水下光场的迭代求解

水体对光线的散射是水下图像质量劣化的重要因素,为了定量分析在特定光源照射下水体散射的影响,建立了光线水下传输的散射模型,以此为基础推导出求解水下光场分布的Fredholm积分方程.在水中光线能量随距离的增大呈指数规律衰减,基于此,在水体体散射函数为常数的情况下,给出了有边界条件时该积分方程的数值迭代求解方法,得到高精度...     

水下非均匀光场的分布特性

为了克服水下探测中后向散射光背景噪音的影响,提出了非均匀光场水下探测方法,推导得出非均匀光场的照度分布函数与接收口径、目标与接收器的距离以及海水的体积衰减系数几个因素有关.通过搭建集束光水下图像系统,对其产生的非均匀光场的分布特性和水下探测特性进行了水池实验.观测结果为,在0.6倍能见度下,可分辨1mm细节,在1倍能见度时,可分辨目标轮廓,在1.5倍能见度时,可探测到目标.结果证明,该系统具有宽视角、全景深、图像清晰度高等特点.     

求解中子动力学方程的加权蒙特卡罗方法

为了实现基于蒙特卡罗方法的中子动力学计算,在传统的直接蒙特卡罗动力学方法的基础上,提出了一种加权蒙特卡罗动力学方法。该方法通过引入粒子权重的概念,隐式考虑中子俘获反应和裂变反应过程中中子数目的变化,避免了模拟粒子的数目随时间的变化,降低了统计偏差,消除了程序计算过程中粒子的存库操作,提高了计算精度。基于单能点堆模型,开发了中子动力学计算程序NECP-Dandi,进行了大量数值验证与分析,包括无缓发中子、单组缓发中子、六组缓发中子、正阶跃反应性引入、负阶跃反应性引入、正脉冲反应性、负脉冲反应性和正线性反应性引入等情况。数值结果表明,相比于直接蒙特卡罗动力学方法,加权蒙特卡罗动力学方法在计算结果的精度和计算效率上有较为明显的改进,程序结构更为简洁。     

水下光场平均余弦的计算

平均余弦是海水重要的表观光学参数之一。本文分析比较不同水质参数下平均余弦随散射次数以及传输距离的变化规律，得出准直光束在不同水质海水中散射次数的分布及极限。     

太湖梅梁湾水下光场扰动的特征分析

在水体表面波的扰动作用下,水下光场随深度呈现较为明显的波动现象,且水中光合作用会对水下光场波动作出响应,因而此现象引起了广泛的关注。基于太湖梅梁湾观测的水下光场数据,计算了水下光场随深度的变化,并分析了其波动特征。结果表明:表面波引起了水下光场较为明显的波动现象,波动振幅最大的深度基本小于20 cm,远小于海洋中对应的深度;水下光场波动的振幅随深度呈e的负指数衰减,漫射消光系数越大,水下光场的波动衰减得也越快;当深度大于30 cm时,水下光场的扰动现象基本消失。还计算了船舶对水下光场观测的影响,发现直射光未被遮挡的情况下,漫射比例越高,其相对误差越大。     

基于蒙特卡罗法的水下激光光幕探测性能研究

为了提高水下激光光幕的探测性能, 根据水下光束传播规律, 构建了水下激光光幕探测模型, 基于蒙特卡罗模拟方法对水下激光光幕探测性能进行研究。基于水下激光光幕探测模型, 利用MATLAB软件进行仿真, 分析海水衰减系数、初始功率及传输距离对水下激光光幕传输的影响。仿真结果表明:海水的衰减系数越小, 水下激光光幕传输率受到的影响越小。海水参数和传输距离一定时, 随着初始功率的增加, 只会影响到达探测端的最终功率, 但对传输率影响不大。当海水衰减系数一定, 传输距离为1 m时, 其传输率约为15%且变化稳定; 当传输距离增加到30 m时, 传输率在5%以下。     

本期重点推荐论文

《水下光场的蒙特卡罗法求解》针对水下光电成像的应用需求,建立光子水下传输概率模型,利用蒙特卡罗方法求解水下光子照度随深度的分布特性,并与文献迭代法的计算结果进行比对,验证了该方法的有效性。在此基础上,模拟分析了水下点光源形成的光子照度随深度的分布特性,论文有关结果对实际工作有一定参考价值。     

