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高速运动等离子体包覆目标的电磁散射特性研究

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电波科学学报 2024年第1期39卷 80-90页

作者：郭先敏邓浩川满良李海燕陈伟杨利霞薄勇计算智能与信号处理教育部重点实验室安徽大学合肥230601 中国航天科工集团有限公司第二研究院北京100854 电磁散射重点实验室北京100854

高超声速飞行器在临近空间执行高空任务时会与大气剧烈摩擦促使周围空气发生电离,从而在飞行器表面激发等离子体流场,其会严重干扰飞行器与雷达之间的无线通信,同时还会给运动雷达目标的电磁散射特性造成强烈影响。本文采用Lorentz-FDT... 详细信息

高超声速飞行器在临近空间执行高空任务时会与大气剧烈摩擦促使周围空气发生电离,从而在飞行器表面激发等离子体流场,其会严重干扰飞行器与雷达之间的无线通信,同时还会给运动雷达目标的电磁散射特性造成强烈影响。本文采用Lorentz-FDTD方法研究了等离子体鞘套包覆下的高速运动目标与电磁波之间的相互作用。根据相对论原理对运动等离子体的电磁特征参数进行数值建模,基于运动等离子体的物理模型,利用Lorentz-FDTD数值方法研究运动等离子体的电磁特征参数变化对雷达目标远场散射特性的影响,计算等离子体目标在不同物体速度下对电磁波的反射系数。研究结果显示:物体的运动速度会改变等离子体的介电常数,进而影响等离子体对电磁波的吸收和散射机制;在相对论效应和等离子体色散的共同影响下,高速运动等离子鞘套包覆目标物的电磁散射特性在不同的电磁波工作频段将呈现出复杂的变化规律。

关键词：高速运动目标洛伦兹变换等离子体鞘套时域有限差分(FDTD)方法

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一种简化的时域非连续伽略金阻抗边界算法

物理学报 2023年第6期72卷 11-20页

作者：杨谦魏兵李林茜邓浩川西安电子科技大学物理学院西安710071 北京环境特性研究所电磁散射重点实验室北京100854

针对时域非连续伽略金(discontinuous Galerkin time-domain, DGTD)算法中的阻抗边界条件问题开展研究.阻抗边界条件中的频域算符jω一般在根号内部,其在时域数值算法中的实现有一定难度.另一方面,DGTD算法中数值通量表达式也含有阻抗... 详细信息

针对时域非连续伽略金(discontinuous Galerkin time-domain, DGTD)算法中的阻抗边界条件问题开展研究.阻抗边界条件中的频域算符jω一般在根号内部,其在时域数值算法中的实现有一定难度.另一方面,DGTD算法中数值通量表达式也含有阻抗边界条件,这也进一步增加了频时转换难度.为了能给出简化的DGTD阻抗边界算法,本文首先针对数值通量表达式进行推导,得到一个特定函数Z_(R),该函数包含频域算符jω,函数以外表达式不含频域算符jω,这样就可以仅处理Z_(R)的频时转换问题.由于Z_(R)形式复杂,对Z_(R)进行矢量匹配处理,得到关于jω的一阶有理分式,进而得到其时域迭代式.这一过程简明、易于实施,还可避开矩阵计算.本文方案经一维及三维算例验证,精度很好,针对特定电磁问题如涂覆层问题可大幅降低计算时间.

关键词：阻抗边界条件矢量匹配时域非连续伽略金算法

一种强鲁棒性的时域非连续伽略金可穿透薄层算法

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物理学报 2023年第8期72卷 67-76页

作者：杨谦魏兵李林茜邓浩川西安电子科技大学物理学院西安710071 电磁散射重点实验室北京110000

本文研究了时域非连续伽略金算法(discontinuous Galerkin time-domain,DGTD)中的可穿透薄层问题,薄层问题属于多尺度问题,精确建模资源消耗太高难以实施,可采用近似方案.研究发现采用等效表面电流激励易产生发散,为提高计算方案鲁棒性... 详细信息

本文研究了时域非连续伽略金算法(discontinuous Galerkin time-domain,DGTD)中的可穿透薄层问题,薄层问题属于多尺度问题,精确建模资源消耗太高难以实施,可采用近似方案.研究发现采用等效表面电流激励易产生发散,为提高计算方案鲁棒性,研究了电磁场修正方案,这一方案允许采用参数很大的薄层(高介电系数),其计算方法简便易行.此外,还给出了多层介质薄层的仿真方案,并对相关数值算例进行验证,结果说明了本文算法的精确性和有效性,本文方案可用于复杂薄层电磁问题的快速求解.

