基于MDA法计算水雾粒子红外隐身粒径

水雾隐身技术是一种较为理想且经济适用的目标特征信号控制技术。本文从辐射传输方程出发,考虑水雾粒子的本身辐射和散射,提出以红外表观透射率评价水雾粒子的红外隐身性能。应用Modified Differential Approximation(MDA)法结合MIE理论,计算了水雾粒子红外表观透射率随水雾粒子浓度和粒径的变化关系,得到水雾粒子最佳红外隐身粒径。结果表明:水雾粒子的红外表观透射率随粒子浓度的增加而减小,但当粒子的浓度增加到一定值时,红外表观透射率基本保持不变;水雾粒子的红外表观透射率随粒径的增加先减小后增大,当探测波段为3～5μm时,水雾粒子的最佳红外隐身粒径为6μm;而探测波段为8～12μm时,水雾粒子的最佳红外隐身粒径为12μm。     

短脉冲激光与介质相互作用的扩散模型

推导了扩散近似方程,通过半无限大均匀介质计算,用扩散理论分析解验证了数值方法的有效性.模拟了光在非均匀介质内的传输过程,给出了介质内光通量随时间变化的空间分布.结果表明,该基于扩散模型的数值方法能够模拟短脉冲光在强散射介质中的传播过程以及漫散射光的时间变化特性,并且借助于光通量空间分布能够准确模拟非均匀介质内内含物的位置.     

双球聚集粒子辐射特性分析

基于广义Mie理论求解方法(GMM),考虑单元粒子之间的相互作用,计算了不同尺度参数不同间距的双球聚集粒子的衰减因子、散射因子等辐射特性参数,同时分析了双球聚集粒子与不考虑相互作用计算所得的辐射特性差异,分析结果表明:考虑相互作用与不考虑相互作用计算所得的双球聚集粒子的辐射特性存在着一定的差别,这种差别随粒子间距、尺度参数的变化而变化,最大偏差达30%左右.     

基于瞬态辐射信号的各向同性散射均匀介质光学特性PSO反演

利用激光入射半透明介质时有限体积法（FVM）得到的时域反射和透射信号,结合标准微粒群（PSO）、随机微粒群（SPSO）和多相微粒群（MPPSO）三种不同的智能算法反演短脉冲激光辐照下各项同性散射均匀参与性介质的吸收系数和散射系数,结果表明三种微粒群算法都能够高效准确地反演均匀介质内的光学参数。     

二维多孔热密封材料的有效导热系数模拟

本文对于二维多孔热密封材料的有效导热系数模拟提出一种简单有效的方法,它可以模拟介于固相连续和固相不连续之间的任何形式的孔隙分布结构,通过类比多孔渗流模型得出一种相关系数,再根据热阻串并联的关系计算四种可计算模型的有效导热系数,通过相关系数得到具体模型的有效导热系数。本文的模拟方法可以控制孔隙率、孔径、孔隙分布、温度等影响有效导热系数的重要参数,考虑了辐射的影响,而且模拟简单,计算快速,模拟结果与文献中实验的结果相比较能很好的吻合,验证了本文方法的正确性。     

非球形粒子的散射特性分析

本文首先利用T矩阵方法计算了复折射率吸收指数和折射指数变化时的椭球粒子和Chebyshev粒子在不同等效尺度参数下的光散射特性,并与等效的球形粒子的光散射结果进行了比较;然后分析以上两种类型非球形粒子散射特性之间的关系.结果表明:椭球粒子和Chebyshev粒子的散射特性与等效球形粒子的散射特性存在着差别,粒子的形状越偏离球形,这种差别就越大;复折射率折射指数的变化对非球形散射效率因子的影响要比吸收指数的影响更大一些;当等效尺度参数相同时,椭球粒子与等效球形粒子的散射效率因子的差别要远远大于Chebyshev粒子与等效球形粒子散射效率因子之间的差别.     

Apparent directional spectral emissivity determination of semitransparent materials

An inverse estimation method and corresponding measurement system are developed to measure the apparent spectral directional emissivities of semitransparent materials. The normal spectral emissivity and transmissivity serve as input for the inverse analysis. Consequently, the refractive index and absorption coefficient of the semitransparent material could be retrieved by using the pseudo source adding method as the forward method and the stochastic particle swarm optimization algorithm as the inverse method. Finally, the arbitrary apparent spectral directional emissivity of semitransparent material is estimated by using the pseudo source adding method given the retrieval refractive index and absorption coefficient. The present system has the advantage of a simple experimental structure, high accuracy, and excellent capability to measure the emissivity in an arbitrary direction. Furthermore, the apparent spectral directional emissivity of sapphire at 773 K is measured by using this system in a spectral range of 3 μm–12 μm and a viewing range of 0?–90?. The present method paves the way for a new directional spectral emissivity measurement strategy.     

Accurate reconstruction of the optical parameter distribution in participating medium based on the frequency-domain radiative transfer equation

Reconstructing the distribution of optical parameters in the participating medium based on the frequency-domain radiative transfer equation(FD-RTE) to probe the internal structure of the medium is investigated in the present work.The forward model of FD-RTE is solved via the finite volume method(FVM). The regularization term formatted by the generalized Gaussian Markov random field model is used in the objective function to overcome the ill-posed nature of the inverse problem. The multi-start conjugate gradient(MCG) method is employed to search the minimum of the objective function and increase the efficiency of convergence. A modified adjoint differentiation technique using the collimated radiative intensity is developed to calculate the gradient of the objective function with respect to the optical parameters. All simulation results show that the proposed reconstruction algorithm based on FD-RTE can obtain the accurate distributions of absorption and scattering coefficients. The reconstructed images of the scattering coefficient have less errors than those of the absorption coefficient, which indicates the former are more suitable to probing the inner structure.     

基于频域辐射传输模型的光学成像研究

本文以超短脉冲激光照射参与性介质的光学成像为研究背景,分别构建了短脉冲激光在参与性介质内的频域辐射传输正问题模型和根据边界探测所得频域信号重建介质内部光学参数的逆问题模型。在瞬态辐射传输方程的基础上,利用傅里叶变换得到频域辐射传输方程,采用有限体积法求解频域传输方程,模拟超短脉冲激光在二维参与性介质内传输的过程,得到介质边界的出射频域辐射信号。选取共轭梯度法作为反演算法,采用伴随差分模型求解目标函数梯度,重建了二维非均匀参与性介质内不同位置内含物的光学参数分布。结果表明,基于频域辐射传输方程的伴随差分模型能够较为准确地反演多维参与性介质内的光学参数。