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Finite difference time domain method forward simulation of complex geoelectricity ground penetrating radar model 被引量:5
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作者 戴前伟 冯德山 何继善 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2005年第4期478-482,共5页
The ground penetrating radar(GPR) forward simulation all aims at the singular and regular models, such as sandwich model, round cavity, square cavity, and so on, which are comparably simple. But as to the forward of c... The ground penetrating radar(GPR) forward simulation all aims at the singular and regular models, such as sandwich model, round cavity, square cavity, and so on, which are comparably simple. But as to the forward of curl interface underground or “v” figure complex model, it is difficult to realize. So it is important to forward the complex geoelectricity model. This paper takes two Maxwell’s vorticity equations as departure point, makes use of the principles of Yee’s space grid model theory and the basic principle finite difference time domain method, and deduces a GPR forward system of equation of two dimensional spaces. The Mur super absorbed boundary condition is adopted to solve the super strong reflection on the interceptive boundary when there is the forward simulation. And a self-made program is used to process forward simulation to two typical geoelectricity model. 展开更多
关键词 ground penetrating radar finite difference time domain method forward simulation ideal frequency dispersion relationship
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金刚石纳米柱增强色心荧光收集效率研究
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作者 谭心 贺占清 +4 位作者 杨桥 王健 苍磊 杜岩龙 祁晖 《量子电子学报》 北大核心 2025年第2期255-264,共10页
金刚石纳米柱可以提高色心的光子发射效率,并对发射的光子有聚集作用。本文采用时域有限差分方法,分析了金刚石纳米柱直径、高度及色心位置等结构变化对纳米柱中色心Purcell因子、光子透射率和光子提取效率等参数的影响,探究了纳米柱结... 金刚石纳米柱可以提高色心的光子发射效率,并对发射的光子有聚集作用。本文采用时域有限差分方法,分析了金刚石纳米柱直径、高度及色心位置等结构变化对纳米柱中色心Purcell因子、光子透射率和光子提取效率等参数的影响,探究了纳米柱结构增强色心发光的机理,并以色心总荧光收集量为目标,寻找最优纳米柱结构参数。研究结果表明,最优结构下色心总荧光收集量是块体金刚石的17倍,并可以用数值孔径NA=0.95的显微镜有效收集,其中纳米柱直径的尺寸误差对总荧光收集量的影响最大,但在±20 nm范围内也可达到13倍以上。本研究为金刚石色心发光增强结构的设计和制备提供了参考。 展开更多
