扩散方程计算方法研究进展

描述多维内爆动力学过程的非平衡辐射流体力学问题包括电子、离子、光子（三温）热传导或辐射多群扩散等,它们具有多介质、大变形、高温、高压与强非均匀性等特点,其方程组具有强间断、强耦合和强非线性等特征。现有的九点格式和多点通量逼近方法（MPFA）在任意四边形网格上物理量计算出负,且九点格式中节点值计算不准确。全隐Picard迭代方法仅具有一阶收敛速度;     

基于预测PI的多变量控制在锅炉燃烧系统中的应用

在锅炉的燃烧控制系统中,燃烧对象是一个具有多变量、强耦合、强干扰、大滞后等特性的复杂过程系统,常规的PID控制无法满足实际需求。针对该问题,提出了将动态解耦方法与非线性最小二乘优化算法相结合,得到降阶模型,并运用预测PI控制算法进行控制研究。仿真结果表明：基于降阶模型的预测PI解耦控制策略具有良好的稳定性和鲁棒性,且抗干扰能力强,具有一定的实际应用价值。     

主动磁悬浮系统的变论域自适应模糊PID控制

针对主动磁悬浮轴承系统具有强非线性、强耦合、模型不确定等特点,提出了一种变论域自适应模糊PID算法。该方法通过选择合适的伸缩因子,避免了传统模糊PID控制中出现规则爆炸的问题。同时针对传统伸缩因子的函数结构和参数难以确定的特点,设计了基于模糊规则的论域伸缩因子。在SIMULINK环境中对主动磁悬浮轴承系统进行仿真,仿真结果表明,变论域模糊PID算法控制的主动磁悬浮系统具有更好的动静态性能,对外界干扰具有更强的鲁棒性。     

聚变堆深穿透屏蔽计算方法研究

为了提高具有复杂孔道的聚变堆深穿透屏蔽问题的计算精度,研究了蒙特卡罗法和离散纵标法(MC-S_N)的耦合方法。同时,在权重差分方法的基础上引入具有自适应特性的定向权重和指数定向权重方法,并基于勒让德-切比雪夫求积组和极角细化技术研究了偏倚求积组,有效解决聚变中子穿透能力强、强各向异性散射等屏蔽计算难点。通过与MCNP程序模拟结果的比较分析发现,这些研究方法能有效提高聚变堆深穿透屏蔽计算的精度。     

基于小波分解和Duffing振子的变尺度微弱信号检测

传统的时频分析方法在对周期性微弱信号进行检测时,提取的信息具有信噪比不高的缺点,从而影响了检测效果,为此,利用Duffing振子混沌系统对噪声的强免疫力的特征,提出了一种基于小波分解和混沌阵子的混合微弱信号检测方法;首先,采用小波变换对信号进行分解,通过小波变换的平滑作用实现对含噪微弱信号的离散处理,并设计了一种根据阈值来确定分解层数的方法,然后将降噪后的重构信号作为Duffing阵子的周期驱动力并入混沌系统,采用混沌Duffing阵子阵列实现在强噪声背景下的微弱信号检测,并提出了一种临界状态策动力幅值和初始相位的自适应确定方法;在Matlab7仿真环境下进行实验,结果表明:文中方法能有效地对湮没在强噪声下的微弱信息进行检测,具有信号检测信噪比高,重构信号频率较其它方法更接近于真实频率,具有较强的可行性。     

一种鲁棒性的印刷体数字识别算法

针对复杂版面中具有大偏转角度的数字型字符识别问题,提出了一种识别算法。该算法充分利用笔划拐点等结构特征构造编码器进行字符识别,无需事先校正并具有平移、旋转不变性。实验结果表明,该方法具有速度快、精度高、抗干扰性强的特点。     

一种重构强反射光纤布拉格光栅的新方法

阐述了光纤布拉格光栅的重构理论及被广泛采用的剥层算法,指出了剥层算法在重构强反射光栅时的弊端,提出了一种剥层算法和遗传算法相结合的方法来重构强反射光栅。此方法先由剥层算法得到光栅耦合系数的初始值,再依据重新采样后的初始值创建初始种群,通过遗传算法实现对剥层算法所得结果的后半部分进行优化。数值模拟表明此方法有效地改善了剥层算法的结果,具有较快的收敛速度和很好的精度,能适用于大多数强反射光栅的重构。     

