二维随机介质中柱面波传播及其局域性的随机泛函分析

分析了二维各向同性均匀随机介质中柱面波的传播特性及局域化现象.用随机泛函理论,在频域内将随机介电起伏展开成柱坐标系下的Wiener积分式,将波场表示为内外行柱面波的线性和,求解二维Helmholtz波动方程,得到随机介电起伏对柱面波幅度与相位调制的解析表达.由柱面波能量的空间分布验证了波的局域化现象,并求解局域化长度.二维随机介质中平面波按柱面波展开的波转换方程与非随机介质中的情形有相似的表达,但具有随机介电起伏对幅度和相位的调制,并给出数值模拟结果.     

海面随机起伏对噪声场空间特性的影响规律

对于1 k Hz以上声波,海面起伏会对浅海声传播产生显著影响,现有的噪声预报模型在建模过程中基本没有考虑海面起伏的影响.针对这一问题,本文基于传输理论建立了随机起伏界面下噪声场垂直相关性和指向性模型,仿真分析了海面起伏对噪声强度、垂直相关性与指向性的影响.结果表明,对于表面噪声,海面随机起伏使声波能量从中间阶简正波向低阶和高阶简正波转移,而对噪声强度起主要贡献的一般是中间阶简正波,所以海面起伏使得噪声强度减弱;简正波之间能量的耦合导致垂直平面上不同掠射角方向上到达的声波响应发生变化,经由海面反射大掠射角到达的声波响应以及中小角度到达的声波响应变弱,而经由海底反射大掠射角到达的声波响应变强;海面随机起伏还会扰动各阶简正波相位,使不同阶简正波互相关性变弱,致使噪声场的空间相关性也变弱.     

二维各向同性均匀随机介质中平面波的传播及其局域性

讨论了二维各向同性均匀随机介质中平面波的传播及其局域性.假设二维随机介质具有各向同性窄带高斯谱,运用随机泛函理论给出了二维介质中随机平面驻波的解析近似解及其幅度和相位的定量统计特性.计算结果证实了波在随机介质中传播时的局域性.将二维介质中的平面波和柱面波的传播特性作了对比.数值结果模拟了二维随机介质场及平面驻波,并验证了本文结果的正确性. 关键词： 随机介质 随机泛函 平面波 局域性     

粗糙热传导表面下激光介质温度场的计算分析

提出了一种计算温度场的面热源自适应调整算法,该方法通过在研究对象的封闭边界上引入虚拟面热源来求解稳态热传导方程的边值问题。建立了导热联结的具有粗糙表面介质的接触模型,在此基础上建立了随机分布的表面散热边界条件,并用面热源自适应调整算法计算了激光介质的温度场。结果表明,由于实际激光介质散热表面不能完全紧密接触,其温度场呈现一定程度的随机起伏,越靠近边界,随机起伏越明显,介质中心区域随机起伏则不明显;有效热接触面积越小,这种随机起伏越强烈。计算表明热接触面积占50%时,比接触面积占75%时温度场的随机性更明显。     

粗糙界面板Lamb波的传播特征

弹性波在粗糙界面板中的传播问题对无损检测、地震波传播等问题有实际意义,但是多年来的研究限于相屏近似等方法。本文从严格的理论出发,把粗糙界面起伏看作空间位置变量的随机过程,在粗糙表面起伏很小的条件下,用多次散射相互独立假设得到了平均意义下的Rayleigh-Lamb频散方程。通过对方程进行求解,得到了Lamb波在粗糙界面板中传播时的衰减。结果表明Lamb波的衰减和界面的粗糙起伏方差近似成正比,和粗糙起伏相关长度关系不大。在理论分析的基础上,进行了实验验证。     

高极化纯度的超表面透镜设计与应用

针对超表面在透镜方面的应用,基于各向异性超表面单元设计了一款高极化纯度的聚焦超表面透镜,并探讨了其在高增益高极化纯度天线方面的应用.设计了一款具有极化滤波特性的各向异性超表面单元,单元对x极化波保持高透性的同时,对y极化波保持近乎为零的透射率.利用该型单元设计了焦距为30 mm、阵列大小为105 mm×105 mm、单元数为21×21的聚焦超表面透镜.根据光路可逆原理,焦点处发出的球面波被超表面透镜有效转化为平面波,从而达到提高天线增益的目标.实验中分别用不同极化形式的球面波照射聚焦超表面来研究超表面对不同极化波的控制特性.结果表明,x极化波照射时,超表面工作于透镜模式,球面波转化为平面波,天线增益大大提高;y极化波照射时,超表面类似于金属板,将入射波全部反射;x/y极化混合波照射时,天线增益大大提高,且极化隔离度高于25 dB,充分说明设计的聚焦超表面在提高x极化波增益的同时可高效滤除y极化波,达到了高增益高极化纯度的目标.     