关键词 量子光学 荧光增强 时域有限差分方法 纳米柱 金刚石
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一种适用于嵌入式导电薄层的高阶电磁波混合时域有限差分-时程精细积分法
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作者 马亮 马西奎 +2 位作者 迟明珺 向汝 朱晓杰 《电工技术学报》 北大核心 2025年第5期1333-1343,共11页
应用单一时域数值方法,在面对嵌入式导电薄层一类多尺度问题时,都面临着建模极为困难的挑战。该文提出了一种基于时域有限差分(FDTD)法和高阶时程精细积分(PITD)法的电磁波混合数值方法。该方法对导电薄层外部进行粗网格剖分并应用FDTD... 应用单一时域数值方法,在面对嵌入式导电薄层一类多尺度问题时,都面临着建模极为困难的挑战。该文提出了一种基于时域有限差分(FDTD)法和高阶时程精细积分(PITD)法的电磁波混合数值方法。该方法对导电薄层外部进行粗网格剖分并应用FDTD法,而对薄层内部进行一维细网格剖分并应用四阶PITD法,以实现不同网格尺度的同步时间推进。为了实现粗细网格之间的信息交换,在PITD域中引入过渡区域并应用二阶PITD法,通过等效本构参数来更新交界面处的切向电场。分析了该混合算法的数值稳定性和数值反射,并通过典型数值算例验证了所提方法的有效性和准确性。 展开更多
关键词 时域有限差分法 四阶时程精细积分法 亚网格技术 矩阵指数
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拖曳细天线甚低频空间场的快速计算算法
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作者 毛云志 郭占曹 +2 位作者 郑奎松 张世田 杨铭月 《电波科学学报》 北大核心 2025年第3期473-482,共10页
为解决传统时域有限差分方法计算三维弯曲拖曳细天线辐射场时精细网格离散计算空间造成消耗内存大和计算时间超长的难题,本文利用时域电流-电荷连续性控制方程和电偶极子近似模型快速计算三维弯曲细天线的甚低频辐射场。首先,通过仿真... 为解决传统时域有限差分方法计算三维弯曲拖曳细天线辐射场时精细网格离散计算空间造成消耗内存大和计算时间超长的难题,本文利用时域电流-电荷连续性控制方程和电偶极子近似模型快速计算三维弯曲细天线的甚低频辐射场。首先,通过仿真计算得到三维弯曲细天线上的电流分布和输入阻抗的频谱特性;然后,结合细天线上电流的分布特征将弯曲细天线分成若干物理单元,并考虑甚低频波段波长的特点将每一个物理单元近似为电偶极子辐射源;最后,利用矢量叠加原理得到沿弯曲细天线分布的若干电偶极子源在自由空间、半空间单层地面与双层地面、受限空间内的辐射场。利用该方法计算了物理长度为6 km工作频率为25 kHz的弯曲拖曳细天线的甚低频电流分布及在空气中的辐射场。 展开更多
关键词 拖曳细天线 时域有限差分 电偶极子近似 甚低频 辐射场
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水闸水下结构病害探地雷达波场特征及瞬时属性分析
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作者 谭彩 徐云乾 +2 位作者 袁明道 刘金涛 潘展钊 《水电能源科学》 北大核心 2025年第6期153-157,202,共6页
