界面反射对超短基线水声定位系统的影响——“跳象限”现象分析与克服

本文通过界面反射对超短基线水声定位系统的影响进行理论分析和计算机仿真,指出了超短基线水声定位系统中存在“跳象限”现象的物理原因,给出了产生“跳象限”现象的必要条件,并提出了防止“跳象限”的具体措施和软件纠正方法.经湖上试验验证,本文进行的理论分析与实验结果相符,所提出的防止“跳象限”方法切实可行.     

一种基于长基线交汇的超短基线定位系统精度评价方法

超短基线定位系统的定位精度和准确度是评价系统性能的重要指标, 通常采用固定点的定位重复度来评价定位精度, 采用其他解算方法作为真值参考评价定位准确度. 本文首先分析了以误差椭圆理论为基础的超短基线精度评价方法, 给出了理论推导公式, 证明了观测数据和理论误差椭圆的关系. 本文提出了一种基于长基线交汇的超短基线定位系统精度评价方法, 通过长基线交汇模型求解目标的真实位置评价系统的准确度. 根据该方法解算得到的待定目标位置作为真值参考, 能够反应系统误差的修正情况. 最后采用该方法进行海试数据处理, 处理结果表明该方法能够较好的反应定位精度, 进一步修正了系统偏差, 修正系统偏差后和修正前相比定位精度提高了0.2%, 具有良好的工程应用价值.     

声纳方程的瞬态形式讨论

本文提出用瞬态信号的能谱级代替稳态信号的声强级来定义声纳参数，并以短柱声散射为例，运用数值模拟方法，验证用能谱级定义声纳参数，声纳方程是比较有效的，这为应用声纳方程处理瞬态声信号从而获得目标强度提供了一种有效可行的方法。     

淡水湖泊水下未知物体形状的反演

将逆散射问题转化为由远场算子F、测试远场数据f和未知物体边界Г构成的算子方程，(Г)=f,利用Levenberg-Marquardt方法和A．Kirsh引入的F在Г上导数，求解该方程，从而确定未知物体边界Г。     

软件抗距离模糊技术在异步水声跟踪定位中的应用分析

异步水声定位系统可在目标信号发射时刻未知时对目标跟踪定位,此时发射和接收时钟存在固定时差。对于基于时延测量的长基线异步定位系统,当信号传播时延大于脉冲重复周期时,就会出现距离模糊。本文提出了在异步水声跟踪定位系统中软件抗模糊的思想,探讨了一种利用目标参考位置抗模糊的算法。从异步定位模型出发,得出等价的抗模糊准则,依据准则推导了算法及相应的参考位置取值范围,分析并克服了固定时差对算法的影响。海试结果验证了算法的可行性和有效性。     

超短基线基阵基元相移差的测量

本文针对超短基线定位系统定位精度不高的问题，首先介绍了一种改进阵形的高精度定位算法，然后介绍了如何测量基阵附加相移的方法，并在湖试中，应用了此方法得到的补偿相移值，取得较好的定位效果。     

高阶非线性薛定谔方程的一个新型孤波解

给出了高阶非线性薛定谔方程的一个新型孤波解, 该解描述了满足一定参数条件时光纤中超短光脉冲的传输, 解的表达式可以表示为亮孤子和暗孤子和的形式. 同时利用分步傅里叶方法在一定微扰条件下对脉冲传输进行了数值模拟.     

主动声纳方程和传播损失及混响级的定义

A.Ainslie发表文章指出传统定义的被动声纳方程严格应用起来与实际情况存在一定的偏差,某些情况下会带来严重的错误。该偏差需通过接收水听器与声源处介质的特征阻抗比来校正。主动声纳方程中存在同样的问题,其与实际情况的偏差需要用接收水听器与声源处的介质特征阻抗比的平方来校正。本文给出主动声纳方程中传播损失和混响级的重新定义,并且给出相应的两种主动声纳方程,两种方程都消除了这种不期望的特征阻抗比偏差。     

超短脉冲在放大介质中传输特性研究

利用非线性薛定谔方程,详细研究了放大介质的增益窄化和增益饱和效应对超短脉冲在放大介质传输特性的影响,以及传输过程中B积分的影响.在此基础上,对超短脉冲放大系统的逆问题进行了研究,即在给定放大系统参数和满足物理实验要求的输出脉冲波形前提下,求出相应的输入脉冲波形.     

