非均匀散射层矢量辐射传输(VRT)方程高阶散射解的迭代法

将散射介质层在z轴方向划分成薄层，用薄层的一阶散射强度、Fourier变换和迭代方法求解散射介质整层的矢量辐射传输(VRT)方程的高阶散射解.该方法将一阶散射与高阶散射迭代结合起来，计算公式简明，可计算高阶迭代解，计算时间少.计算结果与一层均匀散射介质的VRT方程一阶Mueller矩阵解、半空间均匀散射介质二阶Mueller矩阵解、以及离散坐标-特征值特征矢量法的VRT热辐射的数值解作了全面的比较.提出并讨论了非均匀散射层主动与被动VRT方程的高阶解.本计算程序可以通用于非球形粒子多层结构及非均匀介质的散射和热辐射计算. 关键词： VRT方程 分层 迭代解     

DRESOR法对平行入射辐射问题的研究

本采用一种基于蒙特卡洛法(Monte Carlo Method,MCM)求解辐射传递方程(Radiative Transfer Equation, RTE)的快捷、有效的方法-DRESOR法(Distributions of Ratios of Energy Scattered Or Reflected)在一维充满吸收、各向同性散射介质平行平板中,外部有平行入射条件下,求解计算空间点的辐射强度沿空间方向角的分布,而不需要辐射平衡和在空间位置坐标和方向角度坐标上同时离散辐射传递方程进行迭代求解。     

基于混合场积分方程的半空间上方金属目标电磁散射特性高效分析

研究一种可以高效求解半空间金属目标电磁散射积分方程方法,电场积分方程适用于任意结构电磁问题分析,但是生成的矩阵条件数大,迭代求解收敛性差;而磁场积分方程生成的矩阵条件数小,迭代收敛性好,但是仅能分析闭合结构问题,本文采用了混合场积分方程方法,同时具备电场积分方程的普适性与磁场积分方程的收敛性.由于混合场积分方程中涉及格林函数的梯度项,为了进一步加快计算效率,本文引入了一种针对半空间格林函数的高效四维空间插值方法,对组成半空间格林函数的索末菲积分进行列表和Lagrange插值,以实现高效的迭代求解,效率在传统混合场积分方程的基础上提高12.6倍.数值结果表明,该方法在保证精度的同时,可以显著降低求解问题的时间.     

多介质体散射的共轭梯度解法

讨论多个介质体的电磁散射体积分方程的共轭梯度迭代求解方法,给出了介质板上方具有介质目标时的电磁散射的数值结果。     

多介质体散射的共轭梯度解法

讨论多个介质体的电磁散射体积分方程的共轭梯度迭代求解方法，给出了介质板上方具有介质目标时的电磁散射的数值结果。     

模拟短脉冲激光在介质中传输的扩散综合有限元法

建立有限元模型,通过求解瞬态辐射传输方程模拟短脉冲激光在半透明介质中的传输.针对散射占优性半透明介质内辐射传输求解效率较差的问题,采用扩散综合加速迭代算法,提高计算效率,缩短计算时间.结果表明:采用精确解析式描述脉冲激光散射源项的求解策略可以获得准确的计算结果,精确地模拟快速变化的波前,不会产生数值扩散和数值振荡.此外,扩散综合迭代算法的计算时间仅为源项迭代的50%~60%.     

粗糙面上粒子层矢量辐射传输方程的二阶迭代解法

为了探究典型粗糙面上随机粒子层中能量传输的多次散射机制,提出了一种基于矢量辐射传输方程的建模二阶计算方法.该建模方法将建模场景(粗糙面上粒子层)在高度维(Z轴)划分为多个传输散射层,基于矢量辐射传输理论中的一阶迭代散射解,利用典型粗糙面的半经验半解析方法,求解出整个场景的二阶迭代散射解.同时,研究粒子层能量在粒子与粒子间的多次散射机制,以及粒子与地表粗糙面间的多次散射机制.数值结果表明,该二阶迭代解法相较于矢量辐射传输方程的一阶迭代散射解,能够更完整地探究互作用的散射特性,且可从能量传输角度解译建模场景中物体间的相干作用,从而可用于植被地物环境下的多次散射机制的解析以及散射系数变化趋势的预估.     