为提高水闸水下结构病害探地雷达数据解释的准确性,建立了包括闸室底板裂缝、空洞及消能防冲设施淤积、冲蚀等病害模型,基于时域有限差分方法进行正演模拟,利用希尔伯特变换对正演模拟结果进行瞬时属性分析,并通过工程实例测试进行现场... 为提高水闸水下结构病害探地雷达数据解释的准确性,建立了包括闸室底板裂缝、空洞及消能防冲设施淤积、冲蚀等病害模型,基于时域有限差分方法进行正演模拟,利用希尔伯特变换对正演模拟结果进行瞬时属性分析,并通过工程实例测试进行现场验证。研究结果表明,消能防冲设施淤积、冲蚀等病害雷达波外部边界与实际冲蚀或淤积边界相似;闸板底部空洞导致振幅显著增强,尤其是空洞区域顶部,电磁波在空洞内部震荡形成多次波,且当空洞填充介质为水时,顶-底反射波发生明显分离;结构裂缝表现为同相轴中断和强烈的反射波形,但多条裂缝之间会互相干扰导致难以判断裂缝走向;探地雷达的瞬时属性能够揭示更精细的结构变化和特征,时域波场特征和瞬时属性特征相结合可以提高对复杂病害情况的识别和解释能力,实例证明水闸病害位置和类型与推测结果基本一致,进一步证明了波场特征与瞬时属性分析对提高水闸水下结构病害探地雷达数据解释的有效性。 展开更多
关键词 探地雷达 水闸病害 时域有限差分方法 瞬时属性
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中红外外腔可调谐窄线宽量子级联激光器设计
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作者 贾涵 袁配 +6 位作者 张东亮 张诗雅 崔锦涛 杜舒豪 刘铭 成步文 郑军 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第3期192-202,共11页
可调谐量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)在自由空间光通信、光谱检测等领域具有重要的应用前景。然而针对分布式反馈QCL存在的掩埋光栅二次外延工艺繁琐、表面光栅耦合效果不佳,以及光栅耦合不利于器件集成化、微型化等问题,... 可调谐量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)在自由空间光通信、光谱检测等领域具有重要的应用前景。然而针对分布式反馈QCL存在的掩埋光栅二次外延工艺繁琐、表面光栅耦合效果不佳,以及光栅耦合不利于器件集成化、微型化等问题,提出利用硅基锗集成波导与F-P腔QCL混合集成来实现波长可调谐和窄线宽输出的方案,对中心波长4.6μm的可调谐QCL的硅基集成外腔部分进行了设计优化。通过时域有限差分法仿真,系统地分析了微环谐振器半径、耦合长度和耦合间隔等结构参数对中心波长偏移和透射率的影响。研究表明,微环谐振器耦合间隔的减小会显著影响输出光谱透射率和耦合系数,而耦合长度的增加则会影响输出光谱透射率并使中心波长向长波方向移动。此外,分析了Sagnac环形反射镜的耦合间隔对耦合系数和反射率的影响,结果表明耦合间隔的减小会导致反射率的增加。最后通过改变波导材料有效折射率,仿真模拟了调谐性能。最终确定当自由光谱范围为20 nm、线宽为0.18 nm时的微环谐振器的半径为41.5μm,耦合长度为4μm,耦合间隔为0.15μm;反射率为0.7时的反射镜的耦合长度为60μm,耦合间隔为0.345μm,相关参数和研究结论为实际器件制备提供了理论依据。 展开更多
关键词 量子级联激光器 可调谐 时域有限差分法仿真 微环谐振器 Sagnac环形反射镜
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基于近远场结合的微结构调制像差仿真
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作者 鲍帅 高志山 +5 位作者 霍霄 刘秋言 乔文佑 杨文卓 袁群 郭珍艳 《光学精密工程》 北大核心 2025年第5期716-727,共12页
基于光学成像原理的低相干显微干涉能够有效重建微结构表面的三维形貌,然而在测量高深宽比结构底部形貌的过程中探测光会受到结构调制产生波前畸变,导致测量失败。通过仿真计算能够得到微结构的像差调制规律,为其像差校正和补偿提供先... 基于光学成像原理的低相干显微干涉能够有效重建微结构表面的三维形貌,然而在测量高深宽比结构底部形貌的过程中探测光会受到结构调制产生波前畸变,导致测量失败。通过仿真计算能够得到微结构的像差调制规律,为其像差校正和补偿提供先验值。基于矢量衍射的电磁仿真方法能够准确地描述高深宽比微结构带来的复杂非线性调制,但此类方法数据量大、计算效率低,难以建立有效的三维仿真模型。针对该问题,提出一种近远场结合的像差仿真方法,以提高仿真的计算效率。采用基于全波模拟的时域有限差分法计算三维仿真中高深宽比微结构对探测光场的调制过程,得到经微结构调制后的探测光的近场分布,再通过带限缩放角谱法将探测光的近场分布传递至远场,实现调制像差的计算。通过实验装置测量了不同样品的调制像差验证了本文方法的准确性,同时仿真结果表明,在同等仿真精度下本文所提方法使计算速度提高了1倍以上。 展开更多
