一维周期结构散射近-远场外推的两种方法

 首先讨论了自由空间中一维周期结构近-远场外推的Floquet模方法,即对FDTD计算所得散射近场中输出边界上散射场进行级数展开,求出各阶Floquet模的复数幅值,再求得远区场。接着介绍了求解一维周期结构远区散射场的周期Green函数方法,即根据FDTD计算所得散射近场中输出边界上散射场,求得等效面电磁流后,再借助周期Green函数进行外推得到远区场。两种方法均仅用一个周期单元内的散射近场进行外推。计算结果验证了上述两种方法外推的有效性。     

收发分置目标强度的计算及前向散射信号的分离

研究时域有限差分(FDTD)法计算收发分置弹性目标散射声场的有效性,和实验测量中从直达与散射干涉信号中分离目标前向散射信号的方法。将FDTD法应用于三维声场计算,分别计算了平顶圆柱、球顶圆柱、球锥顶圆柱和扁长回转椭球等几种不同形状的弹性体散射近场空间分布,再用近远场变换方法获取远场目标强度空间分布。模拟结果表明:目标强度的空间指向性是受声波入射方向、无量纲波数kL(k-波数,L-目标特征尺度)、目标形状、材料等影响;在本文所计算的几种不同形状目标的尺度和kL取值范围内,计算得到的收发分置目标强度空间分布均有显著的前向散射与镜反射特征。计算结果得到解析解和实验结果的印证,从而表明了FDTD法计算收发分置目标散射场的有效性。对接收信号采用相关处理方法,能有效地分离出目标前向散射信号,表明对于收发分置目标散射声强的测量,这是一种简单有效的分离目标前向散射信号的方法。      

用近场声学测量信息可视化多个三维障碍物的一种快速算法

提出了用点声源散射场的近场信息来可视化多个三维障碍物的一种简单快速算法,它是通过利用一个线性方程组的解的三维等值线图来实现这种可视化的.这个算法的一个特别吸引人的性质是,它避开了迭代技术的应用,而且不需要关于障碍物的任何几何和物理的先验信息.此外,它只需要散射场在测量表面的某个有限范围中若干个观测点处的近场测量信息,就能得到障碍物的一个很理想的可视化.数值算例保证了这个可视化算法是有效和实用的 关键词： 声散射 反问题 物形反演     

辐射边界条件应用于流体中的声波散射

本文提出一种新的求解流体中声波散射的数值方法。本文应用辐射边界条件将无限空间的声波散射限制在有限区域内,采用有限差分技术数值求解Helmholtz方程、散射体表面边界条件以及辐射边界条件,从而获得声散射体的表面场及近场分布。本文给出的球体及长椭球体的数值计算结果表明,这种方法可获得与本征函数级数解相当吻合的结果,优于OSRC方法的结果,说明这种方法可能成为一种对现有解析或数值方法的有效替代方法。     

微带阵列天线的时域散射特性

本文用时域有限差分方法(FDTD)研究了微带阵列天线的时域散射场,分析了入射脉冲极化方向不同以及入射方向不同时的散射场的分布情况;讨论了时域散射场的时域波形以及频谱与微带阵列天线结构的关系;用散射场分离算法讨论了地板对于微带贴片阵列散射场的影响.研究发现,有限大地板的微带阵列天线的散射场主要是由地板的边沿电流产生的,同时微带贴片阵列的谐振频率与入射脉冲的极化方向有关,因此不同的极化方向对应于不同的散射频谱. 关键词： 时域散射 微带天线 FDTD     

基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究

常规的近场声全息均是采用全息面声压或质点振速作为输入量求解,由于采用单一输入量无法分离来自全息面背向声波的干扰,因此要求所有声源均位于全息面的同一侧,即测量声场为自由声场,这种要求大大限制了近场声全息的实际应用.基于声压-速度测量的近场声全息以全息面上声压和质点振速同时作为输入量,通过建立和求解两侧声源在全息面上的声压和质点振速耦合关系,可以实现全息面两侧声波的分离,从而解决上述问题.文中在前期对声场分离技术研究的基础上,基于欧拉公式和有限差分近似,推导了新的基于声压-速度测量的平面近场声全息理论公式.随后通过实验检验了该方法在有背景源干扰情况下实现声场分离和重建的有效性.     

金属目标对贝塞尔涡旋波束的近场电磁散射特性

相较于平面波,贝塞尔涡旋旋波束作为典型的涡旋旋波束,以其携带轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)、无衍射、自重建的特性,使其在雷达检测、目标识别与成像等领域具有更加显著的竞争力.本文根据物理光学法和三角形面片建模,并结合贝塞尔涡旋波束的角谱展开法,导出了贝塞尔涡旋波束入射到任意金属目标的散射近场表达式,通过与FEKO软件仿真结果对比验证了本文方法的正确性.数值计算了简单和组合目标的散射近场的幅相和OAM分布以及雷达散射截面(radar cross section,RCS),分析了波束参数、接收面的距离和目标偏移波束距离等因素的影响.结果表明贝塞尔涡旋波束照射下的目标的近场幅相和OAM扰动与多种因素相关,这为进一步利用近场散射特征获得更多的目标信息奠定了基础.     