求解介质内热辐射传递的双向统计蒙特卡罗法

基于热辐射传输的光路可逆性原理,提出了求解介质内热辐射传递的双向统计蒙特卡罗法(BSMC法)。该方法采用等温等权抽样,利用能束传输路径的可逆关系进行辐射传递的双向统计计算,充分利用了能束跟踪的计算信息。以二维矩形区域内吸收性介质的热辐射传递为例,介绍了BSMC的求解过程,分析了其计算误差。通过数值模拟,从辐射传递因子计算结果的倒易性满足程度与辐射平衡温度场两方面,将BSMC法与传统的蒙特卡罗法(TMC法)进行了比较。结果表明,在相同的计算量下,BSMC法比TMC有更高的模拟精度。     

混浊介质多光子激发荧光显微成像的蒙特卡罗模拟

将蒙特卡罗方法与几何光线追踪技术相结合用于研究样品混浊特性对多光子激发蒌光显微成像的影响。推导了模拟多层样品显微成像的数学模型,给出了用程序框图表示的基本仿真系统骨架,对传统蒙特卡罗方法的改进有效地增强了对聚焦光束的模拟能力,初步的模拟结果说明了混浊介质散射特性对显微成像的显著影响。     

蒙特卡罗法在高功率激光系统输出能量稳定性研究中的应用

以"四程 助推"放大系统为例,运用蒙特卡罗(Monte-Carlo)法计算分析了放大过程中注入能量、放大增益及损耗单独存在随机变化和以上因素共同作用时对系统输出能量稳定性的影响.计算结果表明,系统输出能量稳定性对四程小信号增益系数和腔内光学元件透过率的随机变化相当敏感;小信号增益随机变化明显大于注入能量对输出能量稳定性的影响.同时,也说明应用蒙特卡罗方法解决随机性问题的有效性和简洁性.     

用蒙特卡罗方法研究生物组织中的光分布

本文利用蒙特卡罗方法研究准直光束通过生物组织时其内部光吸收剂量分布的特点．计算模型设定的条件为：组织与其边界折射率不同、组织为纵向有一定宽度的层状结构．理论的计算模拟结果已同组织模拟体的实验结果作了比较，两者能较好的吻合．     

微细光束固化的蒙特卡罗建模

光固化是光束与光敏树脂之间的光化学反应,其作用过程对光固化加工分辨率有着直接影响.基于光子输运理论,利用蒙特卡罗方法追踪光子往树脂中的运动轨迹,对曝光光束人射、传输过程进行抽样,建立了微细光束固化模型;利用遗传算法并结合光同化实验重构获得了树脂材料的光学参数;利用该崮化模型,模拟计算了微细会聚紫外光束(λ=365 nm)单点曝光同化过程和固化单元点的形状和大小,分析了不同曝光最对固化结果的影响规律,计算结果与实验结果一致.研究表明,该模型可以有效地对微细光束与光敏树脂作用的复杂过程进行仿真,并能对不同入射光和曝光工艺条件下的固化物进行模拟计算,为微细光固化机理的研究和工艺优化提供了基础.     

热辐射输运问题的高效蒙特卡罗模拟方法

惯性约束聚变研究中,热辐射光子在介质中的输运以及热辐射光子与介质的相互作用是重要研究课题,蒙特卡罗方法是该类问题的重要研究手段之一.隐式蒙特卡罗方法虽然能正确地模拟热辐射在介质中的输运过程,但当模拟重介质(材料的吸收系数大)问题时,该方法花费的计算时间将变得很长,导致模拟效率很低.本文以离散扩散蒙特卡罗方法为基础,开发了"离散扩散蒙特卡罗方法辐射输运模拟程序",可以较好地解决重介质区的计算效率问题,但是离散扩散蒙卡罗方法在模拟轻介质区时精度不够高.辐射输运问题中通常既有轻介质也有重介质,为了能同时解决蒙特卡罗方法模拟的效率和精度问题,本文研究了离散扩散蒙特卡罗方法与隐式蒙特卡罗方法相结合的模拟方法,并提出了新的扩散区与输运区界面处理方法,研制了混合蒙特卡罗方法的辐射输运模拟程序.典型辐射输运问题模拟显示:在模拟重介质问题时,该程序能大幅缩短模拟时间,且能取得与隐式蒙特卡罗方法一致的结果;在模拟轻重介质均存在的问题时,与隐式蒙特卡罗方法相比,混合蒙特卡罗方法的模拟精度与其相当且计算效率同样能够得到显著提升.     

