射线追踪

摘要： 随着数据传输速率的不断增长,6G无线通信系统需要采用新的频谱资源。太赫兹频段因其具有高带宽、高速率等特点,在未来的无线通信领域具有极大的优势。另一方面,为了应对未来无线通信网络全球覆盖的要求,6G通信网络需要集成地面通信网络和空间通信网络。本文利用射线追踪理论,对太赫兹频段的星间通信链路的确定性信道模型进行了研究。由于太赫兹频率较高,该模型的反射和散射考虑了物体表面粗糙度的影响,其次针对星间通信链路的高动态性,考虑了多普勒频移特性。基于该模型,在同轨道面和异轨道面星间链路场景下,分析了1 THz通信频率下的关键信道参数,包括接收功率、莱斯K因子、时延扩展和角度扩展。

摘要： 弹性波高斯束逆时偏移是一种兼具计算效率和成像精度的多分量地震成像算法,具有面向目标成像的能力,但目前研究主要集中在声波各向同性、各向异性和弹性波各向同性介质,有关弹性波各向异性介质的研究较少。首先,基于地震波矢量特性,在震源点和检波点分别采用P波和S波进行射线追踪,发展了一种基于相速度的各向异性弹性波射线追踪算法,该算法不仅具有较高的计算效率,而且能消除求取地下介质各向异性参数时的不确定性;然后,通过弹性波动力学高斯束表征的格林函数来实现波场正反向延拓;最后,对正反向延拓波场进行互相关获取成像值,实现弹性波各向异性高斯束逆时偏移。VTI复杂构造模型和TTI断层模型数据的应用表明该方法能够对各向异性构造准确地成像,与传统的基于弹性参数的算法相比,其算法的计算效率更高。

摘要： OBS数据分析时,常通过正演计算来辅助识别数据上的震相,这就需要在给定的速度模型上计算指定炮检点的射线路径。本文基于层状均匀介质模型实现了一种简单快速,并且适用于任意纵波和横波路径的算法。该算法基于费马原理和最优化方法,首先给定炮检点射线旅行时的目标函数,由费马原理可知,该目标泛函的极小值对应的射线路径就是真实的路径。然后利用最优化方法来获得目标泛函的极小值。对于水平层状均匀介质模型,可通过令目标函数的梯度等于零来获得射线的路径;而对于倾斜界面以及界面为曲线的模型,则通过非线性最优化方法来极小化目标函数。结果表明,该方法实现简单,能够快速地计算出射线路径,数值例子证明了其有效性。同时,该方法不仅适用于纵波射线路径,还适用于横波射线路径。

摘要： 弹道靶利用二级轻气炮将模型加速到高超声速状态,模型在靶室内超高速飞行时形成等离子体尾迹.为实现高超声速模型尾迹电子密度径向二维分布诊断,利用七通道微波干涉仪测量系统获得了高超声速模型尾迹截面不同位置处平均电子密度.该系统采用一发七收的方式,实现平面波照射等离子体及平面波接收,天线波束可完全覆盖尾迹径向范围.多通道微波干涉仪数据处理过程常将等离子体视为分层介质,考虑到分层界面上折射效应的影响,本研究利用射线追踪方式建立电磁传播模型,结合测量数据建立目标函数,通过遗传算法优化来反演高超声速模型尾迹电子密度径向二维分布.该数据处理方法的电子密度反演结果与相同来流条件下的数值模拟结果对比吻合较好,初步验证了该方法的有效性.分析了分层模型对电子密度分布特性的影响,结果表明利用七层模型对尾迹建模效果最佳,且适用于不同厚度尾迹,最大化利用接收通道数,确保了计算精度.利用该方法实现弹道靶高超声速球模型尾迹电子密度二维分布诊断,并给出了给定实验状态下模型尾迹电子密度二维分布的一些规律.

摘要： 基于星载等离子体探测仪的实测回波图,提出结合全球尺度等离子体模型(Global Core Plasma Model,GCPM)和射线追踪技术来模拟电磁波在等离子体层和磁层等离子体环境中的传播过程。采用的射线追踪方法基于冷等离子体折射指数,考虑磁场对于折射指数的影响。该模拟方法通过仿真获取等离子体探测回波的结构特征,为星载等离子体探测仪获取实测等离子体回波图提供一定的参考价值。对后续从实测等离子体回波图中反演得到电子密度剖面具有指导意义,也为未来深空探测任务和通信工程的顺利实施提供重要的参考依据。