间断有限元法求解一维矢量辐射传输

采用间断有限元法(Discontinuous finite element method,DFEM)求解一维散射性介质内矢量辐射传输问题。推导了散射性介质内矢量辐射传输方程的间断有限元离散格式,空间离散采用间断有限元离散将求解域划分为相互独立的单元,角度离散在传统的均匀分段光滑近似(Piecewise Constant Approximation,PCA)角度离散基础上进行局部加密以得到关键方向上的数值解。采用两个稳态矢量辐射传输算例对间断有限元法求解矢量辐射传输方程的正确性和计算效率进行了验证,在此基础上拓展间断有限元法应用于求解散射性介质内瞬态矢量辐射传输方程,将随着时间推移过程中的瞬态辐射信息和最终的稳态结果相比较验证了本文方法的正确性。     

半空间背景下目标电磁散射等效模型研究

在电磁场积分方程方法框架下,应用等效原理求解了半空间背景下目标的电磁散射问题,可针对目标仅处于半空间界面单侧及目标跨越半空间界面处于半空间两侧的几何相对位置。与传统的半空间格林函数计算方法不同的是,这一方法使用的是各自介质的自由空间格林函数,因此可以回避索墨菲积分并且可以很方便与快速算法(如多层快速多级子)相结合,并对求解临近半空间界面的目标获得较好的收敛性。在等效原理方法中需要用有限的界面等效无限大半空间界面,因此采用了锥形入射波以降低开放边界引起的边缘效应。不同于一般目标的远场雷达散射截面表达,在该模型下,半空间电磁散射的远场描述需要用差场雷达散射截面。给出的算例能与现有文献以及仿真软件很好的吻合,并可作为实用工具分析半空间背景对目标远场响应的影响。     

三维目标与粗糙面复合散射的广义稀疏矩阵平面迭代及规范网格算法

提出了快速计算二维导体粗糙面与面上金属目标复合散射的广义稀疏矩阵平面迭代及规范网格法(G-SMFSIA/CAG).推导了二维导体粗糙面与面上目标相互作用的耦合积分方程,用稀疏矩阵平面迭代及规范网格法(SMFSIA/CAG)求解粗糙面部分的表面积分方程,而用基于RWG基函数的矩量法(MOM)计算目标部分的表面积分方程,并通过更新方程的激励项迭代求解目标与粗糙面的相互耦合作用.结合Monte-Carlo方法产生具有PM(Pierson-Moskowitz)海浪谱的随机海洋粗糙面,数值分析了海面上不同形状导体目 关键词： 复合散射 广义稀疏矩阵平面迭代及规范网格法 随机海洋粗糙面 双站散射系数     

一种计算分层半空间上方导线瞬态响应的新方法

提出了一种将时域积分方程(time domain integral equation, TDIE)方法和时域有限差分(finite differnce time domain, FDTD)方法相结合计算分层有耗半空间上方导线瞬态电磁响应的新方法.其中,一维FDTD方法用于计算入射电磁波经分层半空间反射的时域波形.TDIE用于求解细导线在加入两个激励源(直接入射电磁波和经分层半空间反射的电磁波)时的瞬态响应.相关计算理论和数值模拟结果说明了本文方法是一种解决了分层有耗介质上方水平放置导线瞬态响应的高效解决方案. 关键词： 时域积分方程 时域有限差分 细导线 分层半空间     

势问题的径向基函数——局部边界积分方程方法

将基于径向基函数构造的具有插值特性的近似函数和局部边界积分方程方法相结合，建立了求解势问题的径向基函数——局部边界积分方程方法，推导了相应离散方程.与其他边界积分方程的无网格方法相比，本文方法具有数值实现过程简单、计算量小、精度高的优点，并可直接施加边界条件.最后通过算例说明了该方法的有效性. 关键词： 径向基函数 无网格方法 局部边界积分方程 势问题     

受撞击Winkler基支弹性板的撞击力计算及其动力响应分析

研究了半无限线性粘弹性Winkler基础上的任意形状弹性板受低速物体撞击的动力响应分析问题,在仅知撞击体初始运动速度的条件下,推导出了关于撞击力F(t)的的非线性Volterra积分方程,得出了板的横向位移响应W(x,y,t)的一般表达式,并给出了一种求解计算的数值方法。计算了四边简支弹性方板和周边固定弹性圆板在中心受刚球横向撞击问题,并对结果进行了讨论。     

各向异性介质三维电磁响应模拟的Ho-GEBA算法

本文基于积分方程法研究并建立了一种模拟横向同性介质中任意各向异性异常 体三维电磁响应的高阶广义扩展Born近似(Ho-GEBA)算法. 首先利用逐次迭代技术给出积分方程的广义级数展开解, 为保证其收敛性, 引入一种各向异性条件下满足压缩映射的迭代算子. 然后利用异常体区域分解技术, 并结合扩展Born近似原理, 得到各向异性介质三维电磁响应的Ho-GEBA解. 为提高效率, 计算过程中采用并矢Green函数的解析表达式. 最后通过数值计算实例对比验证了本文算法的有效性. 关键词： 高阶广义扩展Born近似 积分方程 电磁模拟 解析Green函数     

有耗半空间上方导体目标电磁散射的多层快速多极子算法

提出基于高阶拟合的多层快速多极子算法,用于分析有耗半空间上方导体目标的电磁散射.采用高阶拟合方法将远区相互作用单元的半空间空域格林函数用级数表示,对高阶拟合项作加法定理展开,进而应用多层快速多极子算法.该方法具有分组小,内存需求低,易于实现的优点.用数值算例验证其正确性与有效性.     

