FDTD

摘要： 低频天波传播时延的准确预测对其在远程导航授时中的应用潜力挖掘具有重要意义.为了获得地-电离层波导中低频多跳天波模式的传播时延特性,同时验证典型多径时延估计算法在不同信道环境下的作用性能,文中首先采用时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)电磁计算方法对不同电离层反射情况下的距发射台400 km处地面接收的低频天地波耦合总场进行正演预测,然后分别基于快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)/快速傅里叶逆变换(inverse fast Fourier transform,IFFT)频谱相除、多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)和旋转不变技术信号参数估计(estimating signal parameters via rotational invariance techniques,ESPRIT)三种算法对电磁场数值预测结果进行后处理,解耦得到不同模式(地波、一跳天波、二跳天波、三跳天波及四跳天波)的时延,并在此基础上分析比较了无噪声和信噪比(signal-noise ratio,SNR)为0 dB、-5 dB以及-10 dB情况下三种算法对多跳天波的时延估计结果.结果表明,波跳次数越高,算法的检测能力越差.对于文中所模拟的信道条件,在弱噪声(SNR=0 dB)、电离层强反射时,FFT/IFFT算法结果精度最高,时延误差不超过400 ns;而在强噪声(SNR=-10 dB)、电离层弱反射时,ESPRIT算法稳定性最好,误差范围在5μs以内.

摘要： 为保证瞬变电磁场晚期信号计算正确,在时域有限差分正演中通常采用低频近似,即将磁场散度方程显式的包含在电磁场迭代方程中,因而H_(z)的求解方式与H_(x)、H_(y)不同,导致常规CPML吸收边界无法施加.本文重新推导了CPML介质中的迭代方程,并将其与常规介质中的迭代方程在形式上进行了统一,提出了一种适用于瞬变电磁低频近似下三维FDTD的CPML边界条件及施加方法.首先采用均匀半空间模型来验证本方法的有效性,发现模拟结果与解析解吻合较好,且模拟用时为采用Dirichlet边界FDTD用时的一半;而且,反射误差实验验证了本文的CPML边界吸收效率较高.之后,模拟了典型的三层模型,发现本方法的模拟结果与线性数字滤波解吻合程度较好.最后采用本方法计算了航空瞬变电磁带地形的复杂模型,实验证明了本文提出的CPML具有广泛的适用性.

摘要： 针对传统井下单发单收探测雷达存在的探测分辨率低、获取数据信息量少的问题,提出将多输入多输出体制下的空间步进频雷达用于井下探测。采用时域有限差分的方法,通过设置发射天线将空间步进频信号引入计算空间,结合采空区、富水区、薄泥岩层三种异质区模型,利用时间迭代的方式求解信号在模型空间的正演结果。仿真结果表明,采空区与薄泥岩层均表现为二次反射,但采空区的回波更强,富水区仅表现为一次反射,信号在富水区的衰减最为迅速,泥岩次之,采空区的衰减最小。该研究对后续空间步进频雷达用于井下实际探测提供了一定的参考。

摘要： 研究了激光诱导沉积制备光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针,并对探针的SERS性能进行检测。探讨光纤探针制备过程中金纳米棒溶液的浓度对探针灵敏度的影响。结果表明,将不同浓度的金纳米棒溶液进行激光诱导,在光纤端面会形成金纳米棒团簇和分散两种纳米结构。金纳米棒溶液的浓度、激光功率、诱导时间等因素都会对诱导沉积图案产生影响。实验利用功率为5 mW的激光进行诱导,在1.5×10^(-9),1.0×10^(-9)和7.5×10^(10) mol·L^(-1)的金纳米棒溶液中,经5 min沉积,制备出不同图案的光纤SERS探针。采用晶种法合成金纳米棒,用透射电子显微镜(TEM)观察金纳米棒形貌,并根据TEM图像分析计算了合成金纳米棒的长径比约为3.8。用扫描电子显微镜(SEM)观察金纳米棒的形貌以及激光诱导沉积后的纤维修饰端形貌,7.5×10^(10) mol·L^(-1)的金纳米棒溶液进行激光诱导,金纳米棒在光纤端面分布较为分散,而1.5×10^(-9)和1.0×10^(-9) mol·L^(-1)的金纳米棒溶液进行激光诱导,光纤端面都有大量的金纳米棒聚集成团。以4-氨基苯硫酚(4-ATP)为样品分子,通过拉曼光谱对光纤探针的SERS性能进行检测;为了方便比较,选取了拉曼频移1079.972 cm^(-1)处的拉曼强度作图,结果表明,金纳米棒浓度为7.5×10^(10) mol·L^(-1)时,经激光诱导制备出的光纤探针性能较好。采用时域有限差分法(FDTD)模拟形成的图案的热点分布,进而解释了金纳米棒浓度为7.5×10^(10) mol·L^(-1)时制备的光纤探针性能较好的原因。为了检验光纤探针的重复性,将测试SERS光谱后的光纤浸入无水乙醇中24小时,使4-ATP充分溶解在酒精中,15天后,再次检测光纤探针的SERS检测性能,得到与之前检测同样的光谱图,证明得到的光纤SERS探针具有较强的可重复利用性。激光诱导制备光纤探针具有操作简单、成本低廉、探针制备时间短等优点,能够实现高灵敏度光纤SERS探针的重复、批量制备。