摘要： 为了研究粉末分布对选区激光熔化过程中能量吸收的影响,提出具有更高精度的热源模型,通过最速下降和坐标轮换相结合的方法获取粉末颗粒的分布,依据射线追踪原理统计粉末床对激光能量的吸收情况,分析了粉末分布对激光能量吸收的影响,并按照能量分布特性,提出了考虑粉末影响的新热源模型。结果表明:通过最优化方法构建的粉末模型,避免了物理参数估计的误差,与实验结果仅有4%的误差;能量吸收在深度方向有减弱的趋势,在水平方向近似满足正态分布,由此构建的热源模型应用于熔池预测,熔池宽度误差为6.4%,连接处宽度误差为9.6%。该文提出的基于粉末分布的热源模型更准确地描述了能量的分布,提高了温度场的仿真精度,可对后续更精确的温度场仿真技术研究提供一定的参考。

摘要： 在焊接热循环作用下,奥氏体不锈钢焊缝内部呈粗大柱状晶组织,且其取向在焊缝不同区域呈各向异性.针对粗大柱状晶引起的超声波散射和晶粒取向不同导致的声束偏折等问题,进行奥氏体不锈钢焊缝超声阵列检测方法研究.针对超声阵列获得全矩阵数据,发展了一种基于时间反转算子分解的超声阵列信号去噪方法.利用射线追踪法,研究了各向异性介质中超声波传播路径确定方法,并将其应用于奥氏体不锈钢焊缝超声阵列全聚焦成像的声束偏折校正.开展了奥氏体不锈钢焊缝超声阵列检测试验研究.结果表明,基于时间反转算子分解方法可以很好剔除检测信号中的散射噪声,凸显特征回波信息,可将全聚焦成像的信噪比提高10 dB,而波束偏折校正则可以提高超声阵列全聚焦成像中缺陷定位的精度.

摘要： 本文对比分析了利用ITU半经验模型和3种电子碰撞模型预测天波链路电离层吸收衰减的方法.利用中国参考电离层模型和质谱仪非相干散射大气模型构建背景电离层和背景大气,在构建的背景环境中利用三维射线追踪方法仿真分析由半经验模型和3种电子碰撞模型计算得到的电离层吸收衰减与电波频率、出射仰角、大圆距离的关系.并进行了大圆距离100 km、200 km、400 km的短波通信测试试验,分析了各预测方法的准确度.从试验结果来看:日间两类模型性能差异不大,而日落期利用电子碰撞模型预测得到的电离层吸收衰减优于以往采用的ITU半经验模型;在可用频段的较大频率处,实测值更接近电子碰撞模型.仿真与试验均证实3种电子碰撞模型预测值相近,根据实际可获得大气中性成分数据.

摘要： 射线追踪数据样本的缺失是造成大规模多输入多输出(Massive Multiple-Input MultipleOutput,Massive MIMO)信道特征预测出现较多预测误差较高的用户的主要原因。为了降低高误差用户数及预测误差,提出了一种基于条件变分自编码器(Conditional Variational AutoEncoder,CVAE)的射线样本生成算法来增添缺失区间的射线样本。仿真结果表明,基于所提出的算法在原有射线样本集中扩充新样本后,可将高预测误差用户数降低到原来的46.4%;完善训练集后的神经网络在降低得到信道幅值的时间开销的同时,将信道幅值预测精度提升了6.2%。

摘要： 地震波走时计算在观测系统设计、偏移成像、速度模型走时反演和地震定位等方面起到重要作用.各向异性广泛存在于地球介质中,影响地震波传播的振幅和走时,忽略各向异性的影响将对成像、反演以及地震定位等造成一定的误差.因此对于高分辨率成像和反演,走时计算中考虑各向异性十分重要.快速扫描法不需要存储和追踪波前面信息,在各向异性初至波走时计算方面应用广泛.传统的方法通过将慢度四次方程转换为走时四次方程并结合快速扫描法求解走时.该方法没有对程函方程做近似,适用于强各向异性介质,但存在计算效率低的问题.对于求解qSV波走时,本文发展了一种在局部解中将慢度四次方程简化为二次方程解析地快速求解走时的方法,极大地提高了计算效率.对于qSH波,慢度方程是二次的,可以直接解析求解.最后,本文用各向异性均匀模型和BP复杂模型进行测试,计算结果表明走时计算准确,验证了该方法的有效性.

