涂层表面偏振双向反射分布函数的多参量混合模型

为了表征不同涂层表面的偏振光学散射特性,在基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型的基础上,针对不同涂层样品提出了一种适用范围更广的多参量偏振双向反射分布函数模型.采用遗传算法对实验数据进行模型参量拟和.实验结果表明,对几种不同的涂层样品,这种多参量模型的模拟计算结果与测量结果均能较好吻合,可以为后续的目标偏振特征提取与识别工作提供参考.     

基于六参量偏振BRDF模型的地物背景偏振反射特性研究

为研究地物背景的偏振反射特性,综合考虑了镜面反射、体散射和后向散射,建立了一种六参量偏振双向反射分布函数(pBRDF)模型。该模型利用Kubelka-Munk(KM)理论模拟体散射分量,并引入呈高斯分布的后向散射分量,改进了传统的偏振BRDF模型。建立的六参量偏振BRDF模型更加符合地物背景的偏振反射特性。基于多角度偏振测量原理,获得草地和土壤在不同观测几何下的偏振光谱,分析了偏振反射分布特征,并从实测数据中反演了模型参量,将测量值与仿真值进行了对比。结果表明:所建立的六参量偏振BRDF模型的仿真结果与实测数据之间具有很好的吻合性,证实了该模型的准确性与有效性。     

小斜率近似在粗糙面激光散射BRDF计算中的应用

基于小斜率近似法建立了粗糙面激光散射双向反射分布函数的数学模型,采用该模型计算了粗糙度参量已知的合金铝样片的双向反射分布函数值,计算结果与实测结果吻合良好,验证了模型的正确性.研究了粗糙度参量和样片光学常量对双向反射分布函数的影响,结果表明,粗糙面激光散射的双向反射分布函数与表面高度起伏均方根、自相关长度及样片光学常量相关.当入射波长一定时,高度起伏均方根越大,或者自相关长度越小,粗糙面粗糙度越大,入射激光的漫反射特性越强,双向反射分布函数峰值越小且分布越分散;当粗糙度一定时,样片光学常量对双向反射分布函数影响较大,粗糙面对入射激光复折射率的虚部越大,样片双向反射分布函数的峰值越小,当粗糙度参量增大时,样片光学参量对双向反射分布函数的影响逐步减弱.     

双向反射分布函数模型参量的优化及计算

从涂层材料双向反射分布函数的参量理论出发，通过参量迭代和优化，建立了几种典型漆层样片双向反射分布函数的参量模型，其参量优化计算结果和实验测量结果吻合得很好，该方法描述的粗糙表面双向反射分布函数的形式简洁，更适于工程应用。     

偏振二向反射分布函数测量误差分析

针对遥感偏振探测过程中获取的偏振信息与目标真实偏振信息存在差异的问题,探讨了遥感偏振成像系统的3类系统误差源对偏振二向反射分布函数、偏振度和偏振相角测量精度的影响,建立了遥感偏振探测误差分析模型。分析了起偏器角度定位误差对斯托克斯参量测量的影响,通过数值模拟研究了起偏器角度定位对偏振探测精度的影响;依据遥感偏振探测的地物空间间隔和成像CCD分辨率分析了空间视场重合误差对偏振二向分布函数分量的影响;分析了成像系统的光子噪声等固有系统误差对偏振探测结果的影响;根据误差的传递原则对3类误差源导致的测量误差进行了合成,进一步推导出线偏振度和偏振相角总误差模型。实验分析表明,该遥感偏振探测误差模型能真实反映偏振探测系统误差源对偏振二向反射分布函数测量精度的影响。     

材料表面偏振双向反射分布函数模型修正

为表征物体表面偏振散射特性对目标偏振信息提取的影响,基于微面元散射模型结合KubelMunk理论,综合考虑镜面散射和漫散射,构建一种改进的偏振双向反射分布函数(pBRDF)模型,得到物体表面散射光的偏振度与材料复折射率、方位角、探测角和入射波长等因素的数学模型,并利用该模型对基础材料的复折射率进行反演.结合实际应用利用FD-1665偏振成像仪在不同影响因子条件下对目标表面进行了一系列偏振探测实验.最后将数值模拟结果和实测数据进行比较,其材料偏振特性曲线与实测数据吻合,表明修正后的模型有较高的精确度,该模型可以为后续的偏振监测和目标识别工作提供理论支持.     

