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高斯波束对界面附近离轴球形粒子的轴向声辐射力

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计算物理 2020年第4期37卷 459-466页

作者：臧雨宸中国科学院声学研究所中国科学院大学

从声波的散射理论出发,利用级数展开法得到高斯波束的波束因子,推导其对阻抗边界下离轴球形粒子声辐射力.针对刚性球与液体球两种球形粒子进行数值模拟,与自由空间的情况进行比较.讨论边界反射系数、粒子与边界距离、束腰半径以及离轴... 详细信息

从声波的散射理论出发,利用级数展开法得到高斯波束的波束因子,推导其对阻抗边界下离轴球形粒子声辐射力.针对刚性球与液体球两种球形粒子进行数值模拟,与自由空间的情况进行比较.讨论边界反射系数、粒子与边界距离、束腰半径以及离轴角度与距离等对声辐射力的影响.仿真结果表明:边界反射系数的增大会引起声辐射力的增加,但不改变峰值的位置;在合适的频率处,可以产生负向声辐射力;声辐射力随粒子与边界距离呈周期性变化;束腰半径的影响主要体现在中高频;随着粒子偏离传播轴的距离和角度增大,声辐射力明显衰减.该研究为利用高斯波束实现对粒子的操纵提供理论基础.

关键词：声辐射力高斯波束球形粒子束腰半径

基于Born散射理论的二维黏声介质高斯波束正演

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地球物理学报 2021年第2期64卷 637-644页

作者：孙辉岳玉波李猛西南交通大学地球科学与环境工程学院成都611756 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031 东方地球物理公司物探技术研究中心涿州072751

Born散射理论可以通过省略高阶项实现针对一次散射波场的模拟.在这一理论的基础上,本文提出了一种针对二维黏声介质的一次散射波场高斯束Born正演方法.在该方法中,格林函数通过一系列不同初射方向的高斯波束累加获得,可以计算多至走时波... 详细信息

Born散射理论可以通过省略高阶项实现针对一次散射波场的模拟.在这一理论的基础上,本文提出了一种针对二维黏声介质的一次散射波场高斯束Born正演方法.在该方法中,格林函数通过一系列不同初射方向的高斯波束累加获得,可以计算多至走时波场,保证了正演算法的计算精度.同时为了提高计算效率,正演方法使用了wavelet-bank方式合成局部平面波.区别于针对声波介质正演的wavelet-bank使用方法,文中将介质黏滞性信息融入了局部平面波的wavelet-bank合成方法中,以此实现针对黏声介质的快速一次散射波场模拟.两个模型的计算结果表明:本文提出的黏声介质高斯波束正演方法具有良好的计算精度以及较高的计算效率.

关键词：地震波正演 Born正演高斯波束黏声介质

HPMW与垂直发射武器协同作战火力冲突判定研究

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弹道学报 2023年第1期35卷 103-110页

作者：陶安李烨郑纯赵强陈志华南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094 海军研究院北京100073 南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 北京电子工程总体研究所北京100854

高功率微波(HPM)的舰载应用已成为未来舰艇武器发展的必然趋势,在协同防空作战中为了将HPM武器(HPMW)的作战优势最大化,研究其协同作战火力冲突及其判定方法具有重要意义。针对舰载HPM与垂直发射武器的火力冲突问题,从HPM发射特点及其... 详细信息

高功率微波(HPM)的舰载应用已成为未来舰艇武器发展的必然趋势,在协同防空作战中为了将HPM武器(HPMW)的作战优势最大化,研究其协同作战火力冲突及其判定方法具有重要意义。针对舰载HPM与垂直发射武器的火力冲突问题,从HPM发射特点及其对目标毁伤与干扰机理角度,采用HPM在传输过程中微波密度呈现的高斯分布效应的原理,选择微波对目标的毁伤阈值作为主要判断依据来建立HPMW危界模型;从扰动因素的角度将垂直发射武器的危界模型分为垂直上升段和转弯段,借助蒙特卡洛数值分析方法计算垂直发射武器危界模型安全阈值;描述了在协同防空作战中基于弹道预测下理想弹道与HPMW天线轴线的最短距离,通过设定的安全阈值与最短距离的关系来判断是否发生火力冲突。仿真结果表明,该模型较为准确地描述了HPMW的危界,减少了可射击空域的损失,能够有效地给出较为可靠的冲突告警信号。

关键词：高功率微波武器火力兼容高斯波束弹道预测

亚毫米波段折叠光路的准光近场照射天线设计与应用

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电波科学学报 2022年第4期37卷 704-709,718页

作者：何海波金铭韩宇南李彬白明北京化工大学信息科学与技术学院北京100029 中国科学院国家空间科学中心微波遥感重点实验室北京100191 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

介绍了一种新颖的折叠光路近场准光照射天线设计方法,并成功应用在微波黑体定标源微弱散射的双站测量中.在双站测量中,传统的小口径天线适用于低频范围,被测目标足够小才能保证远场条件.与传统基于远场条件出发的小口径天线设计不同,本... 详细信息