摘要： 地震勘探能够得到地下地质构造和油气能源有关宝贵参数,它的可靠性和准确性一般都优于其他地球物理方法.然而实际资料中,由于复杂的地质构造,例如实际地层中的地形起伏变化、断层和大倾角界面等使得地震成像结果出现较大偏差.应用偏移处理可以使地下地质构造的反射波准确归位.本文基于射线追踪法深度偏移理论实现对叠后偏移成像的改进,在传统的射线理论深度偏移的基础上,改进算法简化了计算量,极大的提高了偏移计算速度.在理论算法的基础上设计叠后偏移成像系统.通过对实际资料的处理,最后证明基于新算法的叠后偏移成像系统处理取得很好效果.

摘要： 舰船与海面复合的散射中心建模对海面舰船目标的快速信号仿真、特征提取与分类识别具有重要的意义.本文结合海面目标复合的"四路径"模型、基于射线管积分的快速三维成像,以及基于CLEAN算法的峰值提取算法,提出了一种基于目标与海面多径射线追踪的三维散射中心提取算法.以海面上简单球体目标为例,分析了目标本体与海面耦合的散射中心位置与幅度随海情和俯仰角等参数变化的依赖规律.针对复杂舰船目标,利用本文提出的方法给出了目标与海面复合散射中心建模的结果.

摘要： 电离层中电子密度存在各种不均匀分布,对某地区的电离层观测研究发现,电离层不均匀主要表现2种形式,即电离层增强与电离层空腔.为分析电离层不均匀性和地磁场的存在对超视距雷达信号传播路径的影响,利用国际参考电离层模型和国际地磁场参考模型计算等离子体参数和磁场参数,通过对Haselgrove射线方程进行迭代积分,实现了短波三维射线追踪.分别添加了增强与空腔2种形式的不均匀结构进行仿真,由仿真结果对比分析得出,耗尽对电波传播的影响要大于增强.

摘要： 本文介绍一种用于计算再入等离子鞘套中电磁波传播的扩展射线追踪方法,将射线追踪思想(分层媒质与斯涅耳定律)和复矢量波动方程理论(将波动方程幅度项与相位项的区分考虑)融合,应用于等离子体鞘套中的电波传播特性分析.与传统的射线追踪方法不同,该方法根据复Snell定律引入等幅面与等相面概念以区分电磁波的传播方向与衰减方向,进而计算电磁波传播过程中的相位延迟和能量衰减.该方法在平行分层媒质下的计算结果可与WKB方法相对应,并且可以应用于复杂非平行分层的鞘套模型.相比过于理想化鞘套条件的WKB法和需要巨大内存和计算成本的FDTD法,该方法既保证了对模型精度的需求,又可以较为快速而精准地对鞘套各个方向的传播衰减进行估算,对工程应用具有实际的指导价值.

摘要： 高斯束偏移方法结合了射线理论与波动方程,是一种基于波动方程高频近似的射线理论的深度偏移方法.其以Kirchhoff积分方程为基础,用高斯束叠加表示的格林函数代表正反向延拓的波场,利用互相关成像条件得到成像结果.高斯束偏移方法,不仅有Kirchhoff积分偏移高效灵活的优点,且克服了固有缺陷,利用动力学射线追踪的方式解决焦散问题和利用互不干扰的高斯束叠加解决多波至问题,并通过模型试算,验证该方法的优越性.

摘要： 交切法是经典的地震定位方法之一.该方法利用震源轨迹确定震中或震源位置,具有稳健、直观的优点,在地震台网中具有广泛的应用.当速度结构复杂时,震源轨迹难以表示成解析形式.为此,提出了一种基于射线追踪技术计算复杂速度模型中震源轨迹的方法:选取部分模型单元节点作为震源轨迹代表点,以绝对残差较小的连通区域内绝对残差最小的点为初始点,在绝对残差场中用射线追踪方法计算地震波从初始点至同一连通区域内代表点的射线路径作为震源轨迹.这种方法计算的震源轨迹精细,但仅在二维速度模型得到了实现.此外,由于选取的震源轨迹代表点没有包含全部轨迹所经过模型单元的节点,因此对于三维速度模型,计算的轨迹可能不完整.为此,对该种方法进行了改进,并将改进方法扩展到三维复杂速度模型.

摘要： 射线追踪方法是指给定激发点和接收点的位置及地层介质的速度,从而求取激发点到接收点间的射线路径及旅行时,射线追踪求取的射线路径和计算旅行时的精度直接影响着偏移成像、速度分析、走时反演和层析成像的质量.因此,研究快速且更高精度的射线追踪方法,对于解决层析成像等地震波场模拟问题有着重要意义.旅行时线性插值法(LTI)在计算初至波旅行时和射线路径时具有计算原理简单,效率高等特点,得到了广泛应用.

