面向新世纪的粒子图像测速

一种综述粒子图像测速（Ｐａｒｉｃｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）的非接触、瞬时、动态、全流场的和本质上是直接的速度场测量技术，成为当今最实用和非常有潜力的流体力学全流场观测（Ｆｕｌｌ Ｆｌｏｗ Ｆｉｅｌｄ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ＆Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）技术。回顾和展望ＰＩＶ（包括ＤＰＩＶ，ＳＰＩＶ，ＨＰＩＶ等）及尖用的进展和前景。面临新世纪，ＰＩＶ技术有望最终攻克一个容积的三维速度场时     

CCD互相关粒子图像测速及其在对抗流流场测量中的应用

在常规自相关粒子图像测速（ＰＩＶ）系统的基础上,发展了一个采用ＣＣＤ像机的互相关粒子图像测速系统。用这一新系统测量了对抗流流场的结果表明,这一技术克服了自相关粒子图像测速技术在测量具有滞止点的流场中的困难。实验说明,与自相关粒子图像测速技术相比,这一技术更快捷有效。     

神经网络在立体成象测速技术中的应用

立体成象测速技术是一种用于测量三维流场中流体的三个速度分量的光学方法。该测量为非接触测量,其测量原理是基于由两个CCD传感器从不同的有利位置点获取的图象。采用这一方法时,如果流场中散布的粒子的密度较大的,由成象系统所获得的图象中就可能丢失单个粒子的部分象点或者是等效的数据点。该数据丢失大多数是发生在对重叠的粒子图象进行分解的过程中和对粒子进行跟踪阶段。为了尽可能恢复更多的数据点并提高测量精度,在立体成象测速技术的两个阶段中采用了神经网络技术。在对重叠的粒子进行分解的阶段采用了后向传播(Back Propagation)神经网络,这是由于此方法具有图形识别和分类的能力。在对粒子跟踪阶段,跳跃神经网络（Hopfield neural network)是获取相应粒子轨迹的一种公认的最佳求解方法。研究表明,神经网络对于提高测试性能具有潜在的作用,而且已被证明对于立体成象测速技术是非常有用的。     

粒子像斑三维定位的透视成像原理和方法

在三维粒子成像测速（ＰＩＶ）方面,可运用体积光照明同时从不同光轴用多个照相机获得ＰＩＶ图像,如何根据这些不同光轴获得的ＰＩＶ图像确定出粒子物点的空间位置是实现三维粒子成像测速的前提。基于此,提出了根据多幅不同光轴的ＰＩＶ图像的粒子像斑实现粒子物点三维定位的透视成像定位原理和方法。精确确定透视平面与透视中心在空间的位置是实现粒子物点三维定位的关键,妆测定透视中心（照相机的光学中心）和透视平面在空间的     

全内反射测速技术（TIRV）中界面隐失波基准光强I_0的确定

基于隐失波全内反射的测速技术TIRV（Total internal reflection velocimetry）是微纳流动中测量壁面附近几百纳米范围内速度的有效方法。隐失波的光强分布I（z）随离开壁面的高度z指数衰减。若荧光粒子位于光强分布中,其亮度也将符合此指数关系,通过测量粒子亮度可确定粒子的垂向位置z,而确定隐失波的基准光强I0是该技术的关键之一。基于粒子近壁Boltzmann浓度分布、粒子粒径不均匀性和隐失波光强公式,给出了粒子亮度概率密度分布的数值解。实验测量粒子统计亮度分布后,依据实验和理论分布相同原则可定量确定基准光强I0。采用100nm和250nm荧光粒子验证此方法并定量分析了粒径分散性对确定I0的影响。进一步采用100nm粒子进行近壁速度测量实验,结果验证了本方法的有效性。     

激光测速技术（LDV）诞生50周年启示

回顾50年来激光测速技术（LDV）的发展过程,取得的主要成就,科学家和工程技术人员作出的重大贡献。LDV为流体力学的实验研究提供了有力的测试手段,开辟了对复杂流动精确、定量、动态测量研究的新篇章。     

