基于近场散射的颗粒粒径分布测量

针对传统的前向小角散射粒径测量系统中心光过强、杂散光干扰、散射角过小等缺点,本文采用一种新型的近场散射(NFS)方法测量前向小角散射光,研究并搭建了基于近场散射的颗粒粒径测量系统,将最大散射角提高到40.5°;在无需空白测量的情况下采用差分方法对透射光和散射光干涉成的散斑图像进行处理,有效去除中心光和杂散光的影响;对差分散斑图像进行快速傅里叶变换(FFT)频谱处理得到散射光强分布,利用Chahine算法对颗粒粒径进行了反演。最后,利用已知粒径(39.2μm和67.3μm)的标准颗粒对测量系统的准确性进行了单峰分布的验证,测量误差在5%之内;对于粒径为39.2μm和67.3μm的混合颗粒进行了双峰分布验证,在43.3μm和74.1μm处出现峰值,测量误差在10%左右。     

基于光场成像的燃烧颗粒粒径与速度测量方法

为实现固体推进剂中金属燃料动态燃烧的精细化表征,提出一种基于光场成像的固体推进剂中燃烧颗粒粒径与速度三维动态同步测量方法。构建固体推进剂燃烧光场成像测量系统,获得金属颗粒动态燃烧过程的光场图像,通过重聚焦算法得到燃烧颗粒场的重聚焦图像;进一步开展光场相机标定实验,获取深度与最佳重聚焦参数的关系曲线;利用图像分割算法对重聚焦图像中的颗粒进行识别和定位,获取燃烧颗粒的粒径大小,并结合三维粒子跟踪技术对颗粒的轨迹和速度进行重构;开展推进剂药条燃烧实验验证研究。结果表明：光场成像技术能够获得不同深度的颗粒信息,跟踪颗粒的动态燃烧过程,并实现对燃烧金属颗粒粒径与三维速度的同步测量。     

多层膜光学常数的迭代椭偏测量研究

论述了多层薄膜光学的椭偏测量原理以及测量方法，采用导纳矩阵计算多层的椭偏参数；采用统计试验法与单纯形法相结合的数值逼近法进行反演计算。更重要的是本文首次提出迭椭偏测量法，使测量的重复性和精确度都大大提高。所谓选代椭偏测量法是不断地优选椭偏测量入射角，从而选出对核样品来说最佳椭偏测量入射角。用这种方法精确测量了相变光盘记录介质膜晶态下的光学常数，这对于相变光盘膜系结构优化设计很重要。     

基于改进预测滤波的小天体精确着陆自主导航方法研究

针对小天体形状不规则、质量不均匀导致模型建立不准确的问题,研究基于改进的预测滤波实现自主着陆过程中精确导航的关键技术。在导航算法设计中,首先建立了小天体引力场模型,并建立了导航系统运动学模型,然后建立了基于惯性测量单元、光学相机及测速敏感器多信息融合的测量模型,结合扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter, EKF)算法对非线性预测滤波(Nonlinear Predictive Filter, NPF)算法进行改进,在该导航算法下,对系统的可观性进行了分析。仿真结果表明:在引力不确定性引起的模型不准确度下,该方法可实时估计模型误差,在与EKF导航精度比较的基础上验证了改进的NPF算法的有效性和精确性。     

基于散射光强度的碳黑团聚体分形结构和粒径分布同时反演

利用散射光信号实现碳黑团聚体分形结构和粒径分布参数的同时反演，在火焰辐射换热模拟和污染物测定方面有着重要应用价值。反演的正问题基于瑞利-德拜-甘斯多分散分形团聚体（RDG-PFA）散射理论，研究了2种信号方案，包括多角度散射及多角度散射-准直透射率。反演前，对比2种信号方案的残余适应度值分布发现，散射与透射信号同时使用有效减弱了反问题的病态性。反演过程基于协方差矩阵自适应的演化策略（CMA-ES）算法，该算法具有很强的局部搜索能力，为快速且稳定地反演各个目标参数提供了保障。反演结果表明了CMA-ES算法较大搜索空间内的可行性和普适性，同时也证明了采用多角度散射-准直透射率的组合信号有效提高了目标参数的反演精度。      

基于波动光学的显微光场成像点扩散函数

光场Micro-PIV通过Lucy-Richardson（L-R）算法对光场图片进行反卷积重建,从而获得示踪粒子的三维坐标信息,准确的点扩散函数（PSF）是L-R算法完成重建的前提,而现有PSF模型不适用于光场Micro-PIV系统。为此,建立了基于波动光学的显微光场成像PSF模型,进行了数值仿真,获得了模拟PSF图像,并通过结构相似性算法计算了模拟PSF图像与实际PSF图像的相似度,进一步利用L-R算法结合PSF对单个粒子和不同浓度下示踪粒子的流场进行了三维重建。结果表明:模拟PSF图像与实际PSF图像相似度大于0.94,表明PSF模型具有较高的准确性;单个粒子的三维坐标误差在一个像素以内,并可准确地获得不同浓度下示踪粒子的三维坐标信息,进一步验证了模型的准确性,为光场Micro-PIV实现瞬时三维速度场测量奠定了基础。      