关键词：可穿透薄层多尺度问题时域非连续伽略金算法

风洞模拟等离子体绕流场回波频谱调制特性实验研究

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物理学报 2022年第3期71卷 215-221页

作者：满良邓浩川吴洋余西龙肖志河中国航天科工集团有限公司第二研究院北京100854 电磁散射重点实验室北京100854 中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190

目标以极高速度在大气层内运动时,周围会因剧烈摩擦产生等离子体绕流场.等离子体绕流场运动速度分布不均匀,而且绕流场电子密度随时间动态变化,导致等离子体绕流场对入射其中的电磁波产生不均匀的频率调制,进而影响雷达的探测性能.为了... 详细信息

目标以极高速度在大气层内运动时,周围会因剧烈摩擦产生等离子体绕流场.等离子体绕流场运动速度分布不均匀,而且绕流场电子密度随时间动态变化,导致等离子体绕流场对入射其中的电磁波产生不均匀的频率调制,进而影响雷达的探测性能.为了复现等离子体绕流场在电磁波照射时产生的不均匀频谱调制现象,本文在中国科学院力学研究所JF-10风洞开展了等离子体绕流场回波频谱测量实验,通过信号源、环形器、天线和频谱仪组成的测量系统,以点频发射体制,获取了S和C波段的回波频谱数据,观察到了等离子体绕流场对目标回波频谱的调制现象,对测量现象的形成原因进行了讨论;基于测量数据,仿真分析了等离子体绕流场对目标一维距离像的散焦效应.

关键词：等离子体绕流场频谱调制一维距离像风洞

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一种简化的DGTD阻抗边界算法

物理学报 2023年

作者：杨谦魏兵李林茜邓浩川电磁散射重点实验室西安电子科技大学物理学院

本文针对时域非连续伽略金算法（discontinuous Galerkin time-domain，DGTD）中的阻抗边界条件问题开展研究。阻抗边界条件中的频域算符jω一般在根号内部，其在时域数值算法中的实现有一定难度。另一方面，DGTD算法中数值通量表达式... 详细信息

本文针对时域非连续伽略金算法（discontinuous Galerkin time-domain，DGTD）中的阻抗边界条件问题开展研究。阻抗边界条件中的频域算符jω一般在根号内部，其在时域数值算法中的实现有一定难度。另一方面，DGTD算法中数值通量表达式也含有阻抗边界条件，这也进一步增加了频时转换难度。为了能给出简化的DGTD阻抗边界算法，本文首先针对数值通量表达式进行推导，得到一个特定函数■，该函数包含频域算符jω，函数以外表达式不含频域算符jω，这样就可以仅处理■的频时转换问题。由于■形式复杂，对■进行矢量匹配（vector-fitting，VF）处理，得到关于jω的一阶有理分式，进而得到其时域迭代式。这一过程简明、易于实施，还可避开矩阵计算。本文方案经一维及三维算例验证，精度很好，针对特定电磁问题如涂覆层问题可大幅降低计算时间。

关键词：阻抗边界条件矢量匹配时域非连续伽略金算法

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一种强鲁棒性的DGTD可穿透薄层算法

物理学报 2023年

作者：杨谦魏兵李林茜邓浩川西安电子科技大学物理学院电磁散射重点实验室

本文研究了时域非连续伽略金算法（discontinuous Galerkin time-domain，DGTD）中的可穿透薄层问题，薄层问题属于多尺度问题，精确建模资源消耗太高难以实施，可采用近似方案。研究中发现采用等效表面电流激励易产生发散，为提高计算... 详细信息

本文研究了时域非连续伽略金算法（discontinuous Galerkin time-domain，DGTD）中的可穿透薄层问题，薄层问题属于多尺度问题，精确建模资源消耗太高难以实施，可采用近似方案。研究中发现采用等效表面电流激励易产生发散，为提高计算方案鲁棒性，我们研究了电磁场修正方案，这一方案允许采用参数很大的薄层（高介电系数），其计算方法简便易行。此外，我们还给出了多层介质薄层的仿真方案。文中给出了相关数值算例进行验证，结果说明了本文算法的精确性和有效性，本文方案可用于复杂薄层电磁问题的快速求解。