基于Kubelka-Munk理论的涂层表面多参量偏振双向反射分布函数模型

为了表征涂层的表面散射偏振特性,基于Kubelka-Munk理论,综合考虑表面散射和体散射,建立了一种多参量偏振双向反射分布函数(BRDF)模型;该模型通过引入镜向系数来表征表面散射的贡献程度,以改进传统的偏振BRDF模型,使得含5个参量(复折射率的实部和虚部、表面粗糙度、相对漫反射率系数、镜向系数)的新偏振BRDF模型更符合实际的涂层表面散射偏振特性;通过开展户外实验获得黑漆和绿漆涂层表面在不同观测几何时的偏振度,利用遗传算法从实测数据中反演关键参量。结果表明:对于不同的涂层表面,该多参量偏振BRDF模型的仿真结果与实测数据均能较好地吻合,引入镜向系数能够提高模型的准确性,可为涂层目标偏振特征的提取和有效识别提供依据。     

涂层目标1.06μm偏振双向反射分布函数测量方法研究

为了获取复杂涂层目标的光学散射特性,介绍了一套全自动偏振双向反射分布函数测量系统,可以测量半球空间内几乎所有角度下的偏振双向反射分布函数。采用双波片旋转法实现了对光的偏振调制,利用离散傅里叶变换反演出了涂层目标的Muller矩阵。给出了某涂层样品的测量结果与模型的计算比较。结果表明,这种方法是一种测量涂层目标偏振双向反射分布函数的有效方法。     

光学元件亚表面缺陷偏振双向反射分布函数

 利用琼斯散射矩阵,借助右手正交基组来表示入射场和散射场,推导出光学元件亚表面缺陷或微粒在不同偏振状态下的双向反射分布函数的表达式。给出了亚表面缺陷在不同入射角条件下,不同偏振状态下的双向反射分布函数与散射方位角之间的关系,以及不同入射角下p偏振入射产生的p偏振双向反射分布函数的3维散射图。结果表明:p偏振入射产生的p偏振双向反射分布函数强烈依赖于入射角、散射角和方位角,且随着入射角的增加,其最小值点所对应的方位角逐渐减小。     

粗糙目标样片光谱双向反射分布函数的实验测量及其建模

实验测量了紫红色和白色涂漆板在400～780 nm内的光谱双向反射分布函数(光谱BRDF),分析了光谱双向反射分布函数随波长及散射角的变化趋势与目标样片光学特性的关系.应用改进的粒子群算法,结合双向反射分布函数五参量模型,获得了测量光谱范围内各波长(间隔1 nm)对应的共381组五参量值.利用五参量模型计算了目标样片的光谱双向反射分布函数及其方向半球反射率(DHR),并与实验测量数据相比较,两者吻合良好,表明目标光谱双向反射分布函数建模方法与结果的可行性和可靠性.目标样片的光谱双向反射分布函数可以用来研究目标的光谱散射特性,对目标的探测、跟踪、识别和特征提取等具有重要的应用价值.     

Monte Carlo simulation of spectral reflectance using a multilayered skin tissue model

A nine-layered skin tissue model is newly developed for the Monte Carlo simulation of spectral reflectance. The derivation of the necessary parameters for each of the nine layers in the simulation is presented, in which the parameters used in the conventional three-layered model are modified on the basis of some histological findings on skin and reported examples. Using appropriate optical and geometrical parameters, simulated spectra can be produced that agree well with measured spectra. This approach provides a flexible means of spectral fitting to measured results and of estimating changes in the parameters of skin tissue.     

结合实际刻蚀数据的离子刻蚀产额优化建模方法

刻蚀表面仿真是研究等离子体刻蚀工艺过程机理的重要手段.在刻蚀表面仿真方法中,刻蚀表面演化模型和离子刻蚀产额模型直接决定了刻蚀表面演化结果.但现有的刻蚀表面演化模型不够精确,且目前离子刻蚀产额模型主要来自分子动力学仿真和物理实验,而实际加工过程十分复杂,等效的离子刻蚀产额包含很多因素.针对这些问题,首先对当前的刻蚀表面演化模型进行改进,同时重新定义了离子刻蚀产额模型的优化目标,并利用实际刻蚀加工数据来优化离子刻蚀产额模型.为缩短优化模型所用时间,采用并行方法来加速优化过程.最后,将得到的离子刻蚀产额模型参数应用于采用元胞自动机法的刻蚀工艺实际仿真过程中.实验结果表明,该优化建模方法确实提高了仿真的精确度,同时优化过程所用时间也大大减少.     

混凝土HJC模型抗侵彻参数敏感性数值模拟研究

 混凝土是一种应用广泛的复合材料,其动态性能及抗侵彻毁伤效应的研究越来越依赖于数值模拟,其中混凝土HJC模型是应用最广泛的本构模型之一。在介绍HJC模型的基础上,应用LS-DYNA数值模拟方法进行HJC本构模型抗侵彻性能的参数敏感性研究,通过大量数值模拟得出HJC模型的抗侵彻敏感参数有：无侧限单轴抗压强度f_c、压实点压力p_lock、特征化粘性强度A、特征化压力硬化因子B和压力硬化指数N。在混凝土的抗侵彻数值模拟过程中,重点是确定敏感参数的取值,以提高数值模拟的精度和质量,做到合理地选择试验方法和安排试验量。     

线型优化最大熵光谱估计方法中自回归模型两种求解方法的比较

在光谱分辨率增强技术中,线型优化最大熵谱估计方法LOMEE(line shape optimized maximum en-tropy spectral estimation)是指通过傅里叶自退卷积技术消除光谱谱线线型对干涉图的影响,而后对干涉图进行自回归参数建模,求出自回归模型系数,代入光谱估计公式得到光谱图。文章采用了两种方法:修正协方差法MCOV(modified covariance method))和伯格法(Burg method)求解线型优化最大熵谱估计方法中的自回归模型系数,通过仿真试验,将阶次、信噪比对估计光谱的影响做了详尽的比较。研究结果表明,在线型优化最大熵谱估计方法中,用修正协方差法求解自回归模型系数要优于伯格法。     

