非视线紫外通信大气传输特性的蒙特卡罗模拟

基于蒙特卡罗方法建立了紫外光非视线传输多次散射模型,利用单次散射近似法和实验方法验证了模型的有效性,并利用该模型完成了非视线紫外光通信大气传输特性的模拟.模拟时光波长取紫外光通信的最佳工作波段(250 nm附近),分析了不同传输距离下能见度、风、雨、雾等参量对系统能量透射比的影响.结果指出,系统能量透射比随传输距离增大而剧烈减小,在天气较差传输条件下能量衰减得更快；风力大小的变化对通信系统影响不大.较近距离通信传输时(一两百米),通信系统受天气条件的影响较小.     

由吸收系数和粒度分布计算浮游植物的散射光谱特征

散射特性在水色卫星遥感模式的开发、水下光辐射传输、优势藻光谱特征的提取以及赤潮监测等方面有着重要的应用价值.在假定藻细胞为均匀球形结构的条件下,建立了浮游植物的散射正演模型.模型输入参量为实际测量的藻细胞吸收系数和粒度分布,输出参量为浮游植物的散射效率和吸收效率光谱.对短伪海链藻和威氏海链藻进行实验,模拟结果与实验结果的比较发现:该模型估箅得到的散射光谱能与实验的散射光谱得到很好的吻合,两种藻的模拟散射效率相对实验散射效率的误差分别为7%和10.6%,吸收效率的误差分别为7.4%和13.4%.模拟与实验结果的吻合表明,由吸收系数和粒度分布可以模拟出藻类的散射光谱特性.单细胞近似球形藻类散射正演模型可行.     

天气对光散射传输影响的仿真分析

天气对光散射传输影响分析具有很好的实践指导意义。目前均用单次散射模型研究非视线光传输信道特性,但该方法在天气条件差或者传输距离较远时误差很大。利用蒙特卡罗方法进行了基于多次散射的非视线光传输模拟,对多种天气条件下(晴、阴、雨和雾等)不同距离光散射传输进行仿真。结果表明,中远距离散射传输时,大气衰减起主导作用,信号传输质量由晴、阴、雨、雾依次降低;近距离散射传输时,受到大气衰减和散射的共同作用,天气对光散射传输的影响较小。因此,大气光散射传输技术可作为短距离条件下实现全天候通信的一种新方式。     

非直视紫外光通信单次散射传输模型研究

依据Lambert定律建立了非直视紫外光通信系统单次散射传输模型。模型表明:大气传输中的两次斜向传输引入的大气透射比衰减,大气散射衰减和距离平方反比衰减是导致接收光功率随距离增加迅速衰减的主要因素。为便于实际计算,对建立的散射传输模型做了合理的计算简化,经实验验证简化后的传输模型计算结果与实验结果吻合较好。利用简化后的传输模型可以方便有效地计算出非直视紫外光通信接收机在不同距离下的接收功率和路径传输损耗,进而可以迅速、有效地计算和评估已知参数的非直视紫外光通信系统的极限工作距离。     

水下距离选通成像雷达激光照明模型

基于脉冲激光器的水下距离选通成像雷达是水下光电探测的重要手段之一,为了在探测距离内获得有效的照明范围,在小角度散射条件下,推导了水体光束扩展函数,提出了一种水下高斯光束激光照明模型。采用532 nm调Q倍频Nd:YAG脉冲激光器实验测量了不同发散角激光在水下目标平面上的照度分布半径。与其他模型仿真结果进行对比表明,该激光照明模型能够较好地吻合实验结果。模型误差随着照明距离和激光发散角的增加而变大,在目标平面直径为1 m的圆形照明区域条件下,仿真得到的照明光斑半径在8.5个衰减长度范围内与实测值误差不超过0.1 m。     

空间X射线通信链路建模与功率分析

从空间X射线通信传输理论出发,首先对X射线通信的功率传输过程进行研究,以加性高斯白噪声信道模型与自由空间损耗为基础,分析了深空X射线通信的信道特征及功率传输过程、推导了功率传输方程,建立了通信链路模型;其次,分析了深空X射线通信系统的误差来源,建立了基于单光子探测器的噪声模型,并给出了主要噪声来源的数学表达式,从而确定了通信核心参数通信距离、通信速率、误码率与信号功率之间的关系;最后,对不同阳极高压与不同调制方式下探测器端信号光子数进行实验监测,对功率传输方程及误差模型进行验证.实验结果表明,所给出的功率传输方程与误差模型可以对空间X射线通信过程进行较好地解释.根据此模型,计算了在满足一定的误码率和传输距离要求时对X射线源出射功率的要求,为空间X射线通信研究建立了理论基础,为核心元器件的研究指明了下一步的方向,同时有望对空间X射线通信的工程化提供一定的参考.     

