表面粗糙度评定参数的分形表征

以分形几何理论为基础,利用轮廓谱矩和表面谱矩的概念对表面粗糙度评定参数进行了分形表征,并在此基础上提出了一些新的三维评定参数,如均一性、等方性等。     

工件表面轮廓均方根斜率的光散射测量

描述并确定具有明显纹理粗糙表面均方根斜率的光散射技术(均方根斜率是联合表面轮廓高度和波长特性的混合参数)。称为散射光锥法(The scattered light-conemethod)的该技术是基于激光角散射检测阵列(DALLAS——Defector Array for Laser LishtAngular Scattering),它用于测量粗糙表面散射光角分布的仪器。均方根斜率是从DALLAS光散射图象的角宽得到的。一般可以发现角宽(即估计的均方根斜率)对光的入射角和散射角变化相当大时是不敏感的。这些结果与表面材料无关,并且对正弦和随机粗糙表面都是有效的。介绍了散射光锥法的测量原理、实验、数据分析和几点结论。     

三维表现形貌的功能评定方法

三维表面形貌受生成机理的影响,与表面功能密切相关,对表面的功能评定至关重要.论述了三维表面功能评定的各种方法,如最小二乘多项式拟合、滤波、Motif法和分形方法,并分析归纳了存在的问题和发展趋势.     

壁面展向匀速运动的槽道湍流的直接数值模拟

为了解展向存在匀速流动时湍流槽道流动的特性,应用直接数值模拟方法研究了壁面的展向运动对湍流槽道流动的影响.采用标准谱方法对固定质量流率条件下,上壁面展向运动速度分别等于零、流向流量平均速度以及两倍于流向流量平均速度等3种情况进行了直接数值模拟.结果表明,壁面的展向运动会导致表面摩擦力的增大,二阶湍流统计量诸如均方根速度脉动、雷诺剪切应力和均方根涡量脉动等都会随着壁面展向运动速度的增大而显著增长,同时,槽道截面上的均方根速度脉动也变得更均匀.      

三维表面形貌的功能评定方法

三维表面形貌受生成机理的影响 ,与表面功能密切相关 ,对表面的功能评定至关重要。论述了三维表面功能评定的各种方法 ,如最小二乘多项式拟合、滤波、Motif法和分形方法 ,并分析归纳了存在的问题和发展趋势。     

导弹随机机动策略的研究

研究了一种机动规律未知的随机机动突防策略,其随机性保证了导弹的高突防概率.拦截-突防问题采用的模型是线化平面相对运动方程.用共轭系统分析法,得到了该模型在突防导弹随机机动突防策略的作用下,拦截导弹脱靶量均方根的解析解.分析了某些参数对拦截导弹脱靶量均方根的影响.以突防概率为评价标准,研究了突防持续时间在正态分布情况下随机机动策略的有效性.      

雷达目标低频RCS可视化计算

随着计算机进一步发展,科学计算可视化越来越受到重视;而适用于低频区RCS(雷达散射截面)计算的传统方法MOM(矩量法),也越来越显示其价值;为了方便电磁计算和电磁建模,基于先进的计算机三维造型技术和可视化编程手段,采用回路线栅矩量法,计算低频区三维雷达目标RCS,与实验数据比较取得良好的计算结果,对RCS理论计算的工程应用起重要作用.      

高纬极区离子速度分布函数多项式解及非相干散射谱计算

为更准确描述高纬极区电离层离子分布函数, 分别采用弛豫碰撞模型和麦克斯韦分子碰撞模型描述玻耳兹曼方程的碰撞项, 通过求解两种模型下的输运方程, 分别得到两种模型基于麦克斯韦分布下离子分布函数的13矩近似和基于双麦克斯韦分布下离子分布函数的16矩近似. 进一步根据Sheffield理论, 利用两种模型下离子分布函数的13矩和16矩近似, 计算了非相干散射谱, 并对结果进行对比分析. 结果表明, 相对于弛豫碰撞模型, 麦克斯韦分子碰撞模型能更好地描述电离层E层中离子与中性成分的相互作用. 相对于离子分布函数的13矩近似, 16矩近似更适合描述由于电场增加导致的离子温度各向异性特征.      

基于Poisson圆盘分布的河流仿真技术

针对目前河流仿真所存在的计算效率低,渲染效果不够真实的问题, 介绍了一种基于物理规律的河流实时仿真的方法.提出了一种Poisson圆盘分布的算法,可实现屏幕空间的优秀的分布样式,该算法产生的分布粒子用于表达河流的速度场,进而重构河流表面; 采用一种纹理精灵的技术,通过纹理的动态访问和纹理混合,有效地实现河流表面的渲染.仿真实验证明:该方法可以产生渲染效果非常逼真的河流视景,并能够满足实时仿真的要求.     