单向瞬态电压抑制二极管的参数提取

在半导体器件高功率电磁脉冲效应数值模拟中,真实器件的物理模型构建较为困难。为了解决这一问题,以某型单向瞬态电压抑制(TVS)二极管为例,对其进行测试获取建模所需的参数信息。通过X光成像、扫描电子显微镜（SEM）及杂质染色等技术手段,获得了该器件PN结正对面积大小、PN结深度等结构参数。通过实验测量了二极管的反向击穿电压和电容曲线,结合数值计算,推导出了二极管的杂质浓度。利用本次实验获得的参数,结合数值计算的结果,建立了该型号二极管的真实半导体物理模型。对该模型进行了数值仿真,计算了器件的伏安响应曲线并与实验值进行了比对,计算结果与实验值吻合较好。本次的方法除了可以直接用于PN结型器件的建模外,也为其他器件物理模型的建立提供了参考,可在半导体器件效应数值模拟研究中得到应用。     

Simulation of Dynamic Light Scattering Signals of Ultrafine Particles

In order to conveniently obtain dynamic light scattering (DLS) signal, a simulation method of DLS signal is proposed in this paper. This method regards the light intensity fluctuation of DLS as a stationary random process. According to autocorrelation function (ACF) of DLS signal, the stationary random process of DLS can be generated by auto‐regressive (AR) model. Signal simulations of several kinds of distribution particles and comparison of simulations and experiment prove that AR model can be used for DLS signal simulation. Moreover, by analyzing effect of simulation parameters on simulation precision, we obtained the relationship between simulation parameters and simulation precision. Finally, application of simulation signal verifies the effectiveness and convenience of this simulation method.     

Semi-analytical model for quasi-double-layer surface electrode ion traps

To realize scale quantum processors,the surface-electrode ion trap is an effective scaling approach,including singlelayer,double-layer,and quasi-double-layer traps.To calculate critical trap parameters such as the trap center and trap depth,the finite element method(FEM) simulation was widely used,however,it is always time consuming.Moreover,the FEM simulation is also incapable of exhibiting the direct relationship between the geometry dimension and these parameters.To eliminate the problems above,House and Madsen et al.have respectively provided analytic models for single-layer traps and double-layer traps.In this paper,we propose a semi-analytical model for quasi-double-layer traps.This model can be applied to calculate the important parameters above of the ion trap in the trap design process.With this model,we can quickly and precisely find the optimum geometry design for trap electrodes in various cases.     

基于校准k-ε模型的复杂地形流动数值模拟

准确计算风电场的内部流动对风电场的微观选址至关重要。求解雷诺平均NS方程(RANS)的模拟是当前模拟风电场内部流动的主要手段。湍流模型对模拟结果的准确性有很大影响。选取在工程中广泛应用的标准k-ε湍流模型进行研究。首先以平板地形为计算模型,探究入口边界条件、壁面方程、模型可调参数和对模拟流向均匀大气边界层的影响,获得平板地形下最优的模型可调参数设置。然后以三维山丘地形为计算模型,研究入口边界条件和源项对存在分离流动时复杂地形下的绕流模拟的影响。将得到的最优结果同实验结果对比,验证模拟方法的可行性,并给出添加源项的指导方法。     

Adjoint-based sensitivity analysis of flames

Simulation of chemically reacting flows using detailed chemistry introduces a large number of chemistry model parameters. While not all significantly affect the target outcomes of a simulation, the parameters that do are not always known a priori. In order to improve simulations for specified target outcomes, termed quantities of interest (QoIs), the sensitivity of these QoIs to the model parameters are needed. However, evaluating the sensitivities is computationally expensive, especially for complex fuels that may involve many parameters. For these simulations, the forward sensitivity method requires the solution of an additional number of governing equations proportional to the number of parameters. Here, an adjoint sensitivity approach is formulated where the computational cost scales as the number of QoIs and not the number of parameters. Specifically, adjoint equations are derived for laminar, incompressible, variable density reacting flow and applied to hydrogen flame simulations. From the solution of the corresponding adjoint equations, sensitivity of the QoIs to chemistry model parameters is calculated. The one-dimensional simulation results show that the adjoint sensitivity results closely match those of forward sensitivity methods, thus providing validation of the adjoint method. The two-dimensional simulation results indicate the most sensitive parameters for two QoIs, flame tip temperature and NOx emission. For these tests, the adjoint method reduces computational expense compared to forward sensitivity methods by a factor proportional to the number of QoIs over the number of parameters, here 2/172. Such savings can be more drastic for cases that involve complex fuels, such as combustion of jet fuel, requiring thousands of chemistry model parameters. Further, this sensitivity information can be used in development of experiments by pointing out which are the critical chemistry model parameters.