关键词 低相干显微干涉 样品调制像差 时域有限差分 带限缩放角谱 高深宽比微结构
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标量波方程时间高阶广义有限差分法及稳定性条件
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作者 袁野 黄健良 +2 位作者 陶维祥 柳万春 吴国忱 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第21期8796-8804,共9页
广义有限差分地震波场数值模拟方法能够适应起伏的地层界面,消除起伏界面造成的阶梯状散射现象,提高正演模拟的准确性。而使用时间二阶广义有限差分法求解波动方程时,由于时间差分精度低,时间采样间隔较大时往往会产生时间频散,影响正... 广义有限差分地震波场数值模拟方法能够适应起伏的地层界面,消除起伏界面造成的阶梯状散射现象,提高正演模拟的准确性。而使用时间二阶广义有限差分法求解波动方程时,由于时间差分精度低,时间采样间隔较大时往往会产生时间频散,影响正演模拟的精度。研究了标量波方程时间四阶广义有限差分正演模拟算法及其稳定性条件和频散特性,通过将时间四阶偏导数转嫁到空间偏导数项上实现时间四阶精度差分,时间频散得到有效的压制。此外相对于时间二阶广义有限差分法,时间四阶广义有限差分可以适应较大的时间采样间隔,一定程度上减少计算量。实验结果表明,所提出的算法能有效压制阶梯状散射和时间频散,具有更高的计算精度,将其应用于逆时偏移,可以获得高质量的成像剖面。 展开更多
关键词 广义有限差分 阶梯状散射 高阶差分格式 时间频散 稳定性条件
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铝片颗粒填充涂层的碳纤维复合材料红外辐射特性
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作者 高静怡 董健 《材料科学与工程学报》 北大核心 2025年第2期235-244,共10页
本研究利用时域有限差分法(FDTD),通过严格求解电磁场研究了铝片颗粒填充涂层的碳纤维复合材料红外辐射特性。考虑了铝片颗粒体积分数、粒径大小、涂层厚度以及粘结剂复折射率虚部等重要因素对复合材料红外辐射特性的影响规律。研究发现... 本研究利用时域有限差分法(FDTD),通过严格求解电磁场研究了铝片颗粒填充涂层的碳纤维复合材料红外辐射特性。考虑了铝片颗粒体积分数、粒径大小、涂层厚度以及粘结剂复折射率虚部等重要因素对复合材料红外辐射特性的影响规律。研究发现:随着铝片颗粒体积分数增大,复合材料发射率降低,与无隐身涂层的材料相比3~5μm和8~14μm两个大气窗口范围内平均发射率均有很明显的下降;在相同体积分数下,随着粒径的增大,发射率会呈现先减小后增大的趋势;涂层厚度对材料发射率的影响相对较小。此外,研究发现粘结剂的折射率虚部对涂层的红外发射率影响很大。粘结剂虚部增大会显著增大材料的发射率。研究结果表明,粘结剂的复折射率虚部是红外隐身设计中不可忽视的因素,设计中应尽可能选择大气窗口波段吸收小的粘结剂;同时增加涂层中颗粒体积分数是实现发射率降低的有效措施。 展开更多
关键词 红外隐身涂层 发射率 碳纤维复合材料 时域有限差分法
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基于雷米兹交换法的时空域差分系数优化方法
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作者 娄璐烽 黄建平 彭炜颋 《地球物理学报》 北大核心 2025年第4期1487-1510,共24页
在有限差分正演模拟过程中,优化有限差分系数是压制数值频散的有效策略之一.在空间域内优化的差分系数空间频散小,但是无法处理时间频散问题,而在时空域中用泰勒展开法求取的差分系数时间频散小,但是空间频散严重.针对两种频散难以同时... 在有限差分正演模拟过程中,优化有限差分系数是压制数值频散的有效策略之一.在空间域内优化的差分系数空间频散小,但是无法处理时间频散问题,而在时空域中用泰勒展开法求取的差分系数时间频散小,但是空间频散严重.针对两种频散难以同时压制的现象,以时空域频散关系的相对误差为目标函数,构建了无穷范数形式的优化问题,采用改进的雷米兹交换法求解以提高复杂函数的计算效率,达到在时空域内优化差分系数的目的.