本征值问题和可视化技术在电磁场计算中的应用

齐次边界条件或周期性边界条件下的Laplace场构成Sturm-Liouville型本征值问题。求解本征值问题可得一系列的本征值和对应的本征函数。由这些本征函数构成了对应的Laplace边值问题的级数通解。揭示了用于计算电磁场问题的新型等效源方法（包括圆形等效源方法、矩形等效源方法和矩形－圆形等新源混合算法）和本征值问题之间的内在联系，也即阐明了本征值问题是新等效源方法的理论基础。应用模拟电荷法、多极子法、多极理论和新型等效源方法等方法求解计算电磁场时，有关参数（诸如模拟电荷、内外极或者等效源的数目和位置安排，尤其是模拟电荷电量的大小、内外极的次数或者等效源的阶数等）的选择问题是影响这些方法应用的瓶颈。在计算过程中综合应用解的图形显示和校核点处的计算值的误差大小来确定有关参数，既可以确保解的正确性，又可以极大地提高计算效率和计算精度。     

基于矩量法的舰艇设备辐射电磁环境预测

借助电磁场数值计算方法,对舰艇设备辐射电磁环境预测技术作了一定研究.根据等效原理及电磁场的连续性原理,由设备近场扫描数据在其辐射口径面上确立等效磁流源及设备与等效源之间联系的电场积分方程,按矩量法原理将电场积分方程转换为矩阵方程并求解,再由等效源计算预测设备辐射电磁环境,计算预测过程用MATLAB语言编写程序代码实现.为了验证理论及演算过程的正确性,设计了验证试验,试验数据与预测结果相比较,一致性较好.     

缝隙辐射源近远场转换的园柱面等效磁流法

介绍利用圆柱面上的等效磁流源进行缝隙辐射源近场到近场与远场的转换.利用辐射源近场的模拟测量数据确定假设的圆柱面上的等效磁流源,进而推算出其近场和远场辐射特性.采用圆柱面比采用平面更易于工程实现.给出了关于测量近场和等效源之间关系的电场积分方程,并通过矩量法将积分方程转化为矩阵方程.使用奇异值分解法求解矩阵方程的最小二乘解.给出了单个缝隙天线以及缝隙阵列的近场和远场计算结果,与解析公式的计算结果相吻合,从而证明了所提出的方法的正确性.     

基于船型与区域等级的舰船轴频电场计算

在利用等效点电荷对舰船轴频电场换算时，存在着因等效源位置不够合理而造成误差较大的问题。通过目标船的船型系数与尺度比来确定等效源在各个方向上的布置位置和间距，并根据结构布置特点对目标船的各部分进行分区和分级，确定区域等级权值。有针对性地在各区域内调整等效源布置，提出基于船型与区域等级的等效源位置确定方法，并引入粒子群算法对计算模型进行优化。利用模型实验对所述方法的有效性进行检验，结果表明，基于船型与区域等级的等效源位置确定方法能够较精确地实现对轴频电场信号包络的模拟计算，经粒子群算法优化后误差进一步下降，为轴频电场的预测与仿真计算提供了新的途径。     

基于边界等效源的舰艇磁异常推算技术研究

用等效源法实现舰艇磁异常推算通常将等效源置于舰艇所占空间内,其位置分布参数常依赖人为经验确定,从而直接影响了等效源法在舰艇磁异常推算中的通用性。针对该问题,从边界积分理论及等效原理出发,分别建立了以边界单层源、双层源和混合源为未知量的边界等效源舰艇磁异常推算模型。与应用于舰艇磁场建模中传统等效源法相比,其等效源只需分布于边界面上,从而大大降低了人为因素的影响。基于磁场测量值来求解边界等效源磁性参数属磁场逆问题,磁场测量数据中信息量的不足通常使其表现出一定的病态性。为减小测量误差等因素对计算结果的影响,应用截断奇异值分解方法对模型进行了求解,并分析了所用磁场数据类型对建模的影响;采用数值算例和船模实验对边界等效源舰艇磁异常模型进行了分析比较。结果表明,基于截断奇异值分解方法求解的边界等效源舰艇磁异常模型,可有效克服传统等效源法在舰艇磁异常建模中的不足,推算结果令人满意。     

鱼雷电磁引信辐射装置合成场的建模与仿真

针对由四个棒形辐射器组合成的鱼雷电磁引信辐射装置合成场的计算问题,论文从磁偶极子场的数学模型出发,将单个棒形辐射器等效成磁偶极子,给出了磁矩分量的表达式,通过对各磁矩分量产生的辐射场进行分解与叠加,最终推导出了鱼雷电磁引信辐射装置合成场的数学模型.仿真结果表明,当α(≤)30°时,对称配置的辐射装置可以等效为磁矩方向与鱼雷纵轴重合的磁偶极子模型.     

基于最小化振速重构误差的等效源分布优化方法研究

针对波叠加法计算声场存在的预报精度受等效源分布位置及计算频率影响的问题,研究了使用预报的声压逆向求解结构边界法向振速时存在振速重构误差的问题,推导了声压预报误差与振速重构误差之间的解析关系,研究发现减小振速重构误差能够降低声场预报误差.为提高波叠加法的声场计算精度,提出了一种基于最小化振速重构误差优化确定等效源位置分布的方法,并设计了一种频率阈值准则来确定一定数量等效源所适用的计算频率范围.通过数值仿真和试验对所提方法进行了验证,结果表明所提方法能够有效降低声场预报误差,可用于实际声场计算.     

虚拟声源定位的等效源近场声全息算法

基于等效源的近场声全息算法不受声源形状限制,具有较强的环境适应性,考虑到声场重构的精度,提出一种基于虚拟声源定位的改进算法,分别在声源频率与重构距离变化情况下比较改进前后算法的重构精度与重构效果,利用仿真分析与实验验证,证明了基于等效源的近场声全息算法在水下运用的可靠性,以及基于虚拟声源定位进行声场重构时在声源分辨与声场还原的优势。在实验结果中,声源频率变化时,改进后算法的误差在低频时降低1.97～5.44 dB;重构距离变化时,改进后算法的误差降低1.97～3.99 dB。     

混合动力船舶等效油耗最小能量管理策略

为了降低混合动力船舶的燃油消耗，同时解决传统等效油耗最小能量管理策略（ECMS）易导致动力设备处于恶劣工况的缺点，提出一种利用逻辑门限值规则对混合动力系统工作模式进行预识别的改进ECMS，并采用改进的蚁群算法对充放电等效因子进行离线优化。在船舶典型航行工况下，通过MATLAB/Simulink建立的船舶仿真模型进行逻辑门限值能量管理策略、等效因子分别取经验值和优化值的改进ECMS的仿真分析。结果表明：等效因子寻优后的改进ECMS有更好的燃油经济性，同时也利于保证电池荷电状态（SOC）平衡和动力设备的效率。     

笼形结构对甚低频T形发射天线电特性影响的分析

笼形结构通过等效加粗导线直径可降低甚低频T形发射天线的特性阻抗,改善输入阻抗特性,展宽天线工作带宽。文章采用矩量法计算了笼形与线形两种甚低频发射天线结构、不同笼直径、不同顶线长度天线的输入阻抗特性,并进行了分析对比。