摘要： 闪电放电过程中产生的电磁脉冲会危害地下通信、监控、电力、计算机等现代化系统,不利于地下空间活动的开展,甚至会威胁到人们的生命安全。主要研究了地闪发生时的地下水平电场。在MTLL闪电回击模型基础上,建立地下水平电场的二维柱坐标时域有限差分计算模型,对比分析距离闪电通道水平距离、深度、土壤电导率大小及其分布、回击电流等对地下水平电场特征的影响。

摘要： 在常规的输电线路耦合雷电过电压研究工作中,通常只考虑回击电流只有一个脉冲的情况,而实际观测试验显示回击电流呈多个脉冲峰值逐渐削减变化,因此采用ATP-EMTP电磁仿真软件构建三个脉冲回击电流模型,研究导线耦合过电压变化趋势.研究表明,第一个脉冲作用下计算结果与国标结果相对误差为7.06％,验证所构建的算法的准确性,其次雷击点与架空输电线路距离在一定范围内,三个脉冲作用下导线耦合过电压差异性较大,随着雷击点与线路距离增加,过电压差异性相对较小.

摘要： 为了解决目前探地雷达金属板反射法无法对覆水沥青层空隙率进行检测的问题,建立三种不同脉冲波入射角的路面结构FDTD数值模型,研究脉冲波色散现象对单色子波反射系数的影响,在干-湿双层体系的假设前提下,考虑脉冲波入射角,以全波形反演理论为基础,提出了一种非线性检测算法,在路表覆水的条件下利用探地雷达获得干燥沥青层的介电常数与空隙率,并建立七种不同含水量干-湿双层体系的FDTD数值模型并通过实验室实测对该方法的可靠性进行验证.研究结果表明:在三种数值模型脉冲波入射角范围内,单色子波反射系数变异性很小,可视为常数,即入射波各频率点对应的激励值相同;通过非线性检测算法重构而得的合成脉冲波与实际接收波具有较高吻合度,金属板反射法与非线性检测法介电常数测量误差随湿沥青层含水量升高而增大,但非线性检测算法误差增长远小于金属板反射法;与金属板反射法相比,探地雷达非线性检测算法所获得的介电常数相对误差由10.9％降至1.6％,沥青混合料毛体积密度相对误差由4.6％降至1.1％,空隙率相对误差由24.9％降至7.2％,证明非线性检测算法可有效消除路表覆水的影响,准确计算干燥沥青层的介电常数及空隙率,为沥青面层压实质量实时监控及智能压实技术提供一种精确、高效的方式.

摘要： 闪电放电过程中产生的电磁脉冲会危害地下通信、监控、电力、计算机等现代化系统,不利于地下空间活动的开展,甚至会威胁到人们的生命安全.主要研究了地闪发生时的地下水平电场.在MTLL闪电回击模型基础上,建立地下水平电场的二维柱坐标时域有限差分计算模型,对比分析距离闪电通道水平距离、深度、土壤电导率大小及其分布、回击电流等对地下水平电场特征的影响.

