Mathieu函数及其加法定理的数值计算

利用Mathieu函数的级数展开及其特征值的数值迭代多项式,数值计算了Mathieu函数及其加法定理。当r≤30、0≤q≤50时,所编制的程序在微机上的数值结果与文献[1]结果相吻合,其计算精度达10^-5。     

Vlasov方程的数值求解

研究环形加速器中的纵向微波不稳定性,发展了Vlasov方程在(J,φ)坐标下用正交多项式展开的数值计算程序,并把它用于对微波不稳定性的初步研究.     

大气边界层模式中随机参数的反演与不确定性分析

在大气边界层气象中湍流黏性系数是一个很重要的参数,通过直接观测往往无法得到其准确值,仅能通过间接观测获得大致范围.本文选用随机广义Ekman动力近似模式中的湍流黏性系数进行反演研究与不确定性分析.首先利用风速观测数据,并采用基于混沌多项式的集合Kalman滤波方法对系数进行反演,降低其不确定性,缩小可能取值的范围,该方法的核心思想是将集合Kalman滤波方法中求解模式不确定性传播的方法由蒙特卡罗法改为混沌多项式展开,从而避免大规模采样带来的计算资源耗费.然后进行数值实验,结果表明该方法能够有效且快速地求解出湍流黏性的后验概率分布,从而达到降低系数不确定性的目的.根据系数的先验分布计算出风速的先验分布,从而找到风速不确定性大的区域,且揭示了在不确定性大的区域内的观测数据进行系数反演可得到十分明显的效果,这对于观测点位置的选择提供了重要的指导.     

卷云冰晶粒子散射相函数的展开系数研究

冰晶粒子散射相函数的多项式展开可以应用于卷云条件下大气辐射传输模式的计算。本文利用广义球函数对表面严重粗糙的冰晶粒子相函数进行展开,并对表面严重粗糙的实心棱柱模型、实心棱柱聚合物模型和一般种类混合模型3种冰晶粒子的展开系数特性进行分析研究,数值计算结果表明了广义球函数对表面严重粗糙的冰晶粒子多项式展开的有效性。     

基于多项式回归模型的扫描仪色度特征化

为了实现扫描仪精确的色度特征化,详细研究了多种不同项数、不同变换类型多项式回归模型,多项式的项数分别为3,5,9,11,18和20,变换类型包括扫描仪RGB空间到CIEXYZ或CIELAB空间的多种变换。以ANSIIT8.7/2标准色卡为色靶,对同一台扫描仪进行了色度特征化。实验结果表明,多项式项数小于11时,不同类型模型间的精度差异大,且线性化RGB能提高模型精度;项数大于11时,模型间精度差异缩小,而线性化RGB反而会降低模型精度。实验中,多项式项数为20时的RGB到CIEXYZ变换模型特征化精度最好,平均色差和最大色差分别为0.832和2.988 CIELAB色差单位。     

一种更具普适性的浅海不确定声场快速算法

非嵌入式随机多项式展开法是目前性能最优的一种不确定声场快速算法,但配点的选择对算法计算精度影响较大,且当计算随不确定海洋环境参数变化剧烈的声场输出时,需采用分段概率配点法等特殊方法处理。基于Kriging模型提出了一种新的浅海不确定声场快速算法,首先给出了该算法的理论推导,然后通过数值计算验证了算法性能,并给出具体的物理解释,结果表明:在同等条件下,新算法的计算精度较非嵌入式随机多项式展开法更高;无需针对声场输出随不确定海洋环境参数的变化情况采取特殊处理过程;克服了非嵌入式随机多项式展开法为提高计算精度将随机多项式展开至非常高的阶数,从而增加计算量的不足;较非嵌入式随机多项式展开法,其样本点的选择简单易行,且可直接计算误差,因此,本文算法较非嵌入式随机多项式展开法普适性更强。     