采用球面波叠加法还原自由声场的方法

为解决非自由声场中近场声全息重建时,干扰声在目标声源表面产生的散射影响,提出一种基于球面波叠加法的自由场还原技术。该技术首先采用基于球面波叠加法的声场分离技术获得向内和向外传播的声场,然后以目标声源的表面导纳作为边界条件,实现目标声源辐射声和散射声的分离,从而获得等效于自由声场的测量条件。该技术为准确实现非自由声场中的噪声源识别创造了条件。文中首先详细描述了该技术的基本原理,并提出一种最优球面波展开项数选取方法,最后通过数值仿真说明了该技术的有效性。结果表明:在频率较低时,散射声影响较小,采用声场分离技术和自由场还原技术效果相当;但随着频率升高,散射声影响逐步增强,必须采用自由场还原技术才能准确获得目标声源辐射声。      

照明光可控收集式近场光学显微镜测量样品倾角和折射率

对于收集模式的近场光学显微镜,提出一种新的测量样品折射率和倾斜角的方法。这种方法中,使用一个反馈回路控制照射样品的光强,探针与样品保持等间距垂直振荡,照射样品的光有两束且位置对称。数字信号处理器控制照射光强改变、近场光强采样与探针振荡同步。在一个振荡周期获取一组近场光强极值,在另一个周期,改变每束光强度,隐失场分布发生改变,得到一组不同的近场光强极值,使用从多个振荡周期获取的不同近场光强极值,计算得到样品倾角,折射率。使用光栅和细胞膜对这种方法进行了测试,对光栅样品的扫描得到的形貌图显示这种方法横向分辨率优于400nm,对细胞膜样品的测试显示细胞膜的折射率在1.4左右,从而表明这种方法不但能有效测量样品折射率,而且提供了一种使用光学信息构建样品形貌的新途径。     

基于波叠加法的patch近场声全息及其实验研究

提出了基于波叠加法的patch近场声全息技术(PNAH).该方法首先通过线性叠加在振动体内部“虚置”的若干不同强度的简单源产生的波场来拟合实际声场，实现近场外推，然后采用计算简便的FFT方法进行全息重建.该方法解决了现有PNAH技术近场外推过程中存在的外推精度和计算效率问题，具有外推精度高、计算速度快、实现方法简单等特点，更适用于工程计算.为了验证本方法的正确性与有效性，将其用于单点激励固支板的全息实验中，取得了令人满意的结果.     

调制声源的近场声全息分析

为了解决传统近场声全息技术在重建调制声源声场时无法显示出调制成分的问题,先通过Hilbert变换对调制信号的声场进行解调处理,将调制信号和载波信号分离开来,然后再对调制成分进行普通的重建分析,由此提出了基于Hilbert变换的调制声源近场声全息分析方法.文中的数值仿真与试验研究均表明此方法可以有效地完成调制声源的重建分...     

垂直极化平行板有界波电磁脉冲模拟器辐射近场的快速估算方法

为快速估算出垂直极化平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器的时域近场,将散射传递函数法应用于该类型模拟器近场的时域计算中,即对于给定的脉冲源,先寻找有效频谱范围能覆盖该源的高斯脉冲源,并应用时域有限差分(FDTD)方法计算该高斯脉冲源激励时模拟器中测试点场的时域响应,再利用傅里叶变换、系统的传递函数及傅里叶逆变换计算得到给定脉冲源激励时各测试点场的瞬态响应。所得计算结果与直接使用给定脉冲源激励时FDTD方法的计算结果符合较好。所述方法可用于同一模拟器在不同脉冲源激励时辐射近场的快速估算,能大大减少FDTD模拟计算的次数,尤其对于中大型模拟器能有效减少计算时间和内存。     

非均匀流体介质内部散射声场重建的逐层计算方法*

入射声波激励下非均匀流体介质内部散射声场的重建方法对超声层析成像具有重要意义。以往采用矩量法求解,但该方法全域离散形成的复数满秩矩阵规模随着分辨率与计算精度的提高而急剧增大,对算力具有很高的要求,一定程度上限制了其在实际中的应用。为克服上述缺陷,本文以逐层离散、逐层计算为核心思想,以声散射基本公式与近场声全息理论为基础,推导出逐层计算非均匀流体介质内部散射声场的理论公式并给出对应的几何离散模型。为验证该方法的可行性,以矩量法为参照,对同样的介质模型进行介质内部声场重构仿真。结果表明,逐层算法不仅可以有效地重建非均匀流体介质内部散射声场,且大幅度减小了求解规模。     

声呐目标散射的源场关系和亮点模型

试图从线性循场关系出发，并把回波过程看成是线性时变散射过程，根据信道理论讨论高频近场目标声散射的亮点模型，指出目标可看成是由少数几个强相干亮点和许多弱小随机非相关散射的亮点之和的模型．还讨论了目标相对运动情况下的亮点回波结构变化特征，指出强亮点回波是移动亮点回波，不同亮点有不同的多普勒，而随机亮点回波呈现广义平稳特性．最后还初步讨论了不同亮点回波的可压缩性和可积累性．     

基于量子相干效应的无芯射频识别标签的空间散射场测量

基于原子蒸汽池中铯里德伯原子的电磁感应透明光谱在微波场作用下的Aulter-Towns效应,测量了无芯射频识别标签线形散射单元的近场散射微波电场二维空间分布,空间分辨率可达到亚微波波长.实现了射频电场极化方向与线形散射体标签夹角的有效分辨.电磁仿真软件的仿真结果与实验测量符合得很好.本研究提供了一种测量微波电场近场测量的新方法,对无芯射频识别标签的散射单元设计和标定以及电子电路的电磁辐射测量具有重要的意义.     