基于OpenMP的飞秒强激光在空气中传输并行计算

轴对称超短强激光在空气中的传输可以用2D+1维非线性薛定谔方程来描述,该方程一般可用FCN方法进行求解,即在时间上应用快速傅里叶变换方法、在空间横截面上采用Crank-Nicholson差分法。但由于计算非常耗时,传统串行的FCN方法只能计算强激光在百m量级距离上传输。基于OpenMP设计了求解2D+1维非线性薛定谔方程的并行方法及其程序。数值模拟结果证明了程序的正确性和较高的并行效率。当线程数为15时并行加速比为12。此并行方法可应用于模拟长距离的超短超强激光的传输。     

深海海底反射区声场的相干结构及其有源声呐估距

有源声呐在探测深海海底反射区的目标时,由于声线大掠射角弯曲且声速沿声线传播路径不断变化,造成了常规估距方法产生较大的误差。有效声速法是减小常规估距方法误差的有效途径,但由于需要预先计算空间每一位置点的"声线时延有效声速"对,复杂度高,实时性差。针对有效声速法的实时性问题,本文基于深海海底反射区声场的相干结构,提出一种改进的有效声速估距方法.首先指出深海声场能量沿声源出射角强弱相间变化及其引起的海底反射区离散声呐可探测区现象,并利用深海近水面声源的声线干涉效应解释了该现象的物理机理,建立了声呐可探测区与高能量声线的量化关系。在此基础上,计算声呐可探测区边界位置的"声线时延-有效声速"对,并线性拟合出可探测区所有位置点对应的值。经仿真验证,该方法与传统的有效声速法均可实现对常规估距方法估距误差的有效校正。虽然该方法估距精度较传统的有效声速法略有增大,但计算复杂度和计算时间显著减小,实时性好,具有良好的工程应用前景。      

光在光轴取向任意条件下的晶体表面透射率

为了分析一束光在晶体表面的能量损失以及两束折射光的能量比,给出了一种求解反射率和透射率的方法。讨论了光从各向同性介质入射到单轴晶体表面时的折射和反射,注意到了e光线与e光波方向的不同,e光折射率与e光波法线折射率的不同,得出了在界面处应该满足的边界方程。在晶体光轴取向任意的条件下,给出了表明各光束间能量关系的折射率和反射率的理论表达式,为晶体器件特性的研究提供了有力的理论工具。数值模拟表明:得到的结果满足能量守恒;反射到各向同性介质中的光的电场(或磁场)与原入射光的电场(或磁场)不再平行;光轴的取向和入射角的大小对折射的o光、e光的能量比有很大的影响。     

浅海动态环境下蛙人探测声呐布放深度优化技术

蛙人探测声呐的探测性能及作用距离不仅与目标海区的声速剖面和自身性能参数有关,还与其布放深度有关,其布放深度的选择对于水下目标探测具有重要意义。以射线跟踪理论为基础,建立了基于探测概率感知的声呐性能评估模型;提出了一种声呐布放深度自适应优化算法,该算法以不同准则进行两次筛选优化后可得到声呐最佳布放深度。仿真结果表明：在不同水文情况下,所提优化算法可以有效选择最优布放深度,进而提高声呐对目标的探测性能。     

双折射晶体入射、折射光电场矢量的琼斯描述及界面处菲涅耳方程的修正

为了用琼斯矢量更明确地表示双折射晶体入射光和折射光的偏振状态,利用波法线椭球和物质方程,将入射光和折射光的电场矢量均视为由o振动和e振动两个方向的分量叠加而成,并将之投影到垂直于和平行于入射面的两个方向上。其中,入射光和折射光电场分量之间的关系用菲涅耳方程中的透射系数表示。考虑到e光电场矢量与电位移矢量的差别,对菲涅耳方程进行了一定的修正以满足e光的边界条件。最终给出了入射光和折射光电场矢量的琼斯矢量形式。并通过具体的数值计算说明,菲涅耳方程修正前后e光的透射系数有一定的差别,且e光的电场矢量和电位移矢量之间的分裂不可忽略。     

蒙特卡罗方法在解微分方程边值问题中的应用

介绍了蒙特卡罗方法的基本原理以及随机数的产生方法。基于蒙特卡罗方法的思想,结合有限差分方法,建立了求解微分方程边值问题的随机概率模型,并以第一类边界条件的拉普拉斯方程和一个给定初值及边界条件的非稳态热传导方程为数值算例,研究了蒙特卡罗方法在求解微分方程边值问题中的应用。结果表明:利用蒙特卡罗方法,不仅可以有效解决给定边界条件的微分方程,对于给定初值条件的微分方程,也可以从时域有限差分方程出发,采用蒙特卡罗方法进行求解。数值模拟和对误差的理论分析均表明,增加蒙特卡罗试验中的模拟粒子点数,可以提高计算结果的精度。     