实时仿真中的逼真虚拟地球实现

针对虚拟现实中真实感不强的问题,提出了一种具有高精度地表纹理的虚拟地球实现方法,构建了一个地表纹理像素精度高达21 600像素×10 800像素、地球表面轮廓凹凸效果和大气层光晕效果的虚拟地球.采用几何计算来构建地球形状模型,将地球按经纬度分成128块,分别计算每块区域顶点坐标、法向量、纹理坐标;采用混合纹理技术对地表纹理、云层纹理及云层法向量图进行3层纹理混合实现地球表面的云层和轮廓凹凸效果;采用实时移动与放缩带大气层纹理的正方形面板来实现大气光晕效果;采用可见性判断和纹理精度管理的方法,实时判断地球表面区域的可见性、选择不同精度纹理粘贴、剔除不可见区域,减少绘制开销.实验显示,该方法在加载1.02 GB纹理像素的情况下,达到了45帧/s的帧速率.      

二维分形海面电磁后向散射系数的分析与计算

根据改进的二维分形海面模型推导了一种在不同极化方式下(HH水平极化,VV垂直极化)新的电磁后向散射系数计算方法,对多个海浪波长区域内所有分辨单元后向散射系数进行平均统计.在时域内研究了海水介电常数、电磁波入射角、入射频率以及风速风向对后向散射系数的影响,运用盒维数方法计算了该散射系数的分形维数.最后通过数值分析方法证明了该散射系数实部与虚部曲线是分形的,并且与二维分形海面的分形维数相等,从而表明该海面的雷达回波信号也具有分形特性,为运用分形理论研究海面微弱目标检测提供了一个重要方法.     

非高斯随机振动的模拟方法

随机振动台根据功率谱密度（PSD,Power Spectral Density）生成的信号为高斯信号,而实际振动环境有时是非高斯的,因此随机振动实验常常无法准确模拟产品在真实振动环境下的失效情况。通过两个案例分别对均方根值（RMS,Root Mean Square）不随时间变化和随时间变化的非高斯随机振动进行了模拟方法研究。案例1利用Hermite多项式法对高斯信号进行了转换,在保证功率谱密度不变的同时得到了具有指定峭度的RMS不随时间变化的非高斯信号,但该方法对于输入的峭度有限制,当输入峭度大于10时,误差达到了20%。案例2利用一种新方法对实测的RMS随时间变化的非高斯振动进行了模拟,模拟后得到的非高斯信号和实测信号具有相同的功率谱密度、峭度以及概率分布,验证了新方法的准确性。     

基于多重分形参数的高光谱数据特征提取

针对单一分形维数不能表征高光谱数据光谱局部吸收特征的问题,提出了基于光谱概率测度的多重分形参数特征提取方法.基于光谱信息度量进行光谱概率测度的计算,基于配分函数法估计得到尺度函数;通过对尺度函数求导计算出Holder指数,并对尺度函数勒让德Legendre变换计算出多重分形谱;从多重分形谱和Holder指数之间的函数关系提取表征多重分形谱形态的4个多重分形谱参数作为光谱特征参数;并应用于基于最小距离准则的航空推扫式高光谱成像仪(PHI,Prush-broom Hyperspectral Imager)图像监督分类.结果证明:利用基于光谱概率测度的多重分形参数特征提取方法提取的光谱特征参数进行分类得到的总体分类正确率达94.789%,分类精度明显高于利用信息量维数和多重分形谱特征提取方法进行分类的结果,证明了基于光谱概率测度的多重分形参数特征提取方法提取的多重分形参数的有效性和可靠性.     

军用飞机使用可用度仿真论证

使用可用度是军用飞机重要的可靠性维修性保障性RMS(Reliability, Maintainability and Supportability)顶层参数.为了确定合理有效的使用可用度,根据论证阶段的实际情况,综合考虑军用飞机任务需求、初始使用和保障方案以及相似装备的RMS指标等信息,利用Monte-Carlo方法和排队论构建模型.对仿真过程中的任务开始、故障时刻、维修时间的抽样进行了分析,给出了抽样公式.以军用飞机RMS指标和使用保障方案作为仿真输入,反复迭代计算获得一族使用可用度与RMS参数的关系曲线,再综合权衡获得合理的使用可用度和相关RMS指标.给出了可靠性仿真的算法流程和相关的计算公式,并以案例验证了该方法的可行性.仿真模型具有通用性,可根据实际情况修改统计公式,满足不同参数的论证需求.      