固体板中SH型板波的“共振”二次谐波发生

从理论上研究了固体板内SH型板波的“共振”二次谐波发生。结果表明，当固体板内SH型板波的相速等于板材介质的纵波声速时，二阶驱动波表现出沿固体板界面方向积累的性质。根据二阶应力边界条件，确定出了固体板内的二阶积累波。尽管本文不能完全确定出板内的二阶平面波，但文中求得的固体板内伴随SH型板波传播所发生的二阶积累波，仍是具有实际意义的。     

粗糙表面激光散射特性的理论研究

用矢量微扰动方法分析激光束在粗糙表面上散射的分布特性。详细讨论高斯光束的角谱和适用于准直激光束散射问题的波前分割概念认为，当用入射总功率作归一化因子时，准直粗激光束散射可近似地作为平面波处理，而细激光束散射则与平面波存在很大的差异，利用所得结果讨论了一维粗糙表面的激光隐身作用及椭圆偏振光入射时镜反射方向和后向散射场的偏振态。最后介绍两种线偏振光在粗糙表面上散射分布的差异。实验验证了主要结论。     

圆极化波反射聚焦超表面

基于圆极化波入射条件下的高效同极化反射超表面实现了对圆极化反射波相位的自由调控, 设计了一维圆极化波反射聚焦超表面. 在中心频率f=16 GHz附近, 右旋圆极化平面波入射时, 反射波聚焦于焦距L=200 mm的实焦点; 左旋圆极化波入射时, 反射波近似聚焦于焦距L=-200 mm的虚焦点. 仿真计算得到聚焦波束的波束宽度、焦深. 结果表明, 这种圆极化反射聚焦超表面具有很好的聚焦效果, 同时具有长焦深和宽带特性.     

具有随机起伏表面的正声速梯度浅海中的简正波声场

本文考虑了随机起伏表面对正声速梯度浅海中简谐点源的声场的影响,获得了简正波的极点方程和振幅函数的近似表达式。结果指出,文献[1]中的结果为本文的极限结果。     

对“生物组织超声散射的一种改进模式”的质疑

波在随机介质中散射和传输的理论,近年来得到了广泛的研究和应用。随机介质一般可分为离散的散射粒子,连续的随机介质,以及随机粗糙面等。大量的自然物质,比如地表中的植被、冰雪,生物组织的血和肝脏,以及一些工程材料等,都可看作是连续的随机介质。其介电常数的起伏(如植被),密度起伏(如湍流),或弹性起伏(如生物组织)等,对波产生了散射。计算波的散射一般有辐射传输理论和波的解析理论。在波的解析理论中,有微扰迭代法,或玻恩近似法,以及计算散射强度的广义玻恩近似等。用以计算一阶,二阶,或更高阶的双向和后向散射系数。     

相干光在嵌有随机粉粒和麻坑的表面上的主反射场

运用“随机随机游动”模型导出了相干光波射在嵌有随机粉粒和麻坑的表面(表面本身也有随机起伏)上时,其主反射场的期望值的表达式,并以正态分布为例作了计算。 关键词：     

准单色波和准平面波

明确了准单色波和准平面波的概念，并给出它们的判据式，说明了把准单色波当作单色波处理和把准平面波当作平面波处理的条件。     

浅海运动噪声源的声场统计特性及其对噪声测距声呐信号处理的影响

本文研究了运动噪声源在分层统计不均匀的媒质中(并考虑随机起伏边界的影响)噪声场时空相关函数的性质。 理论与大量海上实验都证明了,传播的多径效应使相关函数拖散,媒质的折射率起伏与边界起伏引起相关函数的起伏。而噪声源的运动对实时相关器的输出的影响等效于低通滤波器并附加时空相关函数的漂移。相关函数的这些性质大大降低了噪声测距声呐系统的信号处理增益。 相关函数的起伏和畸变,使噪声测距难于实现。为此,本文提出了小间距大跨度的四点阵空间相关测距与二次相关信号处理技术,大大地克服了上述诸因素的影响。本文还对内波引起的长周期大时延起伏的二次相关函数的输出,提出了有限记忆类卡尔曼滤波处理方法,使噪声测距声呐最终实现有效的准确测距与跟踪。     

