特征,设法用一个或多个不同半径、不同厚度的水平同心圆盘逼近这类轴对称电导率散射体,并将这些同心圆盘与海洋环境中的空气、海水、沉积层和基岩等背景介质结合,形成一个在水平方向电导率具有轴对称分布、在垂直方向又具有分层特征的水平层状非均质模型.在此基础上,应用数值模式匹配法研究水平电偶极子天线电磁场的数值模拟方法,给出位于对称轴上的水平发射天线电磁场在层状非均质地层中的半解析解,建立海洋可控源电磁响应高效算法.最后通过数值模拟结果对该算法进行检验并考察海洋可控源三维电磁响应特征.     

时间反演镜对时间反演电磁波聚焦特性影响因素的研究

时间反演电磁波聚焦特性的主要影响因素来自于时间反演镜(time reversal mirror,TRM).利用电磁仿真工具,对各种影响因素进行分析,给出了改善时间反演电磁波聚焦特性的方法.最后,通过实验对改善方法的有效性进行了验证. 关键词： 时间反演镜 时间反演电磁波 聚焦特性 影响因素     

中子-中子碰撞非线性输运的确定论模拟

从几个方面着手提高确定论方法的计算精度:首先,中子输运计算的相空间离散采用间断有限元处理方法,并使用较大的角度离散数和散射阶数;其次,使用蒙特卡罗直接统计方法得到高精度多群截面;最后,引入收敛于真解的中子-中子碰撞源迭代。数值算例验证表明,经过改进的确定论方法具有良好的稳定性和精度,能以可靠的精度求解考虑中子-中子碰撞过程的非线性问题。     

动态光散射测量粒径分布的格雷码编码遗传算法反演运算

采用格雷码编码的遗传算法对动态光散射测量的粒径分布进行反演运算,数字测试结果表明,对于无噪声的分布,算法能精确的反演出各种粒子分布图像;对于加了一定噪声的分布,算法显示出较好的稳定性,能反演出主峰的分布图像.聚苯乙烯乳球的实验结果表明,该算法能反演双分布的粒径分布图像.与标准遗传算法和反演蒙特卡罗算法相比,该算法具有较高的搜索效率,能够用较少的计算时间快速搜索到最优解.格雷码编码遗传算法是一种更有效的随机反演算法.     

Differences between fixed time step and kinetic Monte Carlo methods for biased diffusion

We consider biased diffusion in a one-dimensional lattice and compare results obtained with fixed time step and kinetic Monte Carlo methods. Spurious dispersion and particle position correlation appear with the fixed time step Monte Carlo approach. The mentioned correlation increases with time. We demonstrate that the correct results, that correspond to a time step that tends to zero, are obtained using the kinetic Monte Carlo method. The conclusions also apply to biased diffusion in two or more dimensions and to random deposition.     

Monte Carlo Method in Scanning Electron Microscopy. 3. Modern Condition of the Problem

The applicability of the Monte Carlo method for modeling images obtained in a scanning electron microscope is assessed. It is shown that in the Monte Carlo method, it is impossible to take into account all the mechanisms of the interaction of electrons with matter that affect image formation. Modern random-number generators create an insufficient amount of random numbers necessary for modeling the scattering of electrons in matter. The time it takes to modeling images using contemporary personal computers is too long: it takes years of continuous computer operation. There is no evidence of correctness of the results of the Monte Carlo method when generating images. These factors prove the impossibility of using the Monte Carlo method to modeling the scattering of electrons in a solid, which is used in image formation in a scanning electron microscope.     

基于禁忌搜索的车联网蒙特卡洛定位算法

在蒙特卡洛定位算法中引入禁忌搜索算法以提高车联网中快速定位的性能。自组织车联网高速移动的车辆和快速变化的网络拓扑结构,使用传统的蒙特卡洛定位算法,不能迅速的收敛位置信息。在滤波阶段引入禁忌搜索算法对传统蒙特卡洛定位算法进行改进, 优化滤波排除可能性较小的位置点,获得近似最优估计位置采样集。仿真结果表明,改进后的算法在样本采集数、计算时间、定位精度等方面有了显著提升,改进后的算法能更好地解决车联网的定位问题。     