基于模式分离的兰姆波逆时偏移成像

应用频率域逆时偏移方法实现各向同性和各向异性板中缺陷的兰姆波成像.由于缺陷引起的多模态散射信号会在重建图像中形成伪像,根据基本导波模式振动对称性的差别进行了模式分离预处理.基于多元阵列超声技术,开展了铝板和复合板内缺陷频率域逆时偏移超声成像方法的数值仿真研究.首先,建立有限元模型,采用环形传感器数值采集由缺陷引起的兰姆波散射信号,然后,将采集到的多模式散射信号进行模式分离处理,再将模式分离后的兰姆波散射信号经时间反转后并在相应的接收器处重新激励,在频域中运用格林函数反向传播兰姆波散射信号,获取监测区域的声场信息,与正向传播声场进行互相关,重建缺陷图像.首先对铝板中单缺陷以及复合材料板中相邻的两个相同缺陷进行数值仿真,对比有无模式分离处理的缺陷逆时偏移成像效果,体现出模式分离的重要性.在此基础上,采用逆时偏移方法对复合板材内位置邻近、深度不同的双缺陷进行识别.数值结果表明,模式分离预处理后的缺陷重建图像能够有效去除多模式干扰产生的伪像.文中提出的成像方法对各向同性板和各向异性板内缺陷的检测和成像具有很好的发展潜力,可以准确地探测多个缺陷的形状、尺寸和深度.     

重建彩色数字全息图时不同色光物光场的准确重叠研究

将数字全息检测物体表面视为散射面,球面波为参考波,使用角谱重建算法对不同波长照明情况下物平面光波场重建位置进行研究.结果表明,不考虑图像的物理意义时,衍射的一次傅里叶变换重建像中心与物光场频谱的中心相对应,以一次傅里叶变换重建像为参考,可以较好地确定物光场频谱位置,按照可变放大率的角谱重建算法实现不同色光重建场的准确重叠.     

重建彩色数字全息图时不同色光物光场的准确重叠研究

将数字全息检测物体表面视为散射面,球面波为参考波,使用角谱重建算法对不同波长照明情况下物平面光波场重建位置进行研究.结果表明,不考虑图像的物理意义时,衍射的一次傅里叶变换重建像中心与物光场频谱的中心相对应,以一次傅里叶变换重建像为参考,可以较好地确定物光场频谱位置,按照可变放大率的角谱重建算法实现不同色光重建场的准确重叠.     

米氏散射激光雷达近场距离校正函数曲线拟合法修正

报道了一种修正米氏散射激光雷达近场回波信号的新方法,首先对近场区实测回波信号距离校正函数进行二次曲线拟合,获得拟合曲线与实测曲线的差分信号;然后对远场距离校正函数作直线拟合,在大气近似均匀假定下,获得近场回波信号距离校正函数直线斜率;最后将近场差分信号叠加在该直线上,获得修正后的近场回波信号距离校正函数曲线。用此方法对米氏散射激光雷达近场回波信号的实际计算证明,该方法可获得与实际更为接近的反演结果。     

微纳粒子光学散射分析

为实现利用光学方式对微纳尺度粒子性质的研究,探讨了亚微米线及亚微米球对光电磁波的散射效应.微纳米尺度粒子的光学散射,散射粒子尺寸与入射光波长尺寸可满足米氏(Mie)散射条件.利用Matlab数值模拟的方式,将分析结果以模拟图的形式清晰地展现出来.满足尺寸条件的层状粒子以及任意多个散射粒子存在时对电磁波的散射都可采用Mie散射分析方法,并且针对多粒子散射,分析了散射体位于不同位置时对散射造成的影响.通过分析光学散射光场相关的微分散射截面及近场散射电磁场分布,可得出散射光场随散射角度的变化趋势,以及散射光场受各类因素的影响,包括入射光偏振态、散射粒子尺寸、散射粒子结构及粒子构成层数、散射粒子数量等的影响,也包括一些隐含因素对散射光场的影响,如散射粒子与周围介质的相对折射率.本文的科学意义体现在:与入射光波长尺寸可比的亚微米尺度的粒子,可用作传感器,对于其位移的探测可通过光学方式来实现,而由于粒子本身特性对散射光的影响具有一定的参考价值,从而使通过光学方式对机械位移的读出具有更高准确度.研究结果对于光学方式探测亚微米线机械振动具有指导意义.