多次散射辐射传输计算中的相函数处理

在实际大气中,分子和粒子不仅遭受单次散射,还遭受多次散射。本文首先计算了多次散射在总散射量中的贡献。结果表明当光学厚度大于0.1时,多次散射在总散射量中的贡献将超过10%,因此必须考虑多次散射的作用。在多次散射辐射传输计算时,一般需把散射相函数展开为勒让德(Legendre)函数的多项式。有些介质如云或气溶胶粒子,散射相函数前向非常尖锐。展开的Legendre多项式需数百项甚至上千项才能收敛,而计算时间与展开项数的3次方成正比。本文介绍了在辐射传输计算时对尖锐相函数的δ-M和δ-fit处理方法,比较了两种方法的计算结果。当计算用的流数相同时,δ-fit方法的计算结果比δ-M方法的计算结果要精确得多;当计算结果精确度相同时,δ-fit方法的流数比δ-M方法的流数少得多,运算速度也快很多。δ-fit方法是目前处理散射相函数的理想方法,可以大大提高计算的精度以及缩减运算时间。     

家用空调冷凝器的仿真与实验研究

为了缩短对家用空调冷凝器的性能研究时间和开发新产品的周期,开发了冷凝器仿真程序。利用分布参数模型对家用空调冷凝器进行仿真计算,并设计建立了冷凝器实验装置,对仿真结果进行实验验证。对冷凝器进行了在不同风速,不同冷凝温度下的实验,进行分析得到实验结果。并将其与仿真程序的计算结果进行了比较。通过比较证明了仿真结果和实验结果总体变化趋势一致;在相同工况下,模拟换热量的数值比实验换热量要低7.7%~12%;由此验证了仿真程序的可行性。     

有限元方法在中子测井数值模拟中的应用

讨论了有限元方法在中子测量井数值模拟中的应用。用有限元方法求解多群Ｐ１近似中子输运方程，编制了二维有限元程序ＦＥＭＬＯＧ，并对中子测井问题进行了数值计算，所得结果同国际通用二维ＳＮ程序的计算结果进行了比较，二者符合良好，但其计算速度比ＳＮ方法快得多。     

干涉图数据处理中的几个合理性判据

在干涉图数据处理中,构成波差多项式的基底函数的性质,正则方程的求解方法,抽样点的分布与数量等对确定波差函数的解都有影响;同时在数值化的过程中,不可避免地要引入测量误差,它对波差函数的解也有较大的影响.本文利用数理统计分析的方法对上述问题产生的误差进行精确的定量分析,并给出了各自模拟计算的结果及判断波差多项式的基底函数与项数的选择、抽样点的分布与数量、拟合结果等是否合理的定量判据.     

由重构矩阵存储精度引起的波前重构误差的研究

 采用Southwell区域法波前重构模型对泽尼克多项式的前几项进行了波前重构的数值模拟, 研究了由重构矩阵存储精度原因而引起的波前重构误差。结果表明,对于前六项,以8Bit的数据精度来存储重构矩阵就能保证波前重构误差不超过1.0%,而对于具有更高阶的泽尼克多项式,比8Bit更高的数据精度不会使误差减小。对一个测量所得的波前进行了研究,所得结果和上述结论相符合。     

Zernike aberration coefficients transformed to and from Fourier series coefficients for wavefront representation

The set of Fourier series is discussed following some discussion of Zernike polynomials. Fourier transforms of Zernike polynomials are derived that allow for relating Fourier series expansion coefficients to Zernike polynomial expansion coefficients. With iterative Fourier reconstruction, Zernike representations of wavefront aberrations can easily be obtained from wavefront derivative measurements.     

基于模型选择的模式波前重构算法研究

基于Zernike模式的波前重构算法通常忽略实际波前像差构成的差异, 而用一定数量的低阶Zernike模式进行波前重构, 导致模式混淆或耦合等问题, 进而影响波前重构的精度. 根据信息论中的最小描述长度准则对重构模型的阶数进行了选择, 在此基础上应用非线性优化算法计算重构系数, 并最终实现波前重构; 对不同信噪比条件下振幅均匀分布入射光束的波前进行了重构. 结果表明: 该算法不但能够实现相对于现有算法相对较高的波前重构精度, 并且具有优良的噪声适应性, 体现了模型选择在模式法波前重构算法中的意义.     