The numerical and experimental study of photon diffusion inside biological tissue using boundary integral method

In this study, the diffusion of photons in turbid media, like biological tissue has been studied. Due to scattering and absorption of photons in such media, the study of photon propagation in biological tissue is complicated. The several numerical methods have been presented to simulate the behavior of diffused photons. Recently, Boundary Integral Method (BIM) has been offered to simulate photon migration inside biological tissues. This method has advantage, e.g. lower computational time in compared with other numerical methods. In this study, the accuracy and precision of BIM compares with another numerical method like Monte Carlo technique and finite difference method, and also the calculated results obtained by BIM and Monte Carlo method evaluate with measured results. Furthermore, the effects of scattering and absorption coefficient of tissue on the measured signal are studied.     

Simulation of the infrared radiation characteristics of high-temperature exhaust plume including particles using the backward Monte Carlo method

The analysis of the infrared radiation characteristics of high-temperature free-stream flow including particles is very significant for the field of target detection, combustion diagnosis and temperature measurement of flame. In this paper, the infrared radiation characteristics of high-temperature free-stream flow are calculated and analyzed using the backward Monte Carlo method, considering the effect of the directional radiation heat flux due to the particle scattering and the different boundary conditions. The calculation results of emitting, absorbing and anisotropically scattering media are compared with the forward Monte Carlo and finite-volume methods results, which shows the superiority on computational efficiency with the backward Monte Carlo method.     

用Monte Carlo方法模拟闪锌矿相ZnS电子的输运特性

用Monte Carlo方法模拟闪锌矿相(zinc blende)ZnS电子的输运特性.实验采用的是非抛物线模型计算电子的能带结构,模拟包含了声学声子散射,极性光学声子散射,压电散射,电离杂质散射,能谷间散射以及自散射等散射机理.通过模拟得到了ZnS材料的平均漂移速度、平均电子能量随电场强度变化的曲线图,以及总散射率随电子能量变化图,并将结果与文献报道的模拟结果[1]进行比较得出:本实验方法具有模型简单,计算速度快,获得结果比较准确的优点.     

热辐射输运问题的高效蒙特卡罗模拟方法

惯性约束聚变研究中,热辐射光子在介质中的输运以及热辐射光子与介质的相互作用是重要研究课题,蒙特卡罗方法是该类问题的重要研究手段之一.隐式蒙特卡罗方法虽然能正确地模拟热辐射在介质中的输运过程,但当模拟重介质(材料的吸收系数大)问题时,该方法花费的计算时间将变得很长,导致模拟效率很低.本文以离散扩散蒙特卡罗方法为基础,开发了"离散扩散蒙特卡罗方法辐射输运模拟程序",可以较好地解决重介质区的计算效率问题,但是离散扩散蒙卡罗方法在模拟轻介质区时精度不够高.辐射输运问题中通常既有轻介质也有重介质,为了能同时解决蒙特卡罗方法模拟的效率和精度问题,本文研究了离散扩散蒙特卡罗方法与隐式蒙特卡罗方法相结合的模拟方法,并提出了新的扩散区与输运区界面处理方法,研制了混合蒙特卡罗方法的辐射输运模拟程序.典型辐射输运问题模拟显示:在模拟重介质问题时,该程序能大幅缩短模拟时间,且能取得与隐式蒙特卡罗方法一致的结果;在模拟轻重介质均存在的问题时,与隐式蒙特卡罗方法相比,混合蒙特卡罗方法的模拟精度与其相当且计算效率同样能够得到显著提升.     

Random dynamics of a nonlinear spur gear pair in probabilistic domain

This paper investigates the response of a spur gear pair subjected to both deterministic and random loads. Backlash nonlinearity and time-varying mesh stiffness in gear systems are considered in the model. Path integration is adopted to capture the random response in probabilistic domain. In the path integration algorithm, the transition probability density function (PDF) within a short time interval is assumed as Gaussian. Then the mean and variance of the responses are calculated and expressed as closed forms for two different cases in gear systems, which are further used to construct the transition PDF. The simulation results are compared with that from Monte Carlo (MC) simulation and deterministic numerical integration. Good agreements are shown between these results. In addition, the multi-solutions feature characterizing the nonlinear gear system is also captured.