介绍一种基物搭配通用光谱定量法

本文介绍了一种基体湿式搭配制备标准样品的通用光谱定量分析方法,适用于各类样品中20余种元素的定量测定,具有通用性强、方法简便等优点。     

能量选择表面的瞬态响应

为实现强电磁脉冲防护和信号收发的兼容,研究了一种基于能量选择机制的强电磁防护结构,即能量选择表面。该防护表面利用半导体压控导电特性,实现了强场辐照时防护表面由高阻态向低阻态的转变,具有能量低通特性和超宽带特性。利用场路协同仿真方法,分析了能量选择表面瞬态响应与PIN二极管阻抗特性、强电磁脉冲峰值场强及脉冲前沿的关系,结果显示:尖峰泄漏功率和响应时间与Ⅰ层厚度、强电磁脉冲峰值场强成正比,与少数载流子寿命成反比变化。     

强散射体内部目标的实时高分辨率成像方法

由于强散射介质的散射作用,使得传统光学成像系统难以有效探测其内部目标。针对这一难点,提出了一种对强散射介质内部目标进行高分辨率实时成像的方法。基于强散射介质波前校正原理,采用汇聚照明方式,通过纯相位型空间光调制器,对散射介质表面点目标进行校正,使其清晰成像。在此基础上,保持调制图样不变,将汇聚照明改为扩展照明,即可实现对校正点附近较大视场和景深范围内目标的实时清晰成像。基于此方法搭建的实验系统很好地实现了强散射介质内部目标的实时成像,通过比较传统光学系统在无散射介质条件下和散射成像系统在有强散射介质条件下的成像质量,结果表明,散射成像系统具有更高的成像锐度。     

动态光散射测量粒径分布的格雷码编码遗传算法反演运算

采用格雷码编码的遗传算法对动态光散射测量的粒径分布进行反演运算,数字测试结果表明,对于无噪声的分布,算法能精确的反演出各种粒子分布图像;对于加了一定噪声的分布,算法显示出较好的稳定性,能反演出主峰的分布图像.聚苯乙烯乳球的实验结果表明,该算法能反演双分布的粒径分布图像.与标准遗传算法和反演蒙特卡罗算法相比,该算法具有较高的搜索效率,能够用较少的计算时间快速搜索到最优解.格雷码编码遗传算法是一种更有效的随机反演算法.     

简易Mie散射数值计算方法的研究

在回顾光散射理论发展史的基础上,分析了常规Mie散射计算实现过程中的问题,并论述一种改进的简易Mie散射数值计算方法。参照科学记数法定义了一种“EDecimal”类型的数据结构及其基本数学运算和三角函数运算。采用动态链表技术实现了高效的C++ Mie散射计算程序。该程序不仅可以用来处理极端条件下的Mie散射计算,而且显著降低了算法的时间复杂度,提高了执行效率。与相同精度要求下采用Wiscombe编写的MIEV0程序的计算结果进行了比较,并指出此程序精确可靠。     

New algorithm and system for measuring size distribution of blood cells

In optical scattering particle sizing, a numerical transform is sought so that a particle size distribution can be determined from angular measurements of near forward scattering, which has been adopted in the measurement of blood cells. In this paper a new method of counting and classification of blood cell, laser light scattering method from stationary suspensions, is presented. The genetic algorithm combined with nonnegative least squared algorithm is employed to inverse the size distribution of blood cells. Numerical tests show that these techniques can be successfully applied to measuring size distribution of blood cell with high stability.     

基于赝热光照明的单发光学散斑成像

散射介质对光的散射是当前限制光学成像深度或距离的一个严重的问题.本文首先数值模拟比较了光透过随机散射介质成像研究中常用的基于光学记忆效应(memory effect, ME)和自相关(autocorrelation, AC)方法的HIOER算法和乒乓(Ping-Pang, PP)算法的优缺点.通过对HIOER算法和PP算法的恢复效果和迭代次数进行比较,发现PP算法在保持较高恢复效果的前提下拥有更快的运行速度.实验中,利用连续HeNe激光器和旋转毛玻璃产生赝热光源,通过物镜对随机散射介质后数毫米距离内的不同形状物体进行了单帧成像,并采用PP算法成功地恢复出微米量级物体的实际图像.这一研究结果将进一步促进ME和AC方法在深层生物组织医学成像研究上的应用.最后,实验研究了不同的物镜和散射介质的间距对成像恢复的放大率、分辨率和图像强度的影响特性,并进行了详细研究.     

