Stark线形与ICF等离子体诊断

本文理论计算了ICF等离子体中离子或原子的发射谱线线形函数,该线形主要是由Stark效应产生的.我们的研究表明该谱线线形函数的宽度随电子温度变化很缓慢,而随电子密度变化很敏感.结合局部热动平衡理论,并利用实验测量的氩(Ar)和硫(S)的α线与β线的线强比,分别估算出等离子体的电子温度为885 eV和793 eV.通过理论计算的Stark线形函数与ICF实验谱线的比较,估算出ICF等离子体的电子密度Ne=1.0×1024.     

近地面大气光学湍流外尺度的实验研究

分析了含有外尺度的Von-Karman湍流空间相关函数模型, 并利用光纤湍流空间传感阵列的实测数据, 根据拟合算法获得了大气光学湍流空间外尺度的值及日变化, 对模型的适用性进行了实验验证. 将空间相关函数理论与空间多点同步测量的数据相结合, 尽可能清晰地展现了几种适合用相关函数描述的湍涡尺度. 结果表明, 在1.8 m的草地上, 大气光学湍流的外尺度呈现出白天较大、夜间较小的日变化趋势, 正午前后均值约为0.44 m, 夜间约为0.3 m. 有三点需要说明: 其一, 当两点间距恰好等于外尺度时, 其空间相关系数为0.26, 当两点间距超过外尺度之后, 仍具有一定的相关性; 其二, 积分尺度代表了湍涡尺度的平均值, 该值略小于外尺度; 其三, 湍涡的最大尺度所对应的湍流空间相关性为0, 其值略大于外尺度. 不难发现: 湍涡三种尺度的日变化与湍流强度的日变化趋势非常相似. 以空间布点探测的方法获取湍流特征尺度, 结果直观, 而且能够直接验证湍流空间相关函数模型, 所以可在一定程度上促进湍流空间结构特性的研究.     

近地面大气光学湍流空间相关特性的实验研究

本文提出了基于光纤湍流传感器阵列的大气光学湍流空间相关函数测量原理, 并确定了具体的测量方案和数据统计方法. 利用光纤湍流传感器阵列在近地面开展了大气光学湍流空间相关特性的实验测量研究, 尽可能全面地展示光学湍流空间相关函数的各种形式. 结果表明, 大气光学湍流的一维空间相关函数主要表现为两种结构形态, 其一, 58.7%基本符合各向同性湍流空间相关函数模型, 其相关函数在一定尺度范围内呈现随尺度的增大而减小的趋势, 当超过该尺度时, 相关系数接近于0; 其二, 另有37.9%表现为与尺度无关, 相关系数维持在0附近小幅度随机振荡. 不难发现:光学湍流的空间相关特性主要取决于湍流的强弱和湍流是否得以充分发展, 同时, 湍流的相干结构将引起空间相关函数的小幅度振荡. 以空间布点探测直接获取光学湍流空间相关函数的方法, 不仅为分析湍流空间结构奠定了实验基础, 同时, 也为进一步建立非K湍流模型提供了理论开端.     

高超声速模型尾迹电子密度二维分布反演方法

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.     

大气压介质阻挡放电超四边形斑图的等离子体参量

本工作利用双水电极介质阻挡放电装置,采用发射光谱方法,在大气压氩气介质阻挡放电中研究了由不同空间尺度 微放电通道构成的超四边形斑图的等离子体参量.实验发现直径较大的微放电通道(大点)和直径较小的微放电通道(小点)亮度不同.采用氮分子第二正带系谱线计算了分子振动温度,利用谱线强度比方法得到了电子激发温度,用氩原子696.54 nm谱线的Stark展宽估算了电子密度.结果显示小点的电子密度和分子振动温度均高于大点,而电子激发温度低于大点.这说明稳定超四边形斑图中不同尺度微放电的等离子体状态不同.     

用变分优化正交的连带Laguerre基函数计算无支撑单层MoS2中激子的能量和波函数

采用基于变分优化正交化连带Laguerre基函数的准确对角化方法计算了无支撑单层MoS2中A型激子的能量和波函数.介电屏蔽效应破坏了SO(3)对称性导致激子能量以反常的轨道角动量顺序出现.该方法利用连带Laguerre多项式构造了既满足束缚态又满足连续态的正交基函数集,并推导了哈密顿量矩阵元的解析表达式.收敛速度不仅与基函数的数量有关,而且与变分参数的大小有关.在变分优化下,收敛速度非常快,表明了该方法的可靠性.采用正交化连带Laguerre基矢可大大减小基函数的数量和计算量.我们计算的激子本征能量即使是在很少的基函数下也与文献中的结果非常吻合.变分优化二维正交归一化连带Laguerre基矢适用于二维材料中激子和原子物理的精确描述.     