半空间电大涂敷目标散射的高频分析方法

研究了半空间内(海面,地面)电大尺寸涂敷目标散射的高频求解方法.将半空间并矢格林函数引入物理光学方法中,对半空间复杂环境影响进行考虑,并利用阻抗边界条件考虑涂敷目标表面的复杂电磁散射,推导出半空间物理光学分析方法,同时结合图形电磁学,对半空间电大涂敷目标进行消隐判断,提取像素面元法矢量和深度缓存等有效信息,快速有效地计算了半空间电大涂敷目标的雷达散射截面.数值结果证明了方法的有效性和准确性. 关键词： 半空间物理光学方法 半空间并矢格林函数 图形电磁学 雷达散射截面     

Indentation on one-dimensional hexagonal quasicrystals: general theory and complete exact solutions

This paper presents a general account of the indentation responses of a one-dimensional hexagonal quasicrystal half-space pressed by an axisymmetric rigid punch. Based on Green's functions of the half-space subjected to point sources on the surface, the mixed boundary value problem is transformed to integral equations and solved exactly using the results of the potential theory method. Explicit expressions for the generalised pressures and indentation forces are derived for three common indenters (cylinder, cone and approximate sphere) in a systematic manner. For conical and spherical indenters, relations between the contact radius and indentation loads are determined. The coupling phonon–phason fields in the half-space under indentation are accurately expressed in terms of elementary functions. Numerical calculations are performed and discussions on related physical phenomena are given. The present exact solutions can serve as benchmarks for approximate or numerical analyses and can guide the experimental characterisation of material properties of quasicrystals.     

A method of cauchy integral equation for non-coherent transfer in half-space

A technique is presented which allows easy construction of solutions for various half-space problems arising in non-coherent radiative transfer with complete redistribution. By use of an inverse Laplace transform method, Wiener-Hopf integral equations are reduced to Cauchy-type singular integral equations. The factorization technique used by Case and Zweifel for coherent scattering can then be carried over to non-coherent transfer. The method is applied to the inhomogeneous integral equation for the source function of a two-level atom, previously solved by Ivanov. It is also applied to the conservative, homogeneous case and to singular Wiener-Hopf equations arising from asymptotic expansions in the limit of vanishing probability of collisional destruction ?. Consequences for the scaling laws in a finite slab are examined in a companion paper.     

Seismic wave propagation in laterally inhomogeneous geological region via a new hybrid approach

2D seismic wave propagation in a local multilayered geological region rested in an inhomogeneous half-space with a seismic source is studied. Plane strain state is suggested. The vertical variation of the soil properties in the half-space is modelled by a set of horizontal flat isotropic, elastic and homogeneous layers. The finite local region is with non-parallel layers and free surface relief. Efficient hybrid wavenumber integration-boundary integral equation method (WNI-BIEM) is proposed, validated and applied for synthesis of seismic signals in the finite soil stratum. The numerical simulation reveals that the developed hybrid method is able to demonstrate the sensitivity of the obtained synthetic signals to the seismic source properties, to the heterogeneous character of the wave path and to the relief peculiarities of the local stratified geological deposit. The advantages and disadvantages of the proposed method are discussed.     

Axisymmetric wave propagation of thermoelastic transversely isotropic half-space under buried loading using potential functions

By virtue of a new scalar potential function and Hankel integral transforms, the wave propagation analysis of a thermoelastic transversely isotropic half-space is presented under buried loading and heat flux. The governing equations of the problem are the differential equations of motion and the energy equation of the coupled thermoelasticity theory. Using a scalar potential function, these coupled equations have been uncoupled and a six-order partial differential equation governing the potential function is received. The displacements, temperature, and stress components are obtained in terms of this potential function in cylindrical coordinate system. Applying the Hankel integral transform to suppress the radial variable, the governing equation for potential function is reduced to a six-order ordinary differential equation with respect to z. Solving that equation, the potential function and therefore displacements, temperature, and stresses are derived in the Hankel transformed domain for two regions. Using inversion of Hankel transform, these functions can be obtained in the real domain. The integrals of inversion Hankel transform are calculated numerically via Mathematica software. Our numerical results for displacement and temperature are calculated for surface excitations and compared with the results reported in the literature and a very good agreement is achieved.