基于粒子滤波的多普勒信息辅助目标定位跟踪算法

多基地声呐探测系统主要通过测量回波的时延和方位信息进行目标定位与跟踪,定位精度受声速、时延和方位测量误差的影响较大,可以通过多普勒信息辅助进一步提高定位跟踪精度。现有的多普勒信息辅助定位跟踪算法多适用于单基地声呐系统,多基地中的多普勒测量值与目标状态的关系更为复杂,需要研究新的融合方法。该文提出了一种适用于多基地声呐系统的多普勒信息辅助采样重要性重采样目标定位跟踪算法,将多普勒信息融入到粒子滤波的重采样过程,使重采样后的粒子集合更逼近目标的真实状态分布,从而提高了目标定位跟踪精度。数值仿真实验结果表明,提出的目标定位跟踪算法可以有效融合多普勒信息,提升目标定位跟踪精度。     

粘性涡方法在多圆柱绕流数值模拟中的应用

用粘性涡方法求解了涡量速度形式的二维不可压缩Navier—Stokes方程．利用分步方法分别求解无粘的对流运动和粘性扩散，粘性扩散用随机走步方法来处理，利用涡量交换技术来满足无滑移边界条件，同时为进一步减少计算量，在求解对流速度时，采用了多极子展开法加速技术使得计算量由N2的量级减少到NlogN的量级．数值模拟了单圆柱和双圆柱纵向排列的绕流流场．     

A deep learning method for solving high-order nonlinear soliton equations

We propose an effective scheme of the deep learning method for high-order nonlinear soliton equations and explore the influence of activation functions on the calculation results for higher-order nonlinear soliton equations. The physics-informed neural networks approximate the solution of the equation under the conditions of differential operator, initial condition and boundary condition. We apply this method to high-order nonlinear soliton equations, and verify its efficiency by solving the fourth-order Boussinesq equation and the fifth-order Korteweg–de Vries equation. The results show that the deep learning method can be used to solve high-order nonlinear soliton equations and reveal the interaction between solitons.     

Kinetic boundary layers in gas mixtures: Systems described by nonlinearly coupled kinetic and hydrodynamic equations and applications to droplet condensation and evaporation

We consider a mixture of heavy vapor molecules and a light carrier gas surrounding a liquid droplet. The vapor is described by a variant of the Klein-Kramers equation, a kinetic equation for Brownian particles moving in a spatially inhomogeneous background; the gas is described by the Navier-Stokes equations; the droplet acts as a heat source due to the released heat of condensation. The exchange of momentum and energy between the constituents of the mixture is taken into account by force terms in the kinetic equation and source terms in the Navier-Stokes equations. These are chosen to obtain maximal agreement with the irreversible thermodynamics of a gas mixture. The structure of the kinetic boundary layer around the sphere is then determined from the self-consistent solution of this set of coupled equations with appropriate boundary conditions at the surface of the sphere. For this purpose the kinetic equation is rewritten as a set of coupled moment equations. A complete set of solutions of these moment equations is constructed by numerical integration inward from the region far away from the droplet, where the background inhomogeneities are small. A technique developed in an earlier paper is used to deal with the severe numerical instability of the moment equations. The solutions so obtained for given temperature and pressure profiles in the gas are then combined linearly in such a way that they obey the boundary conditions at the droplet surface; from this solution source terms for the Navier-Stokes equation of the gas are constructed and used to determine improved temperature and pressure profiles for the background gas. For not too large temperature differences between the droplet and the gas at infinity, self-consistency is reached after a few iterations. The method is applied to the condensation of droplets from a supersaturated vapor, where small but significant corrections to an earlier, not fully consistent version of the theory are found, as well as to strong evaporation of droplets under the influence of an external heat source, where corrections of up to 40 % are obtained.     

Diurnal and Eleven- Year Variations of Neutron Component of Cosmic Rays

Cosmic ray ground observations are used together with the method of coupling coefficients to determine, by spectrographic method, the features of the variational primary energy spectrum of diurnal and eleven-year variations of neutron component of cosmic rays. It is found that the variational energy spectrum responsible for both types of variations can be best described by a constant spectrum up to an upper effective rigidity boundary. The upper cut-off effective rigidity boundary for the variational energy spectrum of diurnal variation was found to change from 105 GV at maximum solar activity to 15.85 GV at minimum solar activity. For Eleven-year variation, R_max was found to have a value of about 20 GV which changes slighly with solar activity due to the change of the coupling coefficients with solar activity.