基于JASMIN框架的抛物方程有限差分解法并行计算及其应用

抛物方程有限差分解法的网格步长严格受波长限制,在求解城市小区电波传播问题时,计算速度明显变慢,为此,基于JASMIN框架研究了抛物方程有限差分解法的并行方法,通过将同一步进面划分成多个网格片,并分配到不同的处理器进行运算,实现了抛物方程有限差分解法的并行计算。与解析解的对比验证了并行程序的正确性,同时通过实例分析了并行程序的高效性,算例表明,抛物方程有限差分解法的求解效率得到了有效的提高。最后,模拟和分析了某一电信基站天线在包含9栋规则建筑物的城市小区环境中的电磁特性,结果表明,该方法能够得到基站在空间各处的信号覆盖强弱,可以为基站选址提供参考。     

复杂地理环境的图像分割及电波传播特性

复杂地理环境是电波传播不可避免的传播环境,不仅不规则地形会对电波传播产生影响,不同的地表媒质对电波传播也会产生不同的影响。为了使得电波传播特性的预测结果更加地准确有效,通过图像分割算法实现地表环境的简单分类,同时对不同的媒质赋予不同的电磁参数,并结合数字高程模型(DEM)数据,实现了既具有地形起伏信息又具有地表电磁环境参数的复杂地理环境建模。在此基础上,对地表电磁环境信息做了网格剖分处理,利用抛物方程(PE)模型对复杂地理环境下的电波传播特性进行了预测。     

有限时间尺度内分子指向相关的不对称扩散研究

传统的经典扩散理论常常将分子和物体假设为球形,这些分子和物体的扩散是无偏移各向同性的。然而,当我们在纳米尺度去看分子和物体时,这些分子和物体呈现出各种不对称的结构。进一步,当我们观察的时间有限到小于几十纳秒时,我们会看到这些分子和物体的自由扩散表现出与它们的初始方位相关的特性。对于像甲醇分子这样的小分子,在约100 ps的有限时间内,常温下,不对称扩散能占到总扩散的10%左右。这样的不对称扩散丰富了分子的扩散理论,对生命和其他自然界现象的理解具有重要的意义,同时也可能提供一种通过控制分子的方向来驱动分子的方法。     

β-硝基丙烯酸酯与芳胺化合物的Michael加成反应研究

以β-硝基丙烯酸酯为底物,在无催化剂的条件下与芳胺化合物通过Michael加成反应,高选择性地合成了19个β-硝基-α-氨基丙酸酯类化合物(3a~3s, 3i~3s为新化合物,其结构经¹H NMR, ¹³C NMR和HR-MS（ESI）表征。并以手性BINOL磷酸为催化剂,初步探索了该反应的不对称催化,以85%收率和36%ee合成了产物3g。     

基于数字地图的二维电波传播问题仿真

为快速预测二维地理环境下的电磁环境特性,应用二维抛物方程模型对电磁环境进行仿真。为了得到真实有效的地形数据,研究了从GeoTiff中抽取网格点上地理信息的方法,并利用双线性插值法计算了任意位置处的高程值。同时研究了地球表面两点之间计算距离的方法,将该方法的计算结果与GIS软件结果进行对比,验证了该方法的可靠性。在标准大气环境下,利用二维抛物方程模型仿真分析了不同距离处不同高度的电波传播传播因子的变化情况,为预测真实地理环境中的电波传播特性提供了一种有效的方法。     

森林环境电波传播抛物方程模型的改进研究

将森林看成空气和植物组成的混合物, 应用两相混合物折射模型求解了森林的等效介电常数, 通过与实验结果的对比, 验证了该模型的正确性. 将该森林介电常数求解方法引入到抛物方程的森林模型中, 改进了抛物方程的森林模型. 相对于传统的森林环境电波传播模型, 该模型能考虑森林各组成要素对电波传播的影响, 更适合于实际不同地区、不同种类植物分布的森林环境中电波传播特性的求解. 此外, 引入了非均匀网格技术, 有效提高了大区域森林环境中电波传播问题的求解效率.最后基于该模型仿真分析了森林的植物体积含量、重量含水量等要素对电波传播特性的影响. 关键词： 森林 抛物方程 非均匀网格 电波传播     