双细胞光声信号的有限元分析

为了分析两个相同的细胞在不同距离下光声信号的特性，对细胞及环境进行了有限元分析。创建了不同距离的双细胞模型和相同环境下的单细胞模型，通过双细胞模型，得到了主体细胞在受到不同距离的另一个细胞的影响下，其不同角度的频域声压级曲线。通过单细胞模型，得到了单个细胞未受到影响时，其不同角度的频域声压级曲线。将主体细胞与单细胞频域声压级曲线进行相似度比较。结果表明，在受到不同距离的细胞影响下，主体细胞各角度的频域声压级曲线，存在与单细胞相似度极高的曲线，且距离为26.6微米时，相似度最高。这项研究表明，在两个双凹形红细胞距离适当时，细胞间的光声信号相互影响最小。     

深度学习与辐射传输模型协同的气溶胶反演

传统气溶胶反演方法通常先基于模型假设确定地表反射率,但反演结果会受到假设的影响;而深度学习方法基于数据驱动,能在气溶胶定量反演中得到更加准确、高效的结果,但模型训练需要充足的优质样本数据支持。为此,使用大气辐射传输模型构建模拟样本,支持深度学习方法实现气溶胶定量反演,旨在解决当前训练数据代表性不足、数据获取困难的问题。利用辐射传输模型模拟不同参数条件下传感器获得的辐射信息,考虑概率组合及筛选标准限制进行模拟数据构建,并使用深度置信网络（DBN）对模拟样本进行训练,获得气溶胶反演模型。将模型应用于Landsat-8数据,在中国北京地区开展气溶胶反演实验。最后使用AERONET地面站点的实测数据对反演结果进行精度验证。验证结果表明,模型估算的气溶胶与站点测量值吻合良好,相关系数为0.8989,均方根误差为0.1029,约74.05%的估算值在误差标准内。本文提供了一种基于辐射传输方程构建样本数据集的思路,可减少样本质量与数量导致的局限性,实现深度学习方法对气溶胶光学厚度的高精度反演。     

光源角度配置对水下成像图像质量影响的研究

根据光线传输理论,推导照明光源角度配置对水下成像图像质量的影响。在光源和摄像机与目标距离相同的条件下,通过对图像衬度与信噪比传递函数的推导,得到了在成像距离不变条件下图像的衬度和信噪比随光源角度变大而增大的规律,并绘制出衬度和信噪比随光源角度变化的曲线,还对推导过程中引入的主要假设和近似条件对结果精确的影响进行了分析。最后对光源角度配置对图像质量的影响进行了有关验证实验,实验结果与理论结果一致。     

降雨对激光定距系统后向散射特性的影响

由于激光光束在降雨中传输时会产生雨滴的后向散射,引起定距系统的虚警、失效等.以几何光学散射理论为基础,建立雨滴后向散射模型并计算不同降雨条件下的后向散射系数,结合工程应用计算不同降雨条件和传输距离下的系统信噪比,分析雨滴后向散射对系统信噪比的影响.计算结果表明,传输距离一定时,系统信噪比将随着降雨率的增大而减小,暴雨中衰减率高达11%;在相同降雨条件下,作用距离从10m增大至15m,信噪比衰减率达到46%以上.降雨大小和作用距离是影响系统信噪比的重要因素,为脉冲激光定距系统在降雨环境下的目标识别以及高抗干扰性能的优化提供了依据.     

基于神经网络的粗糙表面双向反射分布函数建模

分析粗糙表面双向反射分布函数的测量方法,提出一种使用人工神经网络技术建立目标表面材料双向反射分布函数模型的方法。给出测量样品多个入射角度下的BRDF随散射角变化的曲线,从中选取部分曲线输入到神经网络,使用贝叶斯正则化方法训练网络,最终获取双向反射分布函数和入射角、散射角的映射关系模型。使用网络模型计算参与训练和未参与训练的输入角度的散射分布曲线,与实验测量曲线进行比较,结果表明：建立的模型正确,具有应用价值。     

Dirac fermions on graphite cones

The electronic structure of graphitic cones is investigated within the self-consistent field-theory model. The local and total density of states near the apex are found for cones of different opening angles. For extended electronic states, the total density of states is found to vanish at the Fermi level at any opening angles more than 60° In turn, for power-law localized states, normalized zero-energy modes are shown to emerge.     