通过频散曲线分析、稳定性分析、地震波场模拟对比发现:(1)相较在空间域求取的差分系数,新方法求取的优化差分系数时间频散误差小,在大CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)数正演模拟时压制时间频散效果明显,相较用时空域泰勒展开法求取的差分系数,新方法求取的优化差分系数有效频带宽度更大,空间频散误差更小;(2)新方法的有限差分格式稳定性高于空间域差分系数求取方法,能在大CFL数正演模拟下保持波场稳定传播;(3)均匀模型正演模拟验证了新方法能在明显压制时间频散的同时降低空间频散,层状模型测试了新方法在高速地层中的频散压制效果,新方法能在高速模型中获得高精度波场,Marmousi模型证明新方法适用于复杂模型. 展开更多
关键词 正演模拟 数值频散 差分系数优化 时空域 雷米兹交换法
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基于MW-FDTD与树木精细模型的树林电波传播研究
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作者 刘健明 陈鹏 +2 位作者 杨永钦 苏婷 迟阔 《电波科学学报》 北大核心 2025年第3期559-566,共8页
随着城市低空经济的提出和发展,对城市无线通信信道精细化建模仿真提出了更高的要求。特别是在无人机等应用场景中,城市树林环境对电波传播的影响不可忽略。本文首先提出了树木精细建模方法,相较于传统的树木近似建模方法,所提方法能够... 随着城市低空经济的提出和发展,对城市无线通信信道精细化建模仿真提出了更高的要求。特别是在无人机等应用场景中,城市树林环境对电波传播的影响不可忽略。本文首先提出了树木精细建模方法,相较于传统的树木近似建模方法,所提方法能够更精确地描述树木特征;其次,引入向量化滑动窗时域有限差分(moving window finite-difference time-domain,MW-FDTD)方法,提高了树林电波传播问题的计算效率;最后,针对两类典型城市植被环境,进行了树林电波传播测量,并将测量数据与数值仿真结果进行了对比。数据对比结果表明,与传统MW-FDTD相比,向量化MW-FDTD具有更高的计算效率;与树木近似模型相比,树木精细模型的仿真结果与实测数据的均方根误差更小。 展开更多
关键词 传播模型 时域有限差分(FDTD)法 滑动窗 树木模型 电波传播特性
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硅反射靶增强的飞秒激光融石英微半球谐振子释放技术
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作者 庄须叶 乔琦 +3 位作者 高忠峰 韩诗林 胡友旺 李平华 《光学精密工程》 北大核心 2025年第6期905-915,共11页
融石英微半球谐振陀螺具有结构简单、抗干扰能力强、精度高等优势,是最具发展潜力的微型振动式陀螺之一。融石英微半球谐振子是微半球陀螺的核心部件,其制备过程需要利用激光释放,而释放界面的表面质量是微半球谐振子性能优良的重要影... 融石英微半球谐振陀螺具有结构简单、抗干扰能力强、精度高等优势,是最具发展潜力的微型振动式陀螺之一。融石英微半球谐振子是微半球陀螺的核心部件,其制备过程需要利用激光释放,而释放界面的表面质量是微半球谐振子性能优良的重要影响因素。开发一种快速、高表面质量的释放方法是高性能石英微半球谐振子制备的必要工艺技术。通过在融石英下方放置硅反射靶材并将激光聚焦在融石英谐振子下表面,增强飞秒激光在切割融石英材料内的光场强度,提高融石英微半球谐振子的释放速度和表面质量。通过建立融石英材料内激光强度的简化数学模型和FDTD仿真,分析了飞秒激光加工过程中激光能量场分布,确定了最优的加工工艺参数。实验结果表明,在单脉冲能量为2.2μJ,释放速度为0.2~0.5 mm/s时,释放300μm厚的石英片,可获得释放宽度在34.31~35.16μm之间,释放表面粗糙度小于400 nm的释放效果,释放宽度较聚焦上表面提高了约236%。有效提高了微半球谐振子的释放质量,为制备高质量的融石英谐振子提供了技术支撑。 展开更多
关键词 飞秒激光释放 融石英 反射靶材 FDTD仿真
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二信道光子晶体滤波系统