基于非线性相关系数核方法的超谱数据分类

针对一对一策略的支持向量机算法进行了加权改造,提出一种新的基于非线性相关系数的核方法,在没有地物真实参考图的情况下进一步提高了超谱数据的分类精度.该方法考虑到遥感超谱数据信息依波段分布不均匀的特性,采用非线性相关系数对各波段数据在核函数内部进行加权,使得与参考图相关信息多的波段在分类器中发挥更为显著的作用.同时还提出一种基于非线性相关系数的参考图估计算法,解决了实际应用中真实参考图难以获取的问题.实验对比了采用径向基函数核的支持向量机分类器,结果显示在内部参数为典型值时,所提方法可在无需地物真实参考图的情况下将多分类平均精度和总体精度提高2.90%和3.11%,且运算耗时无明显增加.     

粘性不可压流的变分多尺度数值模拟

在变分多尺度的理论框架内,将待求解的各个物理量分解到"粗"、"细"两种尺度上.在"细"尺度上采用"泡"函数作为近似函数,通过Petrov-Galerkin方法得到"细"尺度上的近似解;然后引入求解"粗"尺度方程所需的稳定项及与其相适应的稳定化因子;最后运用有限元方法求解"粗"、"细"两种尺度耦合的整体变分多尺度方程,得到有限元近似解.数值算例表明,该处理方法成功地消除了数值求解粘性不可压Navier-Stokes方程过程中,由对流占优和速度-压力失耦引起的数值伪振荡;所引入的稳定化因子适用于结构网格及非结构网格上的数值计算.     

基于相关系数特性的实时匹配算法

提出了一种高精度的快速匹配算法。其基本思想是根据相关系数矩阵的特性来动态改变相关搜索步长的。对于已知目标特性和点扩展函数的情况,求出其理想情况下的相关系数矩阵函数,确定可信阈值和搜索步长;对于不知道目标特性和点扩展函数的情况,通过相关系数矩阵拟合函数或简单变步长法来确定可信阈值和搜索步长。在得到相关系数最大值后,拟合得到亚像素定位精度。与一般相关方法比较,该方法具有定位精度高、稳健性强和运算速度快等优点。     

M尺度函数及其在图像缩放处理中的应用

针对图像缩小和放大处理中经典方法存在的问题,提出了M尺度插值法,推广了小波理论中的双尺度关系.对构造M尺度函数的方法和M尺度函数的逼近性质进行了研究,以满足3尺度关系的样条函数为例给出了3尺度函数插值算法,该算法与经典的最临近插值法、双线性插值法和双三次插值法相比,不仅保持了较高的清晰度,而且图像边缘较平滑,提高了图像的质量,实践证明了该算法的有效性.本方法还可以推广到图像处理的其他应用中.     

基于改进差分进化算法的相机标定研究

目前相机标定多采用Tsai和Weng的基于非线性成像模型的分步标定法。在研究标定算法的过程中发现,待优化的目标函数具有多个局部极值点,采用传统的局部优化算法会导致迅速收敛到局部极值点,而非全局最优解,影响了标定精度。差分进化是一种收敛速度很快的进化算法,但当初始种群分布不够理想时,它可能快速收敛到局部极值点。将其改进后用于相机标定,提出了分步法与改进的差分进化算法相结合的相机标定方法。数据实验表明:标定精度比直接采用分步法有所提高。     

自适应混合遗传算法优化团簇

提出一种用于原子团簇结构优化的方法,该方法把具有全局寻优能力的自适应遗传算法与基于牛顿法思想提出的局部优化方法相结合.碳团簇的结构优化用于验证新方法的合理性,计算结果与自适应遗传算法的结果相比较,证明所提出的局部优化方法能够有效地搜索到局部极值,计算结果和混合遗传算法的结果进行对比,证明提出的自适应混合遗传算法能有效地解决"早熟"现象,并且通过对C₁₂的四次计算,表明该算法具有一定的稳定性.     

一步法设计单色仪凹面全息光栅

凹面全息光栅是光谱分析仪器的核心器件之一,其成像质量直接决定了光谱分析仪器的分辨本领。利用光程函数理论设计凹面全息光栅是一个繁琐的求解非线性方程组的过程,该过程分两步进行,每步需要求解四个非线性方程。分两步求解不但过程麻烦,还不可避免地引入了取舍误差,降低了最优参数的精度。为了解决该问题,本文提出了一种设计单色仪凹面全息光栅的新方法——一步法,该方法不但可以简化求解过程、降低最优参数的误差,还可以方便地控制整体像差的变化趋势。采用有较强全局搜索能力的遗传算法求解该方法中非线性方程的极值问题,并与传统的方法对比验证了该方法的可行性和正确性,结果表明,一步法不但在方法上比两步法简便,其设计结果还优于两步法。     