基于互相关的光流测速法在湍流热对流中的应用

同时准确地测量大尺度流动结构和小尺度湍流统计特性对于理解湍流的能量传递规律有着重要意义。尽管粒子成像测速（PIV）技术得到了广泛的应用，但由于算法原理的要求以及商用相机分辨率的限制，PIV技术在同时获取大、小尺度流动特性方面并不实用。另一方面，近年来逐渐引起关注的光流测速法虽然可以实现单像素分辨率的大区域速度场测量，但其准确性通常受限于应用场景而难以保证。本文采用一种基于互相关的光流测速法来分析RayleighBénard对流的粒子图像，进而同时获得全局速度场和小尺度湍流特性。结果表明，这种方法不仅可以获得与PIV技术一致的全局场和流动强度，还能有效地解析出湍流耗散区的速度结构函数。进一步的，分别基于速度结构函数和定义直接计算而获得的能量耗散率不仅在数值大小上互相吻合，还与直接数值模拟的结果以及理论预测相一致。这些结果表明基于互相关的光流测速法在同时测量大尺度流动结构和小尺度统计特性上有很好的应用潜力。     

三维PIV透视成像粒子定位的可确定性

三维粒子成像测速（ＰＩＶ）的透视成像分析方法中，在动用体积光照明前从多个不同光轴方向用多台照相机或摄像机同时获得ＰＩＶ图像后，根据多幅不同光轴的ＰＩＶ图像的透视性质，运用物点三维定位的透视成像定位原理和方法，可通过找出各透视面上像点所对应的透视射线的交点来确定相应粒子的三维位置。问题在于，尽管粒子所在位置上必然存在各像点相应的透视射线的交点，但反过不，相应的透视射线的交点上却未必存在着真实的粒子。     

白光气泡图象测速技术

 介绍了一种新的PIV(Particle Image Velocimetry)测速技术——白光气泡图象测速技术。用电解水产生的氧泡作为流场示踪粒子,用普通闪光灯组作为PIV底片记录的多脉冲光源。其主要优点是:对实验设备无污染;不需要高能量激光光源;并可获得高信噪比的PIV底片。     

新的激光测速光路布置及其应用

在目前国际通用的三束双色激光测速仪光路系统的基础上，将绿光与混合光交换位置，使蓝光与混合光同布于聚焦透镜的直径上，构成新的测速平面的激光测速光路，特别适用于测量二平行壁面间深度比大，缝隙狭窄的流场，如环隙科特流、叶片机械内流场等，实现一次测量，即可获得二壁面间相当完整的流场信息。     

PIV技术中的示踪粒子发生和布撤

示踪粒子发生和布撒，是粒子图像测速（PIV）技术的重要组成部分，是影响速度测量质量的关键环节。介绍PIV技术对其示踪粒子的基本要求和示踪粒子发生、布撒装置.介绍在风洞PIV测量中，示踪粒子发生、布撒的方式、方法及作者得到的实际经验和切身体会以及对避一步提高风洞PIV测量中示踪粒子发生、布撒质量的见解。     

白光氧气泡图像测速技术

本文介绍一种白光氧气泡图像测速新技术。用电解水产生的氧气泡做为流场示踪粒子,用两个闪光时间间隔由数字电路控制的普通闪光灯做为粒子图像底片记录的多脉冲光源,取代了以往PIV测速技术中通常所用的固体示踪粒子及大功率激光光源。该技术的显著优点是实验成本低,无污染,而且光源功率需求低,并且可以获得高信噪比的粒子图像记录底片。通过实际应用说明该实验技术是水洞力学中速度场测量的一种有效方法。     

多测速系统测速差分计算及误差分析

多测速系统是航天测控网的重要组成部分,通过多站联测可实现外空间飞行目标的高精度测速.以四站联测距离和变化率为对象,建立了测速系统测量数据的两组差分算法和误差传播算子及精度计算公式.任务实测数据计算结果表明,该方法可有效消除跟踪测量过程距离和变化率数据的大部分误差,提高数据处理精度.     

PIV测速技术实验参数分析

本文通过理论分析、计算机模拟及实验观测，对采用底片记录和杨氏条纹法判读的ＰＩＶ测速技术的动态测量范围、各种实验参数的影响及其优化取值准则进行了详细的分析讨论，并给出了一些有关的理论及经验公式。     

基于深度神经网络的粒子图像测速算法

粒子图像测速(PIV)作为一种流体力学实验技术,能够从流体图像中获取全局、定量的速度场信息。随着人工智能技术的发展,设计用于粒子图像测速的深度学习技术具有广泛的应用前景和研究价值。借鉴在计算机视觉领域用于运动估计的光流神经网络,采用人工合成的粒子图像数据集进行监督学习训练,从而获得适用于流体运动估计的深度神经网络模型,并且能够高效地提供单像素级别分辨率的速度场。文中采用人工合成的湍流流场粒子图像进行初步实验评估,并讨论PIV神经网络的隐藏层输出和内在原理,同时将训练而成的深度神经网络模型与传统的相关分析法、光流法对比;随后进行射流流场测速实验,验证深度神经网络PIV的实用性。实验结果表明,文中提出的基于深度神经网络的粒子图像测速在精度、分辨率、计算效率上具有优势。     