摘要： 基于图论的最短路径方法能同时得到走时与射线路径以及无条件稳定.推广到各向异性介质时面临的问题是网格内走时的求取,在已知群角的时候群速度求取往往需要弱各向异性近似或者查表的方法,造成计算误差和效率低下.本文利用牛顿下山法求解群相关系方程,得到较为精确的相角以及群速度,从而求出走时.为保证计算效率,可以自适应控制下山法迭代次数,从而达到效率与精度的权衡.为了使算法适应起伏地表,在地表利用不规则网格剖分,在界面拟合曲线上插入节点,使得在起伏地表下也具较高的精度.

摘要： 本文提出了一种可用于一般各向异性TI介质中多震相射线追踪的正演算法, 结合相群速度导数的一阶走时扰动方程, 采用共轭梯度求解带约束的阻尼最小二乘问题, 提出了一种可利用多震相走时资料进行一般各向异性TI介质弹性参数的反演的方法技术.为了检验算法的有效性和正确性，以井间地震成像为例, 采用多震相联合反演TTI介质的各向异性弹性参数。该模拟实验采用的震相不仅包括直达qP波、qSV波和qSH波，还加入了来自模型底界面的一次反射波(qPqP、qSVqSV和qSHqSH)。结果表明，该方法技术不仅能有效地反演各向异性弹性参数，而且多震相走时资料的联合可有效的提高成像的分辨率，是一种实用的反演算法。

摘要： 随着移动通信的不断发展,网络优化显得越来越重要.室内经验模型显得越来越不准确.室内复杂环境下的信道研究变得更加重要.人体对信道的影响变得不可忽视.本文首先基于入射及反弹射线法/镜像法对室内带走廊的模型进行了仿真,研究了在有人和没人参与情况下走廊的信道参数.着重研究了接受功率与时延扩展(RWS).研究结果表明人体对接受功率与时延扩展有较大的影响,对复杂室内环境下毫米波无线通信系统的设计与规划提供了理论基础.

摘要： 一种数字X射线摄影系统的射线自动追踪成像的方法，涉及光学技术领域。该方法包括如下步骤：获取球管焦点到探测器的垂直距离和球管偏转角；获得与探测器的纵向最大有效尺寸对应的手动限束器的限束器开口半角；获得与探测器的纵向最大有效尺寸对应的数字X射线摄影系统的球管发射出的X射线在探测器上视场投影中心与球管焦点投影的偏心距；获取球管的球管焦点的纵向位置和探测器移动前探测器中心的纵向位置；获得探测器在纵向方向上进行移动所需的移动值；移动探测器至相应位置。本发明的数字X射线摄影系统的射线自动追踪成像的方法，可以自动纵向移动数字X射线摄影系统的探测器，使球管发射出的X射线落入探测器的有效探测范围内从而成像。

摘要： 本发明提供一种有助于缩短治疗时间的移动体追踪装置和具备该移动体追踪装置的放射线治疗系统、以及程序、以及移动体的追踪方法。本发明具备：从至少两个以上方向获取包含目标(2)的透视图像的透视装置；根据由透视装置获取的透视图像求出目标(2)的位置的移动体追踪控制装置(30A)，移动体追踪控制装置(30A)根据包含目标(2)的CT图像制作模拟透视图像，根据模拟透视图像制作包含目标(2)的二维区域作为样板，将至少两个以上的透视图像的每一个透视图像与样板进行匹配，根据多个匹配结果求出目标(2)的三维位置。

摘要： 一种数字X射线摄影系统的射线自动追踪成像的方法，涉及光学技术领域。该方法包括如下步骤：获取球管焦点到探测器的垂直距离和球管偏转角；获得与探测器的纵向最大有效尺寸对应的手动限束器的限束器开口半角；获得与探测器的纵向最大有效尺寸对应的数字X射线摄影系统的球管发射出的X射线在探测器上视场投影中心与球管焦点投影的偏心距；获取球管的球管焦点的纵向位置和探测器移动前探测器中心的纵向位置；获得探测器在纵向方向上进行移动所需的移动值；移动探测器至相应位置。本发明的数字X射线摄影系统的射线自动追踪成像的方法，可以自动纵向移动数字X射线摄影系统的探测器，使球管发射出的X射线落入探测器的有效探测范围内从而成像。