摘要： 选用指数型分布表示由面层、基层、路基层构成的沥青混凝土路面的高度起伏状况,采用蒙特卡罗方法模拟沥青混凝土路面,选取土壤四成分模型表示路基层介电常数,运用时域有限差分(FDTD)方法研究了沥青混凝土路面的电磁散射特性;数值计算得到了散射系数的角分布曲线,讨论了路面高度起伏均方根,相关长度,面层、基层厚度,路基层湿度以及入射波频率对散射系数的影响.结果表明,高度起伏均方根和入射波频率对散射系数的影响较大,面层厚度和相关长度对散射系数的影响较小且较为复杂,基层厚度和路基层湿度对散射系数几乎没有影响.

摘要： 介质沿空间固定方向均匀分布的结构在电磁导波器件中有十分广泛的应用,对这类器件的分析通常被称为2.5D电磁问题.利用器件在固定方向介质分布均匀的特点,将电磁场量沿该方向进行空间傅里叶变换,可以把对三维问题的分析转化为两维问题求解,从而极大地减小计算开销.针对传统基于差分的2.5D电磁场算法在弯曲形状逼近上有阶梯误差的缺陷,本文提出了基于三角形网格的2.5D时域间断有限元方法(DGTD),并用它模拟了电偶极子与光纤的耦合效率和光子晶体光纤的色散特性.与基于规则网格的2.5D差分方法进行对比.结果表明,文中建立的2.5D DGTD方法对弯曲形状的模拟更加逼真,计算内存占用最大减少10.4％,计算精度最大相差0.011％,计算时间缩短74.9％,计算效率提高.

摘要： 介绍了电磁兼容预测算法，简述时域有限差分法（FDTD）原理；根据传统FDTD算法存在的不足，提出一种基于基于并行思想的FDTD算法（PFDTD）；通过实例对PFDTD 进行仿真。仿真结果表明， PFDTD算法能够在准确分析对象电磁特性的基础上，提高运算效率。

摘要： 介绍了电磁兼容预测算法，简述时域有限差分法（FDTD）原理；根据传统FDTD算法存在的不足，提出一种基于基于并行思想的FDTD算法（PFDTD）；通过实例对PFDTD 进行仿真。仿真结果表明， PFDTD算法能够在准确分析对象电磁特性的基础上，提高运算效率。

摘要： 介绍了电磁兼容预测算法，简述时域有限差分法（FDTD）原理；根据传统FDTD算法存在的不足，提出一种基于基于并行思想的FDTD算法（PFDTD）；通过实例对PFDTD 进行仿真。仿真结果表明， PFDTD算法能够在准确分析对象电磁特性的基础上，提高运算效率。

摘要： 介绍了电磁兼容预测算法，简述时域有限差分法（FDTD）原理；根据传统FDTD算法存在的不足，提出一种基于基于并行思想的FDTD算法（PFDTD）；通过实例对PFDTD 进行仿真。仿真结果表明， PFDTD算法能够在准确分析对象电磁特性的基础上，提高运算效率。

摘要： 介绍了电磁兼容预测算法，简述时域有限差分法（FDTD）原理；根据传统FDTD算法存在的不足，提出一种基于基于并行思想的FDTD算法（PFDTD）；通过实例对PFDTD 进行仿真。仿真结果表明， PFDTD算法能够在准确分析对象电磁特性的基础上，提高运算效率。

摘要： 采用移位算子(Shift Operator，SO)方法把FDTD推广应用于二维各向异性色散介质—磁化等离子体中。首先证明电磁波横向入射二维轴向磁化等离子体目标情形下，电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波)，通过采用SO方法处理磁化等离子体频域本构关系得到该情形下目标电磁散射的SO-FDTD迭代计算公式。计算了轴向磁化等离子体涂敷VonKarman型导体柱的TE波双站RCS，分析了等离子体涂层厚度d、碰撞频率Vc以及电子回旋频率ωce对其双站RCS的影响。文中时谐因子取exp(jωt)。

摘要： 采用移位算子(Shift Operator，SO)方法把FDTD推广应用于二维各向异性色散介质—磁化等离子体中。首先证明电磁波横向入射二维轴向磁化等离子体目标情形下，电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波)，通过采用SO方法处理磁化等离子体频域本构关系得到该情形下目标电磁散射的SO-FDTD迭代计算公式。计算了轴向磁化等离子体涂敷VonKarman型导体柱的TE波双站RCS，分析了等离子体涂层厚度d、碰撞频率Vc以及电子回旋频率ωce对其双站RCS的影响。文中时谐因子取exp(jωt)。