介绍了一种新颖的折叠光路近场准光照射天线设计方法,并成功应用在微波黑体定标源微弱散射的双站测量中.在双站测量中,传统的小口径天线适用于低频范围,被测目标足够小才能保证远场条件.与传统基于远场条件出发的小口径天线设计不同,本文所提出的准光照射天线的设计目的是在目标区降低链路衰减,实现相位平坦、幅值边缘衰减的聚焦照射,并可在近场区域内测得目标的远场散射特征.设计基于准光学设计方法:由主反射镜和平板反射镜共同构成紧凑的折叠光路,首先确定馈源喇叭天线的等效高斯波束参数,然后基于高斯波束传播理论设计主反射镜,再通过全波仿真验证其折叠路径.仿真分析表明即使馈源采用基本的圆锥喇叭馈源,也可实现良好的聚焦效果.双站实测数据表明该天线设计达到了设计目的,为亚毫米波近场双站散射测量的开展提供了关键性的波束控制,具备广泛的应用价值.

关键词：准光天线近场散射测量亚毫米波高斯波束天线设计

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高斯波束角道集的旅行时层析速度分析

石油地球物理勘探 2013年第3期48卷 366-371,442页

作者：秦宁李振春杨晓东岳玉波张凯张晴中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 中石化胜利石油管理局石油开发中心山东东营257000 东方地球物理公司物探技术研究中心河北涿州072751

本文综合高斯波束叠前深度偏移准确、灵活、高效及其角道集能够直接反映成像点偏移深度与局部入射角之间的关系,避免多波至带来的假象干扰等优势,提出了基于高斯波束角道集的旅行时层析速度分析方法,推导了灵敏度矩阵和角道集剩余曲率... 详细信息

本文综合高斯波束叠前深度偏移准确、灵活、高效及其角道集能够直接反映成像点偏移深度与局部入射角之间的关系,避免多波至带来的假象干扰等优势,提出了基于高斯波束角道集的旅行时层析速度分析方法,推导了灵敏度矩阵和角道集剩余曲率之间的定量关系式,并利用自动拟合策略求取剩余曲率。模型和实际资料试算验证了该方法具有较高的反演精度和计算效率。

关键词：走时层析速度分析角道集高斯波束灵敏度矩阵

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高斯波束致微粒旋转的理论研究

物理学报 2011年第2期60卷 779-785页

作者：杜云刚韩一平韩国霞李继军西安电子科技大学理学院应用物理系西安710071 内蒙古工业大学理学院物理系呼和浩特010051

基于偏振光波是左旋光子与右旋光子组成的,从广义米理论出发,得出了偏振高斯波束对球形粒子的辐射俘获力和力矩的表示式.分析了微粒在圆偏振高斯波束照射时产生两种不同旋转的原因,并结合光子的量子特性进行了解释.对圆偏振高斯波束中... 详细信息

基于偏振光波是左旋光子与右旋光子组成的,从广义米理论出发,得出了偏振高斯波束对球形粒子的辐射俘获力和力矩的表示式.分析了微粒在圆偏振高斯波束照射时产生两种不同旋转的原因,并结合光子的量子特性进行了解释.对圆偏振高斯波束中粒子的两种力矩进行了数值模拟,讨论了粒子半径、折射率、吸收系数和束腰半径对力矩及光致旋转的影响.

关键词：光致旋转力矩高斯波束光子

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高斯波束对水中球形粒子的声辐射力研究

压电与声光 2013年第3期35卷 329-332页

作者：陈东梅张小凤张光斌周京华曹涛陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声学重点实验室

该文根据级数展开理论,将入射高斯波束用球函数展开,计算了高斯波束的波束因子,并根据声波辐射力理论,推导出球形粒子在高斯波束轴上偏离高斯波束中心时所受声辐射力的解析表达式,对刚性和液体球形粒子在高斯波束作用下的声辐射力进行... 详细信息

该文根据级数展开理论,将入射高斯波束用球函数展开,计算了高斯波束的波束因子,并根据声波辐射力理论,推导出球形粒子在高斯波束轴上偏离高斯波束中心时所受声辐射力的解析表达式,对刚性和液体球形粒子在高斯波束作用下的声辐射力进行了数值模拟,分别讨论了高斯波束束腰半径的变化及球形粒子位置的变化对辐射力特性的影响。仿真结果表明,当球形粒子半径与波长的比值(ka)固定时,高斯波束束腰半径对声辐射力有影响,随着束腰半径的增大,球形粒子所受的声辐射力逐渐变小;当球形粒子的半径相对波长较小,球形粒子在波传播方向上向相反方向等距离偏移高斯波束中心时,球形粒子所受的声辐射力大小相等,方向相反。