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作者 刘杰 卢辉东 +5 位作者 赵俊 董杰 胡延梅 温建蓉 邢琪 李鹏辉 《光学精密工程》 北大核心 2025年第8期1190-1201,共12页
根据耦合模理论和线缺陷波导、点缺陷谐振腔的控光特性,在二维四方晶格光子晶体中设计了一种由主波导、两个下载波导、两个谐振腔和两个反射腔组成的二信道滤波系统。基于平面波展开法计算了完整光子晶体、线缺陷波导的能带结构,分析了... 根据耦合模理论和线缺陷波导、点缺陷谐振腔的控光特性,在二维四方晶格光子晶体中设计了一种由主波导、两个下载波导、两个谐振腔和两个反射腔组成的二信道滤波系统。基于平面波展开法计算了完整光子晶体、线缺陷波导的能带结构,分析了点缺陷谐振腔的模态分布。基于时域有限差分法研究了滤波系统的传输特性,分析了反射壁、反射腔到谐振腔所在参考平面的距离取值呈线性变化时对系统下载效率的影响,并给出透射率峰值随它们的变化规律。根据计算结果指导滤波系统的仿真设计,模拟结果表明:该滤波系统能够把波长为λ_(1)=1 561.2 nm,λ_(2)=1 570.5 nm的光信号较为精准地耦合到各自下载波导中,对应的透射率分别为98.9%,97.2%,半峰全宽分别为3.3 nm,3.5 nm,品质因子分别为473,449,波长间隔为Δ_(λ)=9.3 nm。该滤波系统的尺寸为20.88μm×22.04μm,设计结构简单,工作波长容易调节,有利于大规模集成,可以为光通信领域光路集成设计提供一定的理论基础和思路。 展开更多
关键词 耦合模理论 波导 点缺陷谐振腔 平面波展开法 时域有限差分法 滤波器
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基于高阶固定时间观测器的高超变体飞行器预设性能控制
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作者 李毅恒 夏群利 王明凯 《系统工程与电子技术》 北大核心 2025年第5期1627-1637,共11页
针对高超声速变体飞行器模型不确定性、外部时变扰动、控制输入饱和、系统状态约束等问题,设计一种基于高阶固定时间扰动观测器的预设性能控制方法。首先,建立高超声速变体飞行器动力学模型,考虑控制量饱和问题设计抗饱和辅助函数。其次... 针对高超声速变体飞行器模型不确定性、外部时变扰动、控制输入饱和、系统状态约束等问题,设计一种基于高阶固定时间扰动观测器的预设性能控制方法。首先,建立高超声速变体飞行器动力学模型,考虑控制量饱和问题设计抗饱和辅助函数。其次,通过对观测器扰动估计项的微分扩展设计高阶固定时间扰动观测器以提高对综合扰动量的估计精度。考虑系统状态约束设计预设有限时间函数对系统跟踪误差进行约束。基于障碍李雅普诺夫函数和预设有限时间收敛理论,通过反步法设计控制器使得输出状态的跟踪误差在预设时间内收敛到原点邻域。同时,为避免对虚拟控制律连续微分导致“计算爆炸”问题,将内环时变扰动与虚拟控制律的微分视为内环综合扰动,以高阶固定时间扰动观测器的扰动估计输出作为控制律的补偿项。通过李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环控制系统的收敛性与稳定性。最后,通过对比仿真实验证明所提方法具有收敛速度快、跟踪精度高、鲁棒性强等特点。 展开更多
关键词 高超声速变体飞行器 高阶固定时间扰动观测器 预设有限时间函数 预设性能 抗饱和辅助函数
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共形单场弱条件稳定时域有限差分法及其应用
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作者 梁伟博 郑宏兴 《电波科学学报》 北大核心 2025年第3期415-426,438,共13页
针对仿真目标含有任意倾斜放置的二维金属贴片情况,为了实现更加高效、精确的计算,提出了一种共形单场弱条件稳定时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法。从FDTD方法基本迭代方程出发,推导了单场弱条件稳定FDTD方法中引... 针对仿真目标含有任意倾斜放置的二维金属贴片情况,为了实现更加高效、精确的计算,提出了一种共形单场弱条件稳定时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法。从FDTD方法基本迭代方程出发,推导了单场弱条件稳定FDTD方法中引入共形技术的迭代公式且加以编程实现,验证了所提出方法的精度和稳定性,并将其应用于双频矩形介质谐振器天线和小型化超宽带双平面类八木多输入多输出天线的仿真。仿真结果表明:稳定性条件和内存占用量不受影响,5~15 GHz频段内的相对误差低于-50 dB;多线程计算效率最高是传统显式共形FDTD方法的19倍,相比共形一步蛙跃方法提高了19.57%。本方法在传统方法的基础上明显提高了多线程计算效率,同时计算精度和稳定性满足实际工程仿真需求,作为一种弱条件稳定方法,适合仿真两个维度具有微细结构的对象。 展开更多