摘要： 采用移位算子(Shift Operator，SO)方法把FDTD推广应用于二维各向异性色散介质—磁化等离子体中。首先证明电磁波横向入射二维轴向磁化等离子体目标情形下，电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波)，通过采用SO方法处理磁化等离子体频域本构关系得到该情形下目标电磁散射的SO-FDTD迭代计算公式。计算了轴向磁化等离子体涂敷VonKarman型导体柱的TE波双站RCS，分析了等离子体涂层厚度d、碰撞频率Vc以及电子回旋频率ωce对其双站RCS的影响。文中时谐因子取exp(jωt)。

摘要： 采用移位算子(Shift Operator，SO)方法把FDTD推广应用于二维各向异性色散介质—磁化等离子体中。首先证明电磁波横向入射二维轴向磁化等离子体目标情形下，电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波)，通过采用SO方法处理磁化等离子体频域本构关系得到该情形下目标电磁散射的SO-FDTD迭代计算公式。计算了轴向磁化等离子体涂敷VonKarman型导体柱的TE波双站RCS，分析了等离子体涂层厚度d、碰撞频率Vc以及电子回旋频率ωce对其双站RCS的影响。文中时谐因子取exp(jωt)。

摘要： 超宽带脉冲天线作为信号与空间场的线性时空变换器,其设计和研制是人们近年来非常关注的课题.本文研制了一种贴片电阻加载的振子天线,用FDTD方法对其进行的分析和实际应用结果表明天线具有良好的波形保真度,良好的辐射特性和收发隔离效果.可以广泛地应用于各种超宽带系统.

摘要： 本发明公开了一种“M(2，4)FDTD+FDTD”的低色散低频地波传播时延预测方法，该方法通过对整个计算区域进行分层处理，将粗网格M(2，4)FDTD算法(用于上层区域)与细网格传统FDTD算法(用于下层区域)相结合，利用修正因子以及亚网格技术，进行低频地波传播时延的高精度快速预测，本发明解决了传统全区域FDTD算法在减小数值色散误差与降低计算机消耗之间的矛盾，提高了低频地波传播时延预测精度的同时，减少了计算机内存资源占用，提高了计算速度。

摘要： 本发明涉及仿真处理领域，尤其涉及一种多环路的FDTD电磁场仿真分析方法、系统、设备和介质。一种多环路的FDTD电磁场仿真分析方法，包括：获取目标模型的第一网格数据和第二网格数据；所述第一网格数据和所述第二网格数据分别为不同的网格类型数据；以所述第一网格数据和所述第二网格数据进行求交运算，得到以所述第一网格数据为基础的交线数据；以所述交线数据处理所述目标模型，进而基于FDTD算法得到所述目标模型的电磁场结果。通过使用目标模型的第一网格数据和第二网格数据进行求交运算，得到以第一网格数据为基础的交线数据后对目标模型进行二次处理，此时使用FDTD算法对目标模型进行电磁场求解，不会出现精度损失。

摘要： 本发明公开了一种基于系统矩阵结合的CN‑FDTD仿真方法、装置、计算机设备及存储介质，该方法包括：对待仿真材料分别建立电磁参数分布模型和3D几何模型；对所述3D几何模型赋予对应的电磁材料属性；设置对应的初始条件和边界条件；结合所述初始条件和边界条件，并利用均匀网格对所述3D几何模型进行剖分；利用平面电磁波斜入射至剖分后的3D几何模型；通过基于系统矩阵结合的CN‑FDTD方法的模拟计算过程，对所述三维时间域电磁场量在模拟计算过程中的每一个时间步进行记录，并采用离散傅立叶变换获取三维频率域电磁场量，实现三维全波电磁仿真过程。本发明实施例可快速获取所述三维时间域电磁场量分布以及实现对较低频的电磁问题实现相应的精准仿真。

摘要： 本发明公开了一种FDTD网格剖分方法。本发明FDTD网格剖分方法包括将模型的三角面元转换为模型的表面Yee网格的步骤，该步骤具体如下：首先确定每个三角面元的随机填充点数narea，然后在对应的三角面元中填充均匀分布的narea个随机散点，最后将随机散点的坐标映射到问题空间中，从而得到模型的表面Yee网格。本发明还公开了一种FDTD电磁计算方法。本发明首次提出采用三角面元随机插值的方式进行模型表面Yee网格的填充，相比传统的射线追踪法，本发明网格剖分方法可在保证FDTD计算结果有效性的同时，提高计算效率，降低计算资源的消耗。