基于EMD的拉曼光谱去噪方法研究

经验模态分解(EMD)方法是一个以信号极值特征尺度为度量的时空滤波过程,它充分保留了信号本身的非线性和非平稳特征,在信号的滤波和去噪中具有较大的优势。文章在介绍EMD分解方法的基础上,结合EMD的多尺度滤波特性,提出了一种新的拉曼光谱去噪方法——EMD阈值去噪法。该方法首先对含噪的拉曼光谱信号做EMD分解,得到各阶本征模态函数(IMF),然后对高频的IMF分量用阈值法进行处理,把经过阈值处理后的高频IMF分量与低频IMF分量叠加得到重构的信号,即去噪信号。通过处理对二甲苯的拉曼光谱信号,分析了在不同噪声水平上不同去噪方法的处理效果。实验结果表明EMD阈值去噪法有效地去除了噪声,较好地保留了光谱的细节信息,与小波阈值去噪方法相比较具有自适应的优势,在拉曼光谱去噪中有很好的应用前景。     

Local-in-time adjoint-based method for design optimization of unsteady flows

We present a new local-in-time discrete adjoint-based methodology for solving design optimization problems arising in unsteady aerodynamic applications. The new methodology circumvents storage requirements associated with the straightforward implementation of a global adjoint-based optimization method that stores the entire flow solution history for all time levels. This storage cost may quickly become prohibitive for large-scale applications. The key idea of the local-in-time method is to divide the entire time interval into several subintervals and to approximate the solution of the unsteady adjoint equations and the sensitivity derivative as a combination of the corresponding local quantities computed on each time subinterval. Since each subinterval contains relatively few time levels, the storage cost of the local-in-time method is much lower than that of the global methods, thus making the time-dependent adjoint optimization feasible for practical applications. Another attractive feature of the new technique is that the converged solution obtained with the local-in-time method is a local extremum of the original optimization problem. The new method carries no computational overhead as compared with the global implementation of adjoint-based methods. The paper presents a detailed comparison of the global- and local-in-time adjoint-based methods for design optimization problems governed by the unsteady compressible 2-D Euler equations.     

石英晶体振荡法监控膜厚研究

给出了石英晶体振荡法监控膜厚的基本原理,在相同的工艺条件下分别用光电极值法和石英晶体振荡法监控膜厚,对制备的增透膜的反射光谱曲线进行了比较,并对石英晶体振荡法的监控结果做了误差分析.结果表明:石英晶体振荡法不仅膜厚监控精度高,而且能监控沉积速率,获得稳定的膜层折射率,从而有效地控制薄膜的光学性能.     

求解实际气体任意过程温度极值的一种方法

给出了一种普遍求解实际气体经过任意过程温度极值的计算方法,并举例进行了讨论.     

A variational principle for black holes

It is shown that the initial data which gives rise to stationary black hole solutions extremizes the mass for a given angular momentum and area of the horizon. The only extremum of the mass for a given area of the horizon but arbitrary angular momentum is the Schwarzschild solution. In this case, and when the angular momentum is small, the extremum of the mass is a local minimum. This suggests that the initial data for the Schwarzschild solution has a smaller mass than any other initial data with the same area of the horizon. If this is the case, there is no possibility of proving the occurrence of naked singularities by methods suggested by Penrose and Gibbons. Together with Carter's theorem, the fact that the extremum is a local minimum indicates that the Kerr solutions are stable against axisymmetric perturbations.     

An Extremum Principle for a Neutron Diffraction Experiment

An extremum principle was postulated by Horne, Finkelstein, Shull, Zeilinger, and Bernstein in order to derive the physically allowable parameters for sinusoidal standing waves governing a neutron in a crystal which is immersed in a strong external magnetic field: the expectation value of the total potential V is an extremum. We show that this extremum principle can be obtained from the variational principle used by Schrodinger to derive his nonrelativistic wave equation. We rederive the solutions found by the above-mentioned authors as well as some additional solutions.     

Evaluation of the Intensities of Spectral Lines under the Influence of Interferences and the Determination of Global Maxima of the Mass–Spectrum Peaks

We describe the technique by which the intensity of spectral lines can be evaluated and the global maxima of the mass–spectrum peaks under the influence of pulse interferences can be defined using an experimental setup based on a commercial MX–7304A mass spectrometer, IBM personal computer (PC), and a digital extremum regulator that allows one to ignore local extrema and bring about automatic search for a global maximum of the mass–spectrum peak and its tracking with an accuracy of 0.0012% at a speed of response of 50 kHz, elevated speeds of the scanning of masses 500 amu/sec, and stability of regulation.