Hydrophobic nanochannel self-assembled by amphipathic Janus particles confined in aqueous nano-space

Hydrophobic nanochannel plays a significant role in many physical, biological, and geological phenomena and exhibits impressive applications due to both its ubiquitous distribution and great ability to transport hydrophobic molecules,including various oils and gases. Based on theoretical modeling, we herein reveal that the amphipathic Janus nanoparticles have a large probability to self-assemble into uninterrupted hydrophobic nanochannels inside the aqueous nano-space, although there are large portions of the Janus nanoparticles to be hydrophilic. The key to this observation is the attractions between the hydrophobic regimes on neighboring amphipathic Janus particles through hydrophobic interaction in aqueous nano-space. More surprisingly, the permeation efficiency of hydrophobic molecules through the uninterrupted hydrophobic channel in Janus particles aggregate is even higher than that in the aggregate of hydrophobic particles. We note that the proposed amphipathic Janus particles can be transported to the appropriate positions by the water since the hydrophilic regimes still remain a strong particle–water interaction. We also note that most natural subsurface rocks are not completely hydrophobic or hydrophilic but have complex surfaces with inhomogeneous wetting property. Our work therefore provides a detailed molecular level understanding of the formation of underground strata as well as the new insight for constructing the artificial hydrophobic channels for various applications, such as the design of proppants to enhance the recovery of the unconventional oil/gas.     

表面平整目标的电磁散射快速预估

针对表面基本由平面构成的散射体,在传统弹跳射线法的基础上,对射线跟踪以及射线求交测试方法进行改进,使得该方法对于分析隐身飞行器等有更好的应用。研究了单根射线与三角形的快速求交方法,同时与弹跳射线法相结合,使用三角形对目标进行两次表面拟合,分别得到用于求交测试的稀疏三角面元,以及用于射线追踪的起始三角面元,利用快速求交方法,完成射线追踪,进行物理光学积分,完成目标远场电磁散射的快速预估,将该方法的计算结果与文献结果进行对比,验证了该方法的可靠性,通过计算不同拟合面元密度下情况下的结果,验证了该算法的高效性。     

蒸发波导中的时间反演抛物方程定位法

蒸发波导是一种在海面上频繁出现的多径传播环境,会引起信号畸变,导致常规算法分辨率下降,使得雷达测向测距误差加大甚至无法工作.本文提出了一种基于方向图加载的时间反演抛物方程定位算法,能够有效地处理蒸发波导效应,自适应地补偿信号畸变,形成与传播环境相匹配的、经过时间反演的电波,从而稳健地实现对目标的聚焦定位.该算法能够巧妙地利用多径效应,增大天线阵列的有效口径,得到超分辨率的效果.另外,它还对阵元间距有着较高的宽容性,这样就可以采用稀布形式,从而提高算法的实用性,增加其适用范围.仿真结果表明,对于相同口径的阵列天线,该算法使方位分辨率较自由空间提高了2倍以上;在30λ的大阵元间距下,旁瓣电平在8.96 dB以下,有效地抑制了鬼像的产生.该算法具有较强的稳健性和较高的精度,在海面通信、搜救、预警等领域有着广阔的应用前景.     

抛物方程的多重非均匀网格模型及其应用

提出了抛物方程的多重非均匀网格模型,以准确求解三维空间存在多辐射源的电波传播问题。通过对不同辐射源建立不同的坐标系,并对其仿真空间采用不同的非均匀网格划分,构建了抛物方程的多重非均匀网格模型。在此基础上,实现了三维多辐射源问题的并行计算。实例仿真了空间存在四个辐射源的电波传播特性。结果表明,抛物方程的多重非均匀网格模型能够准确求解多源的空间电磁场分布特性,且在该算例中,并行技术使得抛物方程的计算速度提升了2.41倍,极大地提高了抛物方程对三维多源问题的求解效率。