摘要： 一种基于面元投影的三角形截面射线管电磁射线追踪方法，步骤如下：1、将目标表面划分成三角形面元来近似；2、判断该面元的朝向，面元法向朝向称亮面元，背向为暗面元；3、亮面元之间进行遮挡判断，剔除被遮挡的亮面元；4、设定经过原点、与入射方向垂直的平面，称为投影面；5、将亮面元向投影面投影，以投影三角形为横截面，形成沿电磁波入射方向的射线管；6、判断射线管与目标表面面元的求交情况，计算反射射线，进而计算每次反射所形成的RCS，第一次反射面就是形成射线管的亮面元；7、将射线管的反射形成的RCS进行叠加，即得总的RCS。该方法将射线管与目标面元加以关联，消除了传统矩形射线管与三角形面元相交形成的误差。

摘要： 本发明涉及一种正向射线追踪等分隔射线束的生成方法，该方法包括：将源置于非正多面体中心；将所述非正多面体每个面的中心与所述每个面的顶点连接；对所述每个面上的三角形进行几何分形，直至所述源与每个三角形顶点形成的射线束符合预定条件。本发明利用非多面体来近似生成等分割射线束，能够更快速地实现正向射线追踪，并能够减少等分割射线束之间的角度误差。

摘要： 本发明提供了一种基于多尺度、多方向逐段迭代和反向追踪的联合射线追踪方法，其包括以下步骤：S1、将常规反向追踪法的追踪结果作为逐段迭代法的初始值；S2、将原始网格抽稀到预设的最稀疏级别，同时只保留剩余原始网格边界上的路径点；S3、对抽稀网格应用常规逐段迭代，并改变抽稀网格边界的方向，通过改变空间离散化的方式，使得回折路径变为满足斯奈尔定律的路径；S4、对抽稀网格逐渐加密，每次加密重复步骤S3，直到当前的抽稀级别降为0，再进行最后一遍常规逐段迭代。本发明解决了常规逐段迭代法存在收敛过慢、无法追踪回折射线路径和局部收敛极小的问题，本发明既能够适应复杂的速度场变化，也能够在震源附近获得较高的精度。

摘要： 一种基于面元投影的三角形截面射线管电磁射线追踪算法，步骤如下：1、将目标表面划分成三角形面元来近似；2、判断该面元的朝向，面元法向朝向称亮面元，背向为暗面元；3、亮面元之间进行遮挡判断，剔除被遮挡的亮面元；4、设定经过原点、与入射方向垂直的平面，称为投影面；5、将亮面元向投影面投影，以投影三角形为横截面，形成沿电磁波入射方向的射线管；6、判断射线管与目标表面面元的求交情况，计算反射射线，进而计算每次反射所形成的RCS，第一次反射面就是形成射线管的亮面元；7、将射线管的反射形成的RCS进行叠加，即得总的RCS。该方法将射线管与目标面元加以关联，消除了传统矩形射线管与三角形面元相交形成的误差。

摘要： 本发明涉及一种正向射线追踪等分隔射线束的生成方法，该方法包括：将源置于非正多面体中心；将所述非正多面体每个面的中心与所述每个面的顶点连接；对所述每个面上的三角形进行几何分形，直至所述源与每个三角形顶点形成的射线束符合预定条件。本发明利用非多面体来近似生成等分割射线束，能够更快速地实现正向射线追踪，并能够减少等分割射线束之间的角度误差。

摘要： 本发明公开了一种基于贝克曼‑基尔霍夫散射的太赫兹传播的射线追踪方法，所述方法实现了对太赫兹信道的精准预测，所述方法包括以下步骤：对贝克曼‑基尔霍夫散射理论的反射和散射进行推导并给予低粗糙度的散射系数进行修正，并在信道模型中引入高粗糙度的散射系数；弥补中等粗糙度信道模型的空缺，引入了有效粗糙度理论；采用修正后的反射、散射系数对太赫兹信道模型进行修正，并基于现有的实验数据对信道模型进行验证；基于修正后的太赫兹信道模型对射线进行追踪。本发明解决了计算复杂、预测不精确的问题，提高了射线追踪的精度。

摘要： 本发明公开了一种层状介质中的变网格八角汇集射线追踪方法，属于射线追踪技术领域。模型参数化采用分块‑节点模型，走时计算采用八角汇集射线追踪方法，适应于复杂层状介质的走时计算。该方法既考虑了局部运算问题，也考虑了全局地震波传播问题，确保计算值是全局最小走时。同时该计算方法不采用扩展方阵方法进行计算，不需要从地震点处外推计算，也不需要搜索内侧正方形极小值。并利用均匀各向同性介质进行了精度和稳定性分析，表明计算方法和程序具有很高的精度和稳定性，对高速异常体，低速异常体、薄层、复杂层状介质实例进行了计算，均表明计算方法适用于层状介质的走时计算。