关键词 时域有限差(FDTD)分法 单场方法 弱条件稳定 共形技术 介质谐振器天线
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HBT分子双波长反常荧光现象的数值模拟
16
作者 杨建 牛明博 +1 位作者 董扬 李国兴 《吉林大学学报(理学版)》 北大核心 2025年第4期1205-1211,共7页
针对有机分子2-(2′-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)在特定极性溶液中的双波长荧光现象,建立扩展的HBT分子能级系统模型,提出相应的数值模拟算法,并验证该算法的精确性和有效性.仿真结果与实验结果相近,表明HBT分子在特定极性溶液中不同波长处... 针对有机分子2-(2′-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)在特定极性溶液中的双波长荧光现象,建立扩展的HBT分子能级系统模型,提出相应的数值模拟算法,并验证该算法的精确性和有效性.仿真结果与实验结果相近,表明HBT分子在特定极性溶液中不同波长处的荧光存在竞争关系. 展开更多
关键词 时域有限差分 2-(2′-羟基苯基)苯并噻唑 双波长发射 激发态分子内质子转移
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共形弱条件稳定时域有限差分法在色散介质中的应用
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作者 武岳 马朝轶 +3 位作者 邢浩然 范超 王蒙军 郑宏兴 《电波科学学报》 北大核心 2025年第3期448-456,共9页
针对仿真目标中含有不规则形状贴片的情况,为实现更加高效、精确的计算,提出了一种基于辅助微分方程(auxiliary differential equation,ADE)的弱条件稳定时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法。从麦克斯韦方程组时域旋... 针对仿真目标中含有不规则形状贴片的情况,为实现更加高效、精确的计算,提出了一种基于辅助微分方程(auxiliary differential equation,ADE)的弱条件稳定时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法。从麦克斯韦方程组时域旋度方程出发,推导了基于ADE的弱条件稳定FDTD法中引入共形技术的迭代公式并加以编程实现,同时验证了所提出方法的精度和稳定性,并将其应用于宽带极化转换器的仿真。结果表明:稳定性条件和内存占用量基本不受影响,在9.9~16.6 GHz频段内,极化转换率大于90%的相对带宽可达到48.4%;相比色散介质中的弱条件稳定方法和共形方法,该方法明显提高了计算的精确度和效率,满足实际工程仿真需求。本文方法作为一种弱条件稳定方法,适合仿真单个方向具有精细结构的对象。 展开更多
关键词 时域有限差分(FDTD)法 辅助微分方程(ADE) 弱条件稳定 共形技术 极化转换表面
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基于超表面微纳结构的视网膜成像显示仿真研究 被引量:4
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作者 杨兰兰 覃涛 +4 位作者 屠彦 仲雪飞 王莉莉 张宇宁 王保平 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期990-996,共7页
