目標(biāo)與環(huán)境電磁散射特性建模

前言

電磁場(chǎng)理論與計(jì)算在對(duì)多類科學(xué)與工程問(wèn)題的理解與解釋中起著極其重要的作用。1866年，英國(guó)科學(xué)家J．C．麥克斯韋（Maxwell）在解電磁場(chǎng)微分方程過(guò)程中就預(yù)測(cè)到電磁場(chǎng)輻射波的存在，其后20年，赫茲（Hertz）在他的實(shí)驗(yàn)室中證明了麥克斯韋的科學(xué)推理，在歷史上首次產(chǎn)生并接收到了無(wú)線電電磁波?？梢?，在人類思維中，嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)有它可貴的特殊位置。同樣，在無(wú)線電科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展長(zhǎng)河中，電磁場(chǎng)理論與計(jì)算對(duì)該領(lǐng)域一直起著重要的推動(dòng)作用。20世紀(jì)30年代，雷達(dá)問(wèn)世。接著，微波遙感、目標(biāo)隱身（低散射）、目標(biāo)分類與識(shí)別等科學(xué)技術(shù)相繼興起，它們對(duì)目標(biāo)與環(huán)境電磁散射特性研究提出了很高的要求，從而促進(jìn)了電磁散射理論和計(jì)算的發(fā)展。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，求解電磁散射場(chǎng)和逆散射問(wèn)題大致可分為三類方法。一是精確解析解。用解析式描述邊界問(wèn)題，它適用于具有符合坐標(biāo)系并使波動(dòng)方程可分離的一類幾何結(jié)構(gòu)目標(biāo)的散射求解。二是數(shù)值計(jì)算。對(duì)麥克斯韋方程或與之等效的積分方程采用數(shù)值計(jì)算法求解，典型的是矩量法，隨著計(jì)算技術(shù)提高，有限元法、時(shí)域有限差分法、快速多極子算法以及有限積分法等數(shù)值計(jì)算方法都相當(dāng)有效。三是高頻近似算法。由于多數(shù)受微波照射的雷達(dá)目標(biāo)都處于光學(xué)區(qū)（目標(biāo)尺度遠(yuǎn)大于照射波波長(zhǎng)），因此可以基于場(chǎng)局限性原理來(lái)處理目標(biāo)結(jié)構(gòu)的有限性，高頻近似算法在處理相關(guān)的邊緣、表面行波、爬行波和多次繞射等問(wèn)題時(shí)都很有效，算法雖然近似，但能滿足工程要求，尤其多種方法相混合，其結(jié)果更為準(zhǔn)確。這些方法包括幾何光學(xué)法、幾何繞射理論、一致性繞射理論、物理光學(xué)和物理繞射理論等。

內(nèi)容概要

　　光纖光柵具有不受電磁干擾及光路光強(qiáng)波動(dòng)影響、波長(zhǎng)絕對(duì)編碼和易于實(shí)現(xiàn)分布式傳感等突出優(yōu)點(diǎn)，自出現(xiàn)以來(lái)已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，首先在光纖通信及光纖傳感領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，并將隨著全光通信網(wǎng)絡(luò)和光纖傳感技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。在光纖通信方面，由于光纖光柵自身結(jié)構(gòu)決定，便于實(shí)現(xiàn)波分、時(shí)分、空分復(fù)用和容易與光纖及其他光學(xué)器件連接，可直接參與光譜分析、光學(xué)通信、光學(xué)編碼，在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)成大型通信傳感網(wǎng)絡(luò)。在光纖傳感方面，光纖光柵為光纖傳感技術(shù)開辟了一個(gè)新的應(yīng)用研究領(lǐng)域，采用適當(dāng)?shù)姆庋b技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)溫度、應(yīng)變、壓力、位移、加速度、電流、電壓、磁場(chǎng)、濃度等多參量的測(cè)量。進(jìn)一步研究表明，這種元件可用來(lái)埋入被測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部或粘貼其表面，對(duì)大型工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)，及時(shí)識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷，對(duì)可能出現(xiàn)的災(zāi)害提前預(yù)警，對(duì)提高結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性具有重大的科學(xué)意義和顯著的應(yīng)用價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介

韓景寶中共黨員，高級(jí)工程師，1988年畢業(yè)于西安交通大學(xué)，研究生學(xué)歷。現(xiàn)就職于中國(guó)石油天然氣總公司，主管液化氣海洋運(yùn)輸船隊(duì)裝備，負(fù)責(zé)液化氣運(yùn)輸船舶修理與管理；擔(dān)任新建造液化氣運(yùn)輸船設(shè)計(jì)選型談判首席技術(shù)代表；2007年—2008年任液化氣運(yùn)輸船舶總監(jiān)造及首席代表。船舶