在兴奋-抑制混沌神经元网络中有序波的自发形成

大脑皮层在一定条件下可以自发出现螺旋波和平面波,为了了解这些有序波的产生机制,构造了一个双层的二维神经元网络.该网络由最近邻兴奋性耦合和长程抑制性耦合层组成,采用修改后的Hindmarsh-Rose神经元模型研究了该混沌神经元网络从具有随机相位分布的初态演化是否能自发出现各种有序波.数值模拟结果表明:当抑制性耦合强度比较小时,系统一般不会自发出现有序波;在兴奋性耦合强度足够大的情况下,抑制性耦合强度越大,系统越容易产生有序波.系统出现不同的有序波与系统初态和耦合强度有密切关系,适当选择兴奋性和抑制性耦合的耦合强度,系统会自发出现迷宫斑图、平面波、单螺旋波、多螺旋波、旋转方向相反的螺旋波对、双臂螺旋波、靶波、向内方形波等有序波斑图.螺旋波、迷宫斑图和内向方形波出现概率分别达到27.5%, 21.5%和10.0%,这里的迷宫斑图是由不同传播方向的许多平面波组成,其他有序波出现概率比较小.研究结果有助于理解发生在大脑皮层中的自组织现象.     

空间过滤简正波的模拟实验研究

在侧壁无消声的波浪槽(70×2×0.6m~3)内,利用9根有水平指向性的长圆管换能器作阵元,实现了前四号简正波的空间过滤,定性地研究了简正波过滤阵抑制近场点源干扰的理论概念,并对起伏波浪表面对各号简正波振幅起伏的影响作了初步观察。     

大气信道对星地链路激光通信的影响

星地链路激光通信系统的运行不可避免地要受到湍流大气等随机介质的影响,从而可导致卫星接收信息误码或通信中断。基于Born近似和弱起伏下的Rytov近似,分析推导了激光光束从发射机经湍流大气斜程到达接收机(或目标)时的光场变化。采用McGlamery算法,对Kolmogorov功率谱下的大气湍流随机相位屏进行了数值模拟,进而在模拟的相位屏和惠更斯-菲涅尔原理基础上,将主要适用于模拟平面波相位波前的McGlamery算法推广应用到了高斯光束的光场模拟。研究表明:大气信道段对星地链路激光通信系统有着极为重要的影响,也间接说明了McGlamery算法对准直激光光束相位波前模拟的适用性。     

有限声束的二阶积累声场研究

将有限声束分解为一系列平面波,结合声非线性相互作用理论,对有限声束的二阶积累声场进行了分析和计算。结果表明,任意两个平面波相互作用不产生二阶积累波,伴随有限声束传播所发生的二阶积累波仅是各个平面波非线性自作用的结果。此外,本文还得到了具有直观物理意义的有限声束二阶积累声场的表达式。     

非线性不可压缩霍尔磁流体方程组的精确解

得到了不可压缩理想霍尔磁流体方程组的平面波精确解,这些平面波是斜传播的左旋圆极化波或右旋圆极化波,并且涨落速度和涨落磁场通过波数联系起来。讨论了这些平面波解的叠加性质。当波的传播方向平行时,任意两支圆极化平面波都可以叠加;而当波的传播方向不平行时,只有极化方向相同,波数相同,且各自的旋度与自身都是同方向(或都是反方向)的两支圆极化平面波才可以叠加。     

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得到了不可压缩理想霍尔磁流体方程组的平面波精确解,这些平面波是斜传播的左旋圆极化波或右旋圆极化波,并且涨落速度和涨落磁场通过波数联系起来。讨论了这些平面波解的叠加性质。当波的传播方向平行时,任意两支圆极化平面波都可以叠加;而当波的传播方向不平行时,只有极化方向相同,波数相同,且各自的旋度与自身都是同方向(或都是反方向)的两支圆极化平面波才可以叠加。