基于广义斯涅尔定律及几何相位超表面调控原理,利用时域有限差分法研究了超表面微纳结构的聚焦特性,设计了基于麦克斯韦观察法的视网膜投影成像系统,以高斯光源模拟细光束实现了整个系统成像的仿真.首先,基于TiO_(2)超表面单元,设计了半... 基于广义斯涅尔定律及几何相位超表面调控原理,利用时域有限差分法研究了超表面微纳结构的聚焦特性,设计了基于麦克斯韦观察法的视网膜投影成像系统,以高斯光源模拟细光束实现了整个系统成像的仿真.首先,基于TiO_(2)超表面单元,设计了半径4.875μm、数值孔径0.44的超透镜,光线焦点位置仿真值与设计值误差仅为0.4%.然后,研究发现相同数值孔径的超透镜具有相同的成像效果,表明可将微观层面仿真推广到大尺寸.最后,对视网膜投影成像系统进行了仿真,结果表明可实现带有图案信息的像源的成像,且不同位置成像面均可还原像源图案,证明人眼的调焦不影响虚拟图像的清晰度,可有效解决辐辏聚焦矛盾.基于超表面微纳结构的视网膜投影成像显示为超薄超轻无辐辏聚焦矛盾的近眼显示器件的发展提供了一种新的选择. 展开更多
关键词 超表面 时域有限差分 超透镜 视网膜投影成像显示 辐辏聚焦矛盾
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基于时域有限差分法的电性源感应-极化效应三维数值模拟 被引量:2
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作者 嵇艳鞠 邓昌伟 +2 位作者 王宇航 刘航 吴琼 《吉林大学学报(地球科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1373-1382,共10页
时域电性源电磁探测法是一种可以有效快速探测矿产资源的方法。极化效应会导致电性源电磁响应快速衰减,发生符号反转现象。本文采用Cole-Cole模型描述极化效应,利用整数阶有理逼近算法实现任意分数阶Cole-Cole模型有理化;采用Yee氏网格... 时域电性源电磁探测法是一种可以有效快速探测矿产资源的方法。极化效应会导致电性源电磁响应快速衰减,发生符号反转现象。本文采用Cole-Cole模型描述极化效应,利用整数阶有理逼近算法实现任意分数阶Cole-Cole模型有理化;采用Yee氏网格对仿真区域进行剖分,基于时域有限差分(finite-difference time-domain, FDTD)法实现电性源感应-极化效应三维数值模拟。本文对三种典型模型(均匀半空间模型、极化半空间模型和三维极化体模型)的电磁响应进行数值模拟,结果表明:均匀半空间模型的电磁响应与解析解基本吻合,并且相对误差小于10%,证明了三维数值模拟方法的正确性;极化半空间模型与三维极化体模型的电磁响应均在晚期出现了负响应,与极化理论结果相符合。 展开更多
关键词 电性源 COLE-COLE模型 有理逼近 时域有限差分 极化效应
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高聚物注浆修复的面板堤坝探地雷达波场特征分析 被引量:4
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作者 方宏远 董智峰 +1 位作者 薛冰寒 雷建伟 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2024年第3期1-6,13,共7页
针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复... 针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复程度及脱空区域大小、面板厚度及配筋等因素对高聚物注浆修复面板脱空堤坝探地雷达波场特征的影响。结果表明:随着激励源中心频率增大,探地雷达剖面图分辨率逐渐增加;随着脱空区域长度增加,探地雷达剖面图中产生的水平状界面反射波增长;随着脱空区域深度增加,探地雷达剖面图水平状反射线之间时间间隔逐渐增大;随着堤坝面板厚度增加,在面板脱空修复区域绕射波和衍射波幅值减小;探地雷达发射的电磁波遇到钢筋时将产生能量较强的绕射波,强绕射波将脱空区域上下分界面的反射波分割开,难以判断反射波的水平长度。根据高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达波场特征,能有效判断堤坝面板脱空区域的高聚物注浆修复效果,有助于解释实际堤坝面板高聚物注浆修复效果的探地雷达图像。 展开更多
关键词 堤坝 高聚物注浆 时域有限差分法 面板脱空 探地雷达 波场特征
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