环扇形分块主镜的波面拟合及重构方法研究

用有限元分析获得了环扇形分块主镜的镜面热变形数据,分别用圆域Zernike多项式和环扇域Zernike多项式对其进行了波面拟合,比较了用两种多项式的拟合精度。基于哈特曼-夏克波前传感器对由环扇形镜面热变形引起的畸变波前进行了模式法重构,分析了用上述两种多项式重构时矩阵条件数和测量误差对重构精度的影响。     

Modal wavefront reconstruction for radial shearing interferometer with lateral shear

In a radial shearing interferometer, a portion of the test beam is magnified and used as the reference for the tested wavefront. However, the reference portion is always off center (lateral shear), which complicates the wavefront reconstruction. A modal method for solving this problem is presented here. This method uses orthogonal Zernike polynomials and its matrix formalism to calculate the Zernike coefficient of the wavefront under test. This approach has easier implementation, is better filtering, and has a more adaptive practical situation. The corresponding mathematical formula is deduced, and a computer simulation is also made to verify operation of the algorithm. The result of simulation analysis shows that the proposed method is correct and accurate.     

基于衍射光栅曲率波前传感器的实时波前重构研究

自适应光学系统要求波前传感器能实现动态实时测量,曲率波前传感技术符合这一发展要求。一种新型的基于扭曲衍射光栅的曲率波前传感器在探测装置的实现方法方面具有较大优势,其波前重构已应用于光学度量。根据衍射光学理论,对其探测信号进行数值模拟,并利用Neumann边界条件的Green函数法对其波前重构进行数值模拟。结果表明：Green函数法归结为2矩阵相乘,计算速度快,达到实时重构要求; Green函数法对阶数不高的Zernike多项式重构效果较好;影响重构误差的主要因素是光强梯度的边界噪声。     

Modal Description of Wavefront Aberration in Non-circle Apertures

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｗｅｏｆｔｅｎｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｓｔａｔｉｃｏｒｄｙｎａｍｉｃｗａｖｅｆｒｏｎｔａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓａｓｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｓ,ｓｕｃｈａｓｐｉｓｔｏｎ ,ｔｉｌｔ,ｄｅｆｏｃｕｓ,ｃｏｍａ,ｓｐｈｅｒａｌａｎｄｓｏｏｎ .ＴｈｅｓｅｍｏｄｅｓａｒｅｓｉｍｉｌａｒａｓｓｏｍｅｌｏｗｅｒｏｒｄｅｒｓｏｆＺｅｒｎｉｋｅｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｓ.ＴｈｅＺｅｒｎｉｋｅ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｓａｒｅｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｎｃｉｒ…     

哈特曼夏克传感器的泽尼克模式波前复原误差

利用哈特曼－夏克传感器测量圆孔径内波像差时，通常使用泽尼模式复原算法。推导了一般情况下哈特曼－夏克传感器泽尼克模式波前复原误差的计算公式。用哈特曼－夏克传感器测量一个像差板的随机静态像差，通过与ZYGO干涉仪的测量结果比较，得到不同泽尼克模式复原阶数下的波前复原误差的实验结果，并与理论计算结果进行了对比。     

基于DDE接口技术的计算机辅助装调方法

根据波前拟合和计算机辅助装调的算法原理,基于动态数据交换（DDE）接口技术和泽尼克多项式拟合技术,采用阻尼最小二乘法,运用MATLAB和ZEMAX联合计算实现了计算机辅助装调。利用DDE接口在ZEMAX和MATLAB之间进行通讯,并用MATLAB编写了能够生成各阶泽尼克圆多项式和环多项式的基底矩阵函数的可视化的计算机辅助装调程序,实现了程序的通用性及易用性。使用该程序对大遮拦比光学系统进行模拟装调,验证了程序的正确性。为了确认泽尼克圆多项式在环域上的相关性对计算机辅助装调结果的影响,分别采用泽尼克圆多项式和环多项式进行模拟装调。模拟结果表明：计算机辅助装调使用这两种泽尼克多项式均可行。