构架式可展开抛物柱面网状天线结构设计

针对具有大尺度抛物柱状反射面需求的空间可展开天线,提出一种基于四棱柱折展模块的构架式可展开抛物柱面网状天线,依靠模块驱动组件实现天线联动展开。把抛物面天线工作表面的拟合方法拓展到抛物柱面天线,采用工作面拟合圆均等网格划分径向投影获取天线支撑桁架设计的关键节点。柔性网状反射面采用双层索网结构形式,提出与前索具有较好对称性的背索网悬链线设计,前、后索网节点由支撑立柱间拟合圆弧均等分径向分别投影到抛物线段和悬链线圆弧上获取,根据前后索网节点建立索网拓扑构型,基于非线性有限元法对索网预张力进行设计迭代,获得抛物线维索网预张力与其均值的最大误差率为12.3%及柱面维索网预张力与其均值的最大误差率为7.6%的优化结果。研制了机械口径12 m×12 m样机,多次展开获得2 mm RMS以内的形面精度,验证了构架式可展开抛物柱面网状天线较优的展开性能和形面精度保持性能。     

Epochwise prediction of GPS single differenced ionospheric delays of formation flying spacecraft

Both single and dual frequency GPS relative navigation filters may benefit from proper predictions of single differenced ionospheric delays. In this article, the single differenced ionospheric delays of GPS observations are predicted for the GRACE formation during the switch manoeuvre.Two prediction methods are considered. The first is based on a Taylor expansion to first order of a mapping function that maps slant total electron content measurements to vertical total electron content estimates. The second method fits a shape profile through undifferenced ionospheric data available. It then raytraces through this profile to estimate the difference in total electron content along the path of the GPS signals.Continuously changing ionospheric conditions hamper the assessment of the quality of the predictions. Comparison of both methods shows that the raytracing method performs better. The difference of predictions and measurements generally shows a smaller RMS than the measurements alone. However, both methods suffer from a number of systematically unpredicted observations, which arise from small unaccounted differential variations in electron densities along the path of the GPS signals. These prediction methods perform better when spacecraft separation is small. Baselines considered here range from tens of kilometres down to several hundred metres. When smallest spacecraft separation occurs (0.4 km), the single differenced ionospheric delays exhibit RMS values of 0.0089 m. The first method shows a difference between measurements and predictions with an RMS of 0.0081 m. For the second method the difference RMS is found to be 0.0067 m.     

Experimental discrimination of electrostatic and magnetic forces in particle–particle aggregation

The aggregates formed in low gravity are generally fractals. The fractal dimensions and the site growth probability measures of the resulting fractal structures strongly depend on the properties of the forces that cause the aggregation. Using some approximations, we solved the equation of motion and obtained the relation giving the particles separation as a function of time. The electric force between two charged particles and the magnetic force between two particles with a magnetic moment were considered. The two relations are different and it is shown that one can identify and separate these two interactions by analysing the recording of the aggregation. The apparatus used to record the aggregation has a resolution in the order of one micrometer per pixel and has the possibility of recording simultaneously two views at right angles. From a three dimensional recording of an aggregation, it will be possible to obtain the product of the two charges or magnetic moments causing the aggregation.     

Thermal structure of the Martian atmosphere retrieved from the IR spectrometry in the 15 μm CO2 band: input to MIRA

This paper describes one of the sources of the data concerning the thermal structure of the Martian atmosphere, based on the thermal IR spectrometry method. It allows to investigate the Martian atmosphere below 55 km by retrieving the temperature profiles from the 15 μm CO₂ band. This approach enables to reach the vertical resolution of several kilometers and the temperature accuracy of several Kelvins. An aerosol abundance, which influences the temperature profile, is obtained from the continuum of the same spectrum parallel with the temperature profile and is taken into account in the temperature retrieval procedure in a self consistent way. Although this method has the limited vertical resolution, it possesses a significant advantage: the thermal IR spectrometry allows to monitor the temperature profiles with a good coverage both in space and local time. The Planetary Fourier spectrometer on board of Mars Express has the spectral range from 250 to 8000 cm⁻¹ and a high spectral resolution of about 2 cm⁻¹. Vertical temperature profiles retrieval is one of the main scientific goals of the experiment. The important data are expected to be obtained on the vertical thermal structure of the atmosphere, and its dependence on latitude, longitude, season, local time, clouds and dust loadings. These results should give a significant input in the future MIRA, being included in the Chapter “Structure of the atmosphere from the surface to 100 km”.