書籍目錄

第1章　緒論
　1.1　引言
　1.2　光纖光柵的發(fā)展與分類
　　1.2.1　光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展
　　1.2.2　光纖光柵的分類
　1.3　光纖光柵在傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用
　1.4　光纖光柵制作技術(shù)　
　　1.4.1　干涉寫入法
　　1.4.2　逐點(diǎn)寫入法
　　1.4.3　組合寫入法
　1.5　光纖光柵退火及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
　　1.5.1　光纖光柵衰變模型
　　1.5.2　光纖光柵退火實(shí)驗(yàn)
　1.6　光纖光柵封裝技術(shù)
　　1.6.1　保護(hù)性封裝
　　1.6.2　敏化封裝
　　1.6.3　補(bǔ)償性封裝
　參考文獻(xiàn)
第2章　光纖光柵傳感特性分析
　2.1　光纖光柵的理論模型
　2.2　光纖光柵軸向應(yīng)變特性分析
　　2.2.1　軸向均勻應(yīng)變作用下光纖光柵特性分析
　　2.2.2　軸向非均勻應(yīng)變作用下光纖光柵特性分析
　　2.2.3　光纖光柵軸向受力實(shí)驗(yàn)
　2.3　光纖光柵溫度特性分析
　2.4　光纖光柵交叉敏感特性
　2.5　光纖光柵橫向受力特性分析
　　2.5.1　光纖光柵橫向均勻受力特性分析
　　2.5.2　光纖光柵橫向局部受力特性分析
　　2.5.3　光纖光柵橫向不均勻受力特性分析
　　2.5.4　光纖光柵橫向受力實(shí)驗(yàn)
　2.6　光纖光柵扭轉(zhuǎn)特性分析
　　2.6.1　高雙折射光纖光柵扭轉(zhuǎn)模型
　　2.6.2　光纖光柵扭轉(zhuǎn)特性實(shí)驗(yàn)
　參考文獻(xiàn)
第3章　新型光纖光柵傳感器
　3.1　光纖光柵埋入式應(yīng)變傳感器
　　3.1.1　應(yīng)變傳遞分析
　　3.1.2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　3.1.3　性能測(cè)試
　3.2　光纖光柵溫度傳感器
　　3.2.1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　3.2.2　性能測(cè)試
　3.3　光纖光柵應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)量傳感器
　　3.3.1　基于預(yù)應(yīng)變的FBG傳感頭設(shè)計(jì)
　　3.3.2　溫度和應(yīng)變特性標(biāo)定實(shí)驗(yàn)
　3.4　光纖光柵位移傳感器
　3.5　光纖光柵加速度傳感器
　3.6　基于懸臂梁的光纖光柵振動(dòng)傳感器
　3.7　光纖光柵剪力傳感器
　　3.7.1　理論分析
　　3.7.2　實(shí)驗(yàn)標(biāo)定分析
　……
第4章　光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)復(fù)用技術(shù)
第5章　光纖光柵解調(diào)技術(shù)
第6章　優(yōu)化算法在光纖光柵譜型分析中的應(yīng)用
第7章　光纖光柵傳感器工程應(yīng)用
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：前面介紹幾何光學(xué)和幾何繞射理論均是以射線理論來(lái)分析空間的場(chǎng)特性，但是射線理論在焦散點(diǎn)和焦散面處相應(yīng)的場(chǎng)量是奇異的，如當(dāng)圓形平板邊緣被置于其中心的單極子所照射，或圓對(duì)稱拋物面天線被置于其焦點(diǎn)的饋源照射時(shí)，圓形邊緣各元段產(chǎn)生的繞射線將在上述兩者中心軸線上相交而形成焦散。在焦散區(qū)，幾何繞射理論的算法失效。通?？梢杂袃煞N方法來(lái)求解焦散區(qū)之場(chǎng)：其一是物理光學(xué)（PO），其二是等效電磁流（ECM）。此兩者共同之處是均為對(duì)源分布求其繞射積分。對(duì)三維問(wèn)題而言，物理光學(xué)是對(duì)面電流或面磁流積分，而等效電磁流法是對(duì)線電流或線磁流積分。對(duì)于二維問(wèn)題，ECM不需要進(jìn)行積分而物理光學(xué)積分也簡(jiǎn)化為線積分。

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