标量图像测速原理及数值检验

标量图像测速是一种新型的能够测量微小结构的湍流实验测量系统,其理论依据是Schmidt（Sc）数〉1的标量湍流里,标量场脉动的时间尺度和空间耗散尺度要小于对应的速度场脉动的时间尺度和空间耗散尺度,标量脉动比速度脉动具有更强的间歇性,标量场所含信息大于速度场所含信息,从高＆数标量场提取速度场是可能的。笔者详细介绍了标量图像测速原理,并在积分最小化法思想指导下根据标量输运守恒方程及限定条件,建立了积分最小化标量图像测速的数学表示。通过变分法,获得了积分空间每个点的三个速度分量的欧拉特征方程,对欧拉特征方程离散化即可在积分空间建立一线性稀疏方程组。采用变分迭代法对此线性稀疏方程组进行求解即可获得三维速度场,据此采用积分最小化法建立了标量图像测速图像处理系统。还介绍了四维标量场（三维空间加一维时间）的图像采集原理,并采用DNS数据对标量图像测速处理系统进行了数值检验,检验结果表明标量图像测速技术所求解的速度场和DNS精确解之间在结构上是十分相似的,标量图像测速可以正确地提取速度场。     

PIV粒子测速技术在污水排海管道内流研究中的应用

PIV粒子测速技术与其它测速技术相比,具有实时性和无干扰性的优点。本文以污水海洋排放系统内部海水入侵形成的复杂流动为例,将PIV测速技术应用于管道内部的非恒定密度分层流研究。海水入侵海洋扩散器将会大大降低污水处置效率,尤其是在早期建造的没有海水入侵防护装置的污水海洋处置工程中,这个问题显得尤为突出。本文在实验室里建造了一个简化的污水海洋排放系统模型,采用PIV粒子测速系统对排放管道内的流速场进行测量,在此基础上对排放管道海水入侵过程及其发展机制进行了分析。实验研究结果表明,排污流量是影响排放系统内部流动型式的主要因素,密度分层流交界面的卷吸和紊动掺混是排出入侵海水的主要动力,而且这两种动力在排出海水时所起的作用比重不同,主要取决于排污管道内的污水动量。     

日本的数据中继试验卫星系统（DRTSS）

日本国家航天开发局（ＮＡＳＤＡ）已经在１９９５年使用工程试验卫星（ＥＴＳ）－ＶＩ进行了轨道间通信的基础实验，在ＥＴＳ－ＶＩ实验的基础上，于１９９７年发射通信与广播工程试验卫星（ＣＯＭＴＥＳ）。继ＥＴＳ－ＶＩ和ＣＯＭＥＴＳ之后，ＮＡＳＤＡ计划用两颗数据中继试验卫星（ＤＲＴＳ）进行高速率数传网络操作实验。ＤＲＴＳ预计于２０００年前后由Ｈ－Ⅱ火箭发动射升空，本次实验的目的是为地球观测国际空间站等日本航天     

连续波测速技术述评

速度是弹道和轨道的重要测量参数之一。过去和现在,在弹道的精密测量中,广泛地使用连续波雷达进行速度测量。在航天器轨道测量中,五十年代末期到六十年代初期,主要采用了单向无线电测速系统。到六十年代中后期,美国着手研制和使用连续波雷达进行双向测速。典型的有阿波罗统一S波段系统和哥达德距离和距离变化率测量系统等。各连续波系统在技术实施方案上各有不同,体制上也各有差别。这些体制各有利弊,下面试图对各种连续波测速技术及有关问题作一些粗浅的评述。具体而言,将从单向和双向测速系统;双向测速系统;终端和数据处理方法等几个方面进行叙述。     

飞行数据处理（FDP）技术在民航的应用研究

本文着重介绍空管ＡＴＣ系统飞行数据处理（ＦＤＰ）技术的内容，以及成都双流国际机场ＴＯＳＨＩＢＡ富达ＲＤＰＳ改造项目情况，飞行数据处理（ＦＤＰ）技术在该项目的实际应用。