关键词：可穿透薄层多尺度问题时域非连续伽略金算法

高速运动等离子体包覆目标的电磁散射特性研究

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电波科学学报 2023年

作者：郭先敏邓浩川满良李海燕陈伟杨利霞薄勇计算智能与信号处理教育部重点实验室电磁散射重点实验室中国航天科工集团有限公司第二研究院

高超声速飞行器在临近空间执行高空任务时会与大气剧烈摩擦促使周围空气发生电离，从而在飞行器表面激发等离子体流场，严重干扰飞行器与雷达之间的无线通信，同时还会给运动雷达目标的电磁散射特性造成强烈影响. 本文采用Lorentz-FDTD... 详细信息

高超声速飞行器在临近空间执行高空任务时会与大气剧烈摩擦促使周围空气发生电离，从而在飞行器表面激发等离子体流场，严重干扰飞行器与雷达之间的无线通信，同时还会给运动雷达目标的电磁散射特性造成强烈影响. 本文采用Lorentz-FDTD方法研究了等离子体鞘套包覆下的高速运动目标与电磁波之间的相互作用. 根据相对论原理对运动等离子体的电磁特征参数进行数值建模，基于运动等离子体的物理模型，利用Lorentz-FDTD数值方法研究了运动等离子体的电磁特征参数变化对雷达目标远场散射特性的影响，计算了等离子体目标在不同物体速度下对电磁波的反射系数. 研究结果显示，物体的运动速度会改变等离子体的介电常数，进而影响等离子体对电磁波的吸收和散射机制. 在相对论效应和等离子体色散的共同影响下，高速运动等离子鞘套包覆目标物的电磁散射特性在不同的电磁波工作频段将呈现出复杂的变化规律.

关键词：高速运动目标洛伦兹变换等离子体鞘套时域有限差分方法

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相对运动等离子体平板与电磁波相互作用研究

电波科学学报 2023年第1期38卷 164-172页

作者：满良邓浩川薄勇肖志河杨利霞中国航天科工集团有限公司第二研究院北京100854 电磁散射重点实验室北京100854 安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室合肥230601

高超声速飞行器在飞行过程中,由于高温高压的作用,会在飞行器表面形成一层等离子体鞘层,飞行器及其等离子体鞘层相对于地面测控中心做高速相对运动,对目标物电磁回波会带来严重影响.此外,等离子体鞘层的时变特性,也会对目标物雷达回波... 详细信息

高超声速飞行器在飞行过程中,由于高温高压的作用,会在飞行器表面形成一层等离子体鞘层,飞行器及其等离子体鞘层相对于地面测控中心做高速相对运动,对目标物电磁回波会带来严重影响.此外,等离子体鞘层的时变特性,也会对目标物雷达回波进行调制,使测控中心难以识别、跟踪目标.本文利用Lorentz-FDTD方法研究了相对运动等离子体鞘层与电磁波之间的相互作用,并分析了等离子体鞘层的相对运动特性和时变特性对电磁波造成的影响,发现运动的时变等离子体除了对电磁波造成多普勒频移外,还会对入射波频谱进行调制.

关键词：时域有限差分 Lorentz变换相对运动时变等离子体

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面向高性能摩擦纳米发电机的电介质材料

物理学报 2024年第7期73卷 8-27页

作者：邓浩程李祎田双双张晓星肖淞武汉大学电气与自动化学院电网环境保护全国重点实验室武汉430072 湖北工业大学电气与电子工程学院新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心武汉430068

摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator,TENG)作为微纳电源或自取能传感器近年来在多领域表现出广阔的应用潜力.TENG的输出性能提升与作为摩擦起电层的电介质材料接触起电特性密切相关.本文首先介绍了TENG及其电介质摩擦起电层的... 详细信息

摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator,TENG)作为微纳电源或自取能传感器近年来在多领域表现出广阔的应用潜力.TENG的输出性能提升与作为摩擦起电层的电介质材料接触起电特性密切相关.本文首先介绍了TENG及其电介质摩擦起电层的相关基础理论和模型;其次,阐述了TENG电介质材料的选材、改性(表面改性、体改性)和结构设计策略,其中表面改性和体改性涉及表面粗糙度控制、官能团调控、电介质材料介电参数优化,在电介质的结构设计方面,重点介绍了电荷传输层、捕获层、阻挡层的原理及通过多层结构来提高TENG介电性能的典型方法;最后,强调了本领域发展面临的挑战和未来发展趋势,为面向高性能TENG的纳米电介质材料开发提供参考.

关键词：摩擦纳米发电机电介质材料微纳复合材料电荷调控