关键词：高斯波束球形粒子球函数声辐射力束腰半径

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基于delta波包叠加的时间域深度偏移

地球物理学报 2016年第7期59卷 2641-2649页

作者：石秀林孙建国孙辉刘明忱刘志强吉林大学地球探测科学与技术学院长春130026

delta波包可由高斯波束经傅里叶逆变换得到,是高斯波束在时空域的表达.它最早出现在合成理论地震图的研究中,本文将其应用于偏移领域.通过delta波包叠加表达时间域格林函数,可将高斯波束偏移由频率域转换到时间域,再结合Rayleigh积分和... 详细信息

delta波包可由高斯波束经傅里叶逆变换得到,是高斯波束在时空域的表达.它最早出现在合成理论地震图的研究中,本文将其应用于偏移领域.通过delta波包叠加表达时间域格林函数,可将高斯波束偏移由频率域转换到时间域,再结合Rayleigh积分和激励时间成像条件,本文给出了基于delta波包叠加的深度偏移算法.该偏移算法可在时间域直接计算,但因包含褶积运算,成像时将耗费大量的计算时间.针对这一问题,本文提出了将褶积简化为乘积的近似公式.近似后的偏移算法,不仅保留了高斯波束偏移的优点,而且计算效率得到显著提升.文中通过两个数值算例验证了上述结论.

关键词： delta波包高斯波束褶积运算数值近似时间域深度偏移

高斯波束-Born散射波模拟实现技术与基于复程函方程的地震波复走时计算

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高斯波束-Born散射波模拟实现技术与基于复程函方程的地震波复走...

作者：黄兴国吉林大学

学位级别：硕士

高斯波束-Born理论是基于高斯波束叠加表示格林函数的高斯波束层析成像、全波形反演以及广义绕射叠加理论的基础。其数学表达式是一种体积分形式,由此而产生的实现方案为对整个散射区域的所有散射场的逐次叠加。为了解决Born积分中体积... 详细信息

高斯波束-Born理论是基于高斯波束叠加表示格林函数的高斯波束层析成像、全波形反演以及广义绕射叠加理论的基础。其数学表达式是一种体积分形式,由此而产生的实现方案为对整个散射区域的所有散射场的逐次叠加。为了解决Born积分中体积分计算量大的问题,本文将高斯波束-Born公式中的体积分变为面积分,并用一种改进的等时面叠加方案完成计算,这种实现方式的优点是能够提高计算效率。此外,高斯波束-Born方法的基础是高斯波束计算,对于高斯波束的计算主要包含振幅和相位两部分,其中,振幅计算是依赖于射线追踪算法,而相位部分是角频率和复走时的乘积。目前,对于复走时的计算主要是通过给定复值初值的动力学射线追踪法。但是,动力学射线追踪法依赖于傍轴近似,复走时数学表达式是以二阶Taylor展开为基础,并且该表达式只运用到中心射线上的速度,而没有顾及射线两侧的速度变化。因此,当波束传播到速度强烈不均匀处,特别是中心射线两侧速度不对称时,复走时计算精度收到很大影响,从而限制了高斯波束的适用范围。一种运用扰动理论建立的高斯牛顿-快速推进法,通过直接对复程函方程进行求解来计算复走时能解决上述困难。但是,在应用上,该方法具有两个弱点:1)目前只能运用于简单的垂直射线计算,而无法计算一般情况下的弯曲射线复走时和高斯波束;2)在对虚慢度的计算中,由于运用了最优化方法,因此计算量较大,计算效率受到影响。为了克服上述弱点,本文将非等距网格差分法引入处理弯曲中心射的弯曲边界问题,提出了能适用于弯曲射线的基于复程函方程的复走时计算方法。同时,将L-BFGS优化方法引入到计算等效虚慢度中,该方法在计算过程中避免了多次计算和储存Hessian矩阵,数值实例表明,提高了复走时计算效率。根据定义,用以描述这种具有衰减特性的波的复走时必须依附于所考虑的射线,即本文计算的复走时是一种局部复走时。具体地,局部复走时实部和虚部分别为常规射线走时和傍轴走时。因此,在对单个射线的复走时计算时,如果不对傍轴区域加以限制,将计算整个模型的复走时。为了计算具有一定范围的局部复走时,根据具体应用需要,提出了局部算法计算局部复走时,数值结果证明了其适用性。与上述求解各向同性介质中复程函方程不同,各向异性介质复程函方程涉及参数众多。因此,对于各向异性介质(例如TTI介质)复走时计算时,上述方法受到很大限制。为此,本文利用扰动理论思想,提出了将TTI复程函方法线性化从而计算复走时。数值结果表明,扰动方法对求解TTI复程函方程是有效的。最后,通过对比发现,根据上述复走时计算方法计算的复走时进一步计算的高斯波束波场相比于动力学射线追踪方法计算结果在精度上很大改善。

关键词：复走时复程函方程高斯波束地震波场等时面叠加