Experimental and numerical investigations on the dispersion behaviors of wedge waves propagating along wedges with bilinear cross sections

Wedge waves (WW) are guided acoustic waves propagating along the tip of a wedge, with energy tightly confined near the apex. This study is focused on exploring the dispersion behaviors of WW propagating along a bilinear wedge (BW). A BW is wedge with a cross section of two apex angles, compared with a linear wedge (LW) having a single apex angle. In the literature, many studies regarding to the dispersion behaviors of ASF modes are reported for LW, but not for BW. In this study, a combined experimental and numerical stidy is used to investigate the dispersion behavior of WW propagating in BW's. It is found out that WW in a BW is a result of mode coupling between the two WW's corresponding to simple wedges with the two apex angles of the BW.     

扁平管外蛇形翅片空间的流动换热性能数值模拟

扁平管外纤焊蛇形翅片是直接空冷凝汽器翅片管的一种常见形式,研究扁平管外蛇行翅片空间的空气流速和温度分布规律,对指导直接空冷凝汽器的设计和运行具有重要意义.针对不同空冷凝汽器管束夹角、不同空气温度以及不同空气入口流速,分别对空气侧流场和温度场进行了数值模拟,得到了空冷器外流场和温度场,以及对流换热Nu和摩擦系数f随Re和空冷器夹角的变化规律.数值模拟结果表明,不同的空冷器管束夹角显著影响其流动和换热特性,夹角越大,凝汽器空冷效果越好.     

Broadband modeling of downslope propagation in a penetrable wedge

Sound propagation in a wedge-shaped environment with a penetrable bottom is simulated with broadband adiabatic mode, coupled mode, and parabolic equation model computations. Simulated results are compared to measured data taken in a tank experiment by Tindle et al. The coupled mode formalism is shown to predict, in agreement with that experiment, that modal wave fronts in penetrable wedges are approximately circular arcs centered at the apex of the wedge for a source near the apex. It is also shown that for wedge angles up to 6 degrees, the received waveforms are well approximated by the adiabatic waveforms time-shifted by a depth-dependent interval to account for the curvature of the modal wave fronts. A small deviation from circularity in the modal wave fronts is possibly observed in the 6 degrees case.     

Transition radiation emitted by a particle moving along the axis of a perfectly conducting conical surface

The spatial field distribution is determined for the transition radiation emitted by a relativistic particle moving along the axis of a perfectly conducting circular conical surface with a fixed apex. Emission from particles moving away from and towards the apex is examined. Expressions are obtained that can be used to calculate the angular distribution of radiation intensity for various apex angles between 0 and π. Significant differences are demonstrated between the spatial distributions of radiation generated by outgoing and incoming particles.     

Diffraction on the wedge with an arbitrary angle

TE and TM polarized electromagnetic wave diffraction on a perfectly conductive wedge with arbitrary apex angle is numerically studied. Amathematical model for calculating the diffraction field amplitude and intensity is developed. The solution is constructed in the entire range of physical angles without restriction to the observation point remoteness. The diffraction and field interference effects near the wedge walls are studied.     

三角翼涡破裂的高精度数值模拟

采用5阶精度的加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)数值模拟65°后掠角尖前缘三角翼的大攻角跨声速绕流流场,考察低耗散、高分辨率的WCNS-E-5格式对于三角翼涡破裂模拟的适用性,及激波旋涡干扰对涡破裂点位置的影响,重点研究三角翼大攻角旋涡破裂点的突然前移.通过求解任意坐标系下的非定常雷诺平均N-S方程,采用WCNS-E-5和SST两方程湍流模型,与试验结果和文献计算结果对比,表明既有高阶精度又能光滑捕捉激波的WCNS格式在模拟三角翼旋涡破裂方面具有一定优势,其数值结果与试验结果吻合较好,三角翼大攻角旋涡破裂点的突然前移是由于跨声速流场的激波旋涡干扰.     

紫外光非视距多次散射信道模型研究

利用蒙特卡罗方法对紫外光非视距传输过程进行了模拟,讨论了传输过程中固体角的确定,仿真分析了系统的角度设置对传输损耗的影响.结果表明,增大收发仰角可以降低系统的传输损耗,并且小角度集中发射与大视场角接收可以降低系统的传输损耗.