微波干涉仪测量羽流电子密度反演方法

利用微波干涉仪进行推进器羽流密度测量的反演方法研究.重点针对羽流等离子体密度反演的Abel逆变换数值求解,采用离散化算法、三次样条插值算法、Hankel-Fourier算法以及Nestor-Olsen算法等四种方法进行仿真分析和比较.通过对这四种方法在无噪声和有噪声两种情况下反演误差的比较,找出适用于实际干涉仪数据处理的方法;通过对采样点数和反演之间的关系分析,给出解决欠采样问题的方法和数值参考;在分析比较的基础上,总结数值处理的必要步骤.利用模拟实验测试数据进行验证并对反演结果进行分析.      

颗粒射流冲击材料行为研究

颗粒冲击材料现象广泛存在于自然界以及工业领域中。应用实验测量与数值计算相结合的方法研究了颗粒射流冲击材料(304不锈钢)的磨损行为。考虑了颗粒粒径、运动轨迹、颗粒-壁面撞击点分布以及所导致材料物相结构变化。实验测试包括材料质量损耗、材料元素X射线衍射(XRD)分析、表面微观结构扫描电镜(SEM)观察。对相应的颗粒射流冲击材料行为进行了数值计算,获得流场,颗粒场以及相应材料磨损。结果表明:颗粒射流冲击下颗粒运动轨迹与撞击点的分布不同,造成了材料样品表面磨损区域明显不同。颗粒-壁面碰撞不仅会导致材料损失而且会造成材料物相结构的变化。     

铜颗粒污染物对变压器油运动黏度的影响

变压器油中铜颗粒污染物的存在极易影响油液的理化性能,甚至导致重大生产事故,因而根据ISO4406:1999标准,配制了24组不同污染度的含铜颗粒油样并通过实验测试了变压器油样的运动黏度性能（40℃）,获得了实验范围内铜颗粒污染度对油液运动黏度的影响规律;然后根据测试数据采用偏最小二乘（PLS）法和支持向量机（SVM）法建立了油样中不同粒径、含量的铜颗粒与油液运动黏度的数学模型,探讨了不同粒径、含量的铜颗粒污染物对油液运动黏度的影响规律。结果表明:随着铜颗粒污染度的增加,油液的运动黏度减小;铜颗粒污染物粒径在15～25 μm范围内对油液运动黏度的影响较大,且粒径越大,油液运动黏度也越大;所建立SVM模型对验证集进行预测的相关系数和均方根误差（RMSE）分别是0.962 6、4.597×10-5。为消除实验误差,减少人为因素的影响比较准确地掌握铜颗粒污染物对油液运动黏度的影响提供了新的途径。      

代数重建法反演环电流分布的初步结果

TC-2卫星携带了高能中性原子成像仪.在理论上可以根据对中性原子的探测通过反演获得磁层中环电流的空间分布.开发了一种新的反演技术和算法来反演环电流的分布.文中将层析成像技术引入反演环电流区离子分布,把磁层空间环电流区域划分为网格并依据层析成像常用的代数重建法反演环电流的分布.反演前后的电流离子分布具有一致性,证实了这种反演方法的可行性.通过对比反演结果与初始分布,模型通过较少的假设和简单的步骤就可以获得全面的环电流信息.      

A surface reflectance correction model to improve the retrieval of MISR aerosol optical depth supported by MODIS data

Combined use of different satellite sensors are known to improve retrievals of aerosol optical depth (AOD). In this study, we propose a new method for retrieving Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR) AOD data supported by Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data in Jiangsu Province, China, over the period of 2016–2018 using MODIS L1B, bidirectional reflectance distribution function (BRDF), MISR 1B2T, and ground-measured AOD data. This method is based on the surface reflectance determined by the MODIS V5.2 algorithm. Through the observation angle and spectral conversion between different sensors, the MISR AOD can be obtained. The correlation coefficient (R) and root-mean-square error (RMSE) between the retrieved MISR and ground-measured AOD data varied between different seasons. The accuracy of the MISR AOD retrieval was notably improved after correcting the MISR surface reflectance. Therefore, the method proposed in this study is feasible for the retrieval of MISR AOD supported by MODIS data, and will be applicable to atmospheric environmental monitoring over large areas in the future.     