摘要： 本发明公开了一种“M(2，4)FDTD+FDTD”的低色散低频地波传播时延预测方法，该方法通过对整个计算区域进行分层处理，将粗网格M(2，4)FDTD算法(用于上层区域)与细网格传统FDTD算法(用于下层区域)相结合，利用修正因子以及亚网格技术，进行低频地波传播时延的高精度快速预测，本发明解决了传统全区域FDTD算法在减小数值色散误差与降低计算机消耗之间的矛盾，提高了低频地波传播时延预测精度的同时，减少了计算机内存资源占用，提高了计算速度。

摘要： 本发明公开了一种基于切比雪夫FDTD的电磁数值计算方法，首先将数值计算的时间区间等分为多个较小的时间区段，所述时间区段的长度大于激励信号的支撑边界；从第一个时间区段开始，对当前时间区段使用切比雪夫FDTD进行数值计算，并将所得到的时域结果的终值作为下一个时间区段的初值，对下一个时间区段继续使用切比雪夫FDTD进行数值计算，依此类推，从而获得所有时间区段的时域结果；最后将所有时间区段的时域结果合成为所述时间区间内的完整的时域结果。相比现有技术，本发明通过分段计算的方式有效提升了电磁数值计算的计算效率，降低计算资源消耗。

摘要： 本发明涉及仿真处理领域，尤其涉及一种多环路的FDTD电磁场仿真分析方法、系统、设备和介质。一种多环路的FDTD电磁场仿真分析方法，包括：获取目标模型的第一网格数据和第二网格数据；所述第一网格数据和所述第二网格数据分别为不同的网格类型数据；以所述第一网格数据和所述第二网格数据进行求交运算，得到以所述第一网格数据为基础的交线数据；以所述交线数据处理所述目标模型，进而基于FDTD算法得到所述目标模型的电磁场结果。通过使用目标模型的第一网格数据和第二网格数据进行求交运算，得到以第一网格数据为基础的交线数据后对目标模型进行二次处理，此时使用FDTD算法对目标模型进行电磁场求解，不会出现精度损失。

摘要： 本发明属于电磁场数值仿真技术领域，具体涉及电磁场时域有限差分方法中能够实现模式源精确输入的方法。一种FDTD算法中实现模式源精确输入的方法，包括：设置介质参数分布，在FDTD仿真空间选取模式源输入面并进行模式求解；对输入面上模式源的电场、磁场的时间域函数进行相位修正；将经过相位修正的电场和磁场时间域函数输入FDTD的迭代计算中。本发明提供的FDTD算法中实现模式源精确输入的方法，在模式源时间域函数在耦合入FDTD的计算空间时，根据介质系数和计算空间的网格设置来对模式源时间域函数进行相位修正，以提高模式源的耦合效率，提高模式源输入的精确度。

摘要： 本发明公开了一种分析甚低频电磁波在地‑电离层中传播的FDTD方法。本发明首先模拟出地‑电离层电磁环境，再通过两次坐标系转换简化运算，接着用SO‑FDTD算法计算具体传播情况，最后控制各地‑电离层参数分析总结传播特性。本发明从单纯的辐射场计算扩展到传播特性，更进一步地研究了甚低频电磁波在地‑电离层波导中的传播，对于超远程导航、潜艇通信、天气预测等领域的研究有着重要参考意义。本发明可以解决和分析有关甚低频电磁波在地‑电离层波导中的传播特性问题。

摘要： 本发明公开了基于亚网格和单步ADI‑FDTD的电磁场仿真方法，包括以下步骤：基于单步ADI‑FDTD、亚网格、FDTD，通过设置吸收边界条件、周期边界条件、总场边界条件、散射场边界条件，构建电磁场仿真模型，其中，电磁场仿真模型用于通过选取探测点和探测面，获取仿真区域的反射场和透射场的电场的时域波形图，以及仿真区域的频域信息，对电磁场进行仿真；相对于传统的FDTD算法，本发明提供的方法在仿真过程中可以节省39.28％的内存，并且可以节省98.01％的计算时间。