响应量转换近红外检测技术在强散射介质中的应用研究

在近红外光谱定量分析中,由于散射作用的存在使得光谱变化复杂,从而导致校正模型的预测精度较低。消除散射干扰是提高测量精度的有效处理手段之一。为了消除散射对测量结果的影响,文章提出了响应量转换法,即根据被测介质在空间不同位置的光强随被测物浓度的变化率,通过逆倍增模型推出被测介质的吸收系数作为新的响应变量,从而建立校正模型。以牛奶样品为例,分析了脂肪和蛋白质浓度与吸收系数之间的关系,利用蒙特卡罗模拟研究了散射对近红外牛奶成分测量结果的影响,并通过传统预处理方法和响应量转换法进行散射干扰的消除。实验结果表明,响应量转换法能够有效消除散射干扰,与传统MSC和SNV预处理方法相比,脂肪预测精度分别提高了33.9%和55.9%,蛋白质预测精度分别提高了46.5%和33.7%。     

Light scattering theories and computer codes

In aerosol science today light scattering simulations are regarded as an indispensable tool to develop new particle characterization techniques or in solving inverse light scattering problems. Light scattering theories and related computational methods have evolved rapidly during the past decade such that scattering computations for wavelength sized nonspherical scatterers can be easily performed. This significant progress has resulted from rapid advances in computational algorithms developed in this field and from improved computer hardware.In this paper a review of the recent progress of light scattering theories and available computational programs is presented. We will focus on exact theories and will not cover approximate methods such as geometrical optics. Short outlines of the various theories are given alongside with informations on their capabilities and restrictions.     

Accelerated Monte Carlo method to reconstruct absorption coefficient from low coherent signal

A fast and effective method for reconstruction of optical absorption property of scattering object is developed. A revised Monte Carlo forward model is set up with new detection criteria for simulation of low coherence interferometer (LCI) system. Calculation of coherent signal could be accelerated by a scaling method based on baseline data simulated by Monte Carlo method. The inverse procedure of scaling method is utilized to extract absorption coefficient by dichotomy algorithm. Fat emulsion and stain mixture of Intralipid? and India ink are taken as scattering and absorbing sample. The results of reconstruction have shown the linear relationship between absorption and concentration of India ink. The maximum absolute relative deviation is 6.21%.     

Mie光散射理论的数值计算方法

Mie散射级数的计算速度和精度对颗粒测量结果有着重要的影响。针对不同颗粒直径和相对折射率，一般采用前向递推，后向递推，连分式法等计算Mie散射级数。在这3种方法的基础上提出一种改进算法，即首先通过连分式法计算Mie散射级数的初始值，然后后向递推其余各值。该算法在Matlab中实现时，数据以数组的数据类型存储和调用，程序采用递归算法。通过比较计算结果发现，该算法耗时短且结果不易溢出，具有快速、稳定、不受颗粒直径和折射率范围影响等优点。     

High-contrast imaging based on wavefront shaping to improve low signal-to-noise ratio photoacoustic signals using superpixel method

Photoacoustic(PA) imaging has drawn tremendous research interest for various applications in biomedicine and experienced exponential growth over the past decade. Since the scattering effect of biological tissue on ultrasound is two-to three-orders magnitude weaker than that of light, photoacoustic imaging can effectively improve the imaging depth.However, as the depth of imaging further increases, the incident light is seriously affected by scattering that the generated photoacoustic signal is very weak and the signal-to-noise ratio(SNR) is quite low. Low SNR signals can reduce imaging quality and even cause imaging failure. In this paper, we proposed a new wavefront shaping and imaging method of low SNR photoacoustic signal using digital micromirror device(DMD) based superpixel method. We combined the superpixel method with DMD to modulate the phase and amplitude of the incident light, and the genetic algorithm(GA) was used as the wavefront shaping algorithm. The enhancement of the photoacoustic signal reached 10.46. Then we performed scanning imaging by moving the absorber with the translation stage. A clear image with contrast of 8.57 was obtained while imaging with original photoacoustic signals could not be achieved. The proposed method opens new perspectives for imaging with weak photoacoustic signals.     

散射光谱的目标材质及比例反演研究

研究了基于散射光谱的点目标在远距离条件下表面材质及比例反演方法,旨在为空间碎片探测及预报提供数据参考。首先根据散射光谱的远距离目标探测物理模型,建立了基于散射光谱的目标参数反演物理模型,给出了基于最小二范数理论方法的目标表面材质及比例信息的反演算法,结合光源照射特性、目标材料表面光学反射特性、入射、反射及探测角等信息,利用双向反射分布函数(BRDF)的多级融合模型,表征复杂材料表面的光学反射特性,将BRDF中对应的面积量作为待反演参数,给出了目标表面材质及比例信息的反演算法;其次进行了实验验证,搭建了室内散射光谱探测及采集系统,进行了单一材质及多种材质不同比例的目标散射光谱探测及数据采集,经过对散射光谱数据进行预处理,截取有效波长范围为400～800 nm;结合理论分析及反演算法,对于四种材质组合的样品,进行了相同和不同比例组合的材质及比例反演,等比例反演结果最小误差为0.8%。最大误差为13.6%,平均误差为4.9%;不等比例反演结果最小误差为6%,最大误为12%,平均误差为9.25%;综合以上测试结果可以得出,反演平均误差最大为9.25%,考虑到入射光源稳定性有2.89%的误差,反...