非接触位移测量中参考点抖动影响的补偿方法

针对用非接触3D光学位移测试系统进行结构动位移形变测试时,测试参考点会发生抖动而影响测试结果的现实难题,提出在用光学位移测试系统测试结构动位移的同时,利用3D加速度传感器同步测试参考点的振动加速度进而获得参考点的3D振动位移,然后用参考点的3D振动位移去修正光学位移测试系统的测量结果,从而提高测量精度的测试和处理方法。论文重点对如何通过振动加速度获得准确的参考点3D振动位移和如何通过参考点的3D振动位移来修正3D光学位移测试系统测量输出的方法和算法进行了研究、仿真和实际测试验证。仿真和实验结果表明,本文提出的测试方法和算法可以有效补偿动位移直接测量中因参考点抖动而引入的测量误差,显著提高测量精度。     

铝基微结构光栅几何参数反演

微结构光栅是一种广泛应用的电子元件。采用随机微粒群优化(SPSO)算法反演了一维铝基衬底矩形光栅的几何结构参数。首先介绍了严格耦合波分析(RCWA)法和微粒群优化算法的基本原理,并采用RCWA法求解了光栅内电磁场问题;然后根据正问题求得的光栅光谱反射率建立目标函数,并采用SPSO算法优化目标函数,反演得到单槽和双槽矩形光栅的周期、凸脊宽度和凹槽深度;最后分析了种群大小和搜索区间对反演结果的影响。结果表明,SPSO算法可以准确地反演光栅几何结构参数,并推荐种群数取30。     

用电子显微镜测量微小雾滴尺寸

研究气流中微小雾滴问题时，根据微粒在气流中的响应时间极短这一特征，采用捕捉采样，在电子显微镜下拍照，获得其雾径及尺寸分布。     

基于URTS平滑建议分布函数的PF算法设计及应用

为改善基于Unscented Kalman滤波建议分布函数的粒子滤波状态估计的性能,将Unscented Kalman滤波与RTS（Rauch-Tung-Striebel）固定区间平滑算法融合,产生了一种新的建议分布函数--Unscented RTS平滑建议分布函数。该函数首先实施Unscented Kalman滤波,之后对此滤波结果进行RTS固定区间平滑,以此产生预测样本。以此新建议分布函数得到的预测粒子的精度较通常的以Unscented Kalman滤波方法作为建议分布函数时得到的预测粒子的精度将大为提高,进而提高相应的粒子滤波算法--PF URTS的状态估计精度。新算法的可行性和有效性在GPS/DR组合导航数据处理中得到了应用验证。     

Optical/radio/pulsars integrated navigation for Mars orbiter

In this paper, we address the issue of the integrated navigation algorithm with different combination of measurements for Mars orbiter. First, system dynamic model and navigation measurement models using optical measurement information, radio measurement information and X-ray pulsars measurement information are respectively established. Second, optical/radio/pulsars integrated navigation algorithm is proposed, and observability analysis of the integrated navigation system is also conducted. Third, adaptive extended Kalman filter is adopted to fuse measurement information and suppress measurement and process noise to optimally estimate the state of Mars orbiter. Monte Carlo simulation results show that optical/radio/pulsars integrated navigation can effectively improve the navigation accuracy and satisfy the navigation requirements of Mars orbiter.     

粒子群优化粒子滤波的接收机自主完好性监测

接收机自主完好性监测（RAIM）是航空卫星导航接收机必不可少的功能,为保持全球卫星导航系统（GNSS）在卫星发生故障时系统性能不降级,需要对卫星故障进行检测和隔离。针对接收机观测噪声非高斯分布的特点,提出一种基于粒子群优化粒子滤波（PSO-PF）的故障检测和隔离算法。通过粒子群优化粒子滤波对状态估计进行一致性检验实现故障检测。采集实测数据验证算法的检测性能,并与基于基本粒子滤波的完好性监测算法进行比较,结果表明:本文所提算法在非高斯测量噪声下可检测并隔离全球定位系统（GPS）故障卫星,其性能优于基于基本粒子滤波的完好性监测算法性能,对研究北斗卫星导航系统（BDS）接收机自主完好性监测具有一定的意义。      

Phase transitions in a dusty plasma with two distinct particle sizes

In semiconductor manufacturing, contamination due to particulates significantly decreases the yield and quality of device fabrication, therefore increasing the cost of production. Dust particle clouds can be found in almost all plasma processing environments including both plasma etching devices and in plasma deposition processes. Dust particles suspended within such plasmas will acquire an electric charge from collisions with electrons and ions in the plasma. If the ratio of inter-particle potential energy to the average kinetic energy is sufficient, the particles will form either a “liquid” structure with short-range ordering or a crystalline structure with long-range ordering. Many experiments have been conducted over the past decade on such colloidal plasmas to discover the character of the systems formed, but more work is needed to fully understand these structures. The preponderance of previous experiments used monodisperse spheres to form complex plasma systems. However, most plasma processing environments contain more arbitrary distributions of particle size. In order to examine in more detail the effects of a size distribution, experiments were carried out in a GEC rf reference cell modified for use as a dusty plasma system. Using two monodisperse particle sizes, experiments were conducted to determine the manner in which phase transitions and other thermodynamic properties depended upon the overall dust grain size distribution. Plasma crystals were formed from different mixtures of 8.89 and 6.50 μm monodisperse particles in argon plasma. With the use of various optical techniques, the pair correlation function was determined at different pressures and powers and then compared to measurements obtained for monodisperse spheres.