基于Monte Carlo的热脉冲法数据分析

热脉冲法是测量聚合物介质薄膜空间电荷分布的有效方法之一, 其数据的分析涉及第一类Fredholm积分方程, 只能采用合适的数值计算方法进行求解, 而Monte Carlo法是近年来提出的数值求解该方程的方法之一. 本文尝试使用Monte Carlo法在频域内实现热脉冲数据的分析, 通过一系列模拟计算讨论Monte Carlo法的分析效果. 计算结果表明: Monte Carlo法可实现对热脉冲法实验数据的有效分析, 提取被测薄膜内的电场分布, 而且计算的电场分布在整个样品厚度上都与真实分布较好地符合, 可有效地弥补尺度变换法只在样品表面附近获得较高准确度的缺陷. 该方法的局限性在于计算结果存在一定的振荡, 且在噪声和数据误差的影响下, 其准确性很大程度上依赖于奇异值分解过程中容差的选择, 在应用的方便程度方面还有待进一步提升.     

X射线能谱测量的蒙特卡罗成像模拟

针对高能强流电子束轰击高Z靶产生的X射线的能谱测量问题,采用蒙特卡罗方法进行成像模拟研究。高能X射线能谱通常由对X射线经过衰减体的直穿透射率曲线进行解谱获得。设计了带多准直孔的截锥体模型,在单次模拟成像中获得完整的衰减透射率曲线,有效避免了散射光子对透射率曲线以及X射线能谱重建的影响。成像面采用非均匀划分网格计数,将大部分探测计数点集中于各准直孔出口处,保证关注区域模拟成像的精细度,同时减少总体计算时间。     

平行束缪子透射成像蒙特卡罗模拟

使用蒙特卡罗程序Geant4,模拟平行束缪子垂直于理想探测器平面入射法国试验客体（FTO）模型,在模型的上方和下方各放置三块理想探测器,用以输出缪子位置信息,从而确定入射与出射缪子径迹。通过三种方法统计缪子穿过模型前后的透射比,对模型进行透射成像,得到不同的成像结果。统计方法一和方法二分辨力可达2 mm2 mm,统计方法三可达1 mm1 mm,Cu与W区分较为明显,而且可显示出FTO模型中心的空气球,FTO模型与模型周围空气的边界十分清晰。模拟结果表明,平行束入射缪子可以进行透射成像。     

高斯光束在双层云中传输的蒙特卡罗模拟

基于辐射传输理论, 利用蒙特卡罗方法模拟了无限窄(冲击函数)准直光束入射到典型水云以及冰水双层云时的后向散射特性, 进而将得到的冲击响应与高斯光束卷积, 得到高斯光束在云层中传输的多次散射特性. 文中给出了两种波束入射时水云以及冰水双层云的反射函数随径向r和天顶角α的变化关系, 并给出了光强在云层内部的二维分布图. 计算结果表明, 高斯光束入射时, 云层反射函数的特点与无限窄准直光束入射时有较大区别. 因此在利用激光雷达进行云层探测时需要考虑激光的散斑, 文中的方法可以为此提供理论依据.     

A new Monte Carlo power method for the eigenvalue problem of transfer matrices

We propose a new Monte Carlo method for calculating eigenvalues of transfer matrices leading to free energies and to correlation lengths of classical and quantum many-body systems. Generally, this method can be applied to the calculation of the maximum eigenvalue of a nonnegative matrix  such that all the matrix elements of Â^k are strictly positive for an integerk. This method is based on a new representation of the maximum eigenvalue of the matrix  as the thermal average of a certain observable of a many-body system. Therefore one can easily calculate the maximum eigenvalue of a transfer matrix leading to the free energy in the standard Monte Carlo simulations, such as the Metropolis algorithm. As test cases, we calculate the free energies of the square-lattice Ising model and of the spin-1/2XY Heisenberg chain. We also prove two useful theorems on the ergodicity in quantum Monte Carlo algorithms, or more generally, on the ergodicity of Monte Carlo algorithms using our new representation of the maximum eigenvalue of the matrixÂ.