天空画廊

西藏上空的大气辉光涟漪 天空为什么看起来像个巨型的标靶？因为有大气辉光。这种不寻常的图案是由大气引力波产生的。这是一种大气压力高低交替的波，其波长会随着标高而增加。在这个例子中，波传递到了标高90千米以上的高空。大气辉光是空气分子参与化学反应的化学发光，一般情况下，出现在地平线附近的大气辉光较易分辨，而大气辉光也让夜空不会完全黝黑。     

基于高斯波束传输的高功率微波的大气击穿问题

提出了一种修正利用高斯波束传输高功率微波(High-Power Microwave,HPM)时的大气折射率的模型.在此模型中,把高斯波束横截面分成若干个同心圆环,并假定每一个同心圆环内的场强分布是均匀的.以基于电子流体力学方程和Maxwell方程的大气击穿理论,利用由实验数据拟合出来大气粒子的碰撞和大气电离参数,研究了高能量高斯波束的非线性传输,数值计算了在给定高斯波束参数时,在不同的压强下,波束以不同的电场强度、频率、脉冲宽度入射下的大气折射率.通过分析折射率的时间色散、空间色散以及时间空间色散,讨论了传输HPM脉冲的高斯波束的大气击穿问题,获得了一些有意义的结果.      

精确星光大气折射导航观测模型的研究

高精度星光折射间接敏感地平的自主导航方法,目前被国内外广泛关注,由于大气参数变化的不确定性,国内外现用星光折射模型有一定局限性,使得利用星光折射导航定位精度大打折扣.根据大气密度随高度、纬度、季节等变化规律,有效改进现有固定高度(25km)的观测模型,可从整体上提高自主导航精度及可靠性.并通过对大气折射原理、平流层大气数据、大气模型以及影响星光折射观测模型的诸多因素的深入研究,建立了自适应连续高度(20~50km)的星光折射观测模型,同时建立带摄动的系统方程,利用Unscented卡尔曼滤波算法进行了计算机仿真研究,并对仿真结果进行了误差分析.      

GPS 测量大气折射模型研究

在精密ＧＰＳ测量中,大气折射改正误差是最大的误差源之一。研究大气折射理论,建立更加符合实际的模型,推导精确的改正公式,已成为ＧＰＳ测量研究中最重要的课题之一。文章对大气层折射理论进行了深入研究,建立了新的大气层模型,推导出了新的更精确的折射改正公式     

红精灵发光光谱的数值模拟研究

红精灵是发生在雷暴层云顶的一类大气瞬态发光现象, 是能量由对流层耦合到中高层大气的直接证据. 其发光光谱研究是了解整个事件对中高层大气能量注入的重要手段, 有助于认识事件发生区域的大气电离度及事件过程的能量电子分布, 进一步为研究红精灵的产生机制提供重要信息, 同时为大气辐射背景资料研究提供重要依据. 本文利用Boltzmann方程求解了电场作用下弱电离气体中电子能量分布的时变函数, 以此为基础, 模拟计算了红精灵各典型发射带的光谱强度. 模拟计算结果表明, 约化电场E/N越强, 电子获得的能量就越多, 高能电子也就越多, 致使撞击中性大气产生的辐射光强就越强; 模拟显示红精灵光辐射谱分布从远紫外直至近红外.      

超高频无线电波经过三维不均匀电离层的折射效应

本文导出超高频无线电波经过三维不均匀电离层折射误差的计算公式。包括无线电波和无线电脉冲的到达角误差,相位延时误差和群延时误差。电离层引起的折射误差展开成1/f的幂级数。由于高级项误差的表示式太复杂,所以本文只给出到第三级效应。考虑到一些跟踪定位系统已经具有修正电离层一级效应的能力,故计算二级、三级效应会有助于估计消除一级效应后的剩余误差。      

材料粗糙度变化对卫星光谱红化效应的影响

在轨人造目标的地基观测光谱存在红化效应,影响对目标反射光谱的理解应用.目标在进入空间环境后外露材料表面粗糙度发生变化.本文结合材料的光谱散射特性、卫星轨道和观测条件,仿真分析了卫星表面材料粗糙度变化对红化效应的影响.基于文献中实验数据,设计不同粗糙度的卫星表面材料样本,模拟空间环境中材料表面粗糙度的变化.利用双向反射分布函数,建立不同粗糙度材料样本的光谱散射模型.理论模拟结果表明,材料表面粗糙度的变化会影响其光谱散射特性,散射光谱形态和散射分布取决于粗糙度及入射-反射几何关系.引入网格剖分和可见面片,利用材料双向反射分布函数,仿真计算卫星表面材料在不同粗糙度状态下,整个卫星在可见光波段的反射光谱信号.仿真结果表明,随着卫星表面材料粗糙度的增加,其反射光谱在600nm之后随波长增加而呈现上升趋势,这表明空间环境中外露材料表面粗糙度变化是卫星产生红化效应的原因之一.      

宇宙膨胀的证据

宇宙膨胀的证据已经积累了六十多年。第一个重要的线索是红移。如果一个星系发射或吸收某些光的波长比其他星系强烈得多，而这个星系又正在远离我们，这些发射或吸收的光的特点是向较长的波长偏移———即当后退的速度增大时，它们会变得较红，这种现象被称为红移。哈勃的测量表明，一个遥远星系的红移比一个靠近地球的星系的红移要大得多。这种关系现在被称为哈勃定律，就是在一个均匀膨胀的宇宙中所企盼的。哈勃定律认为，一个星系的后退速度等于其距离乘以哈勃常数。而在附近星系中的红移效应相对来说是微小的，需要良好的测试设备来探测…     

近地微电离大气中阿尔芬波的截止

利用全电流双流体模型分析了地面磁扰动信号在近地层大气中的传播.结果表明磁扰动信号的传播模式受中性粒子elax-elax离子碰撞频率、磁扰动频率、磁粘滞系数以及大气离化系数等参数的影响.中性粒子碰撞效应导致近地层大气中不存在阿尔芬波传播通道.当磁扰动频率远小于0.001Hz时,磁扰动传播存在趋肤效应,且在近地大气中从高往下逐渐增强;当磁扰动频率远大于0.001Hz时,磁扰动以类似于真空电磁波的模式在近地大气中传播.      

观天巨眼400年系列之十三(上)一代天骄哈勃空间望远镜

人类自从进入空间时代以来,天文学家就梦想把望远镜送到太空中去观察宇宙,因为浓密的大气层是天文学家观测研究宇宙天体的一大障碍。有一位科学家描绘得很形象,他说:“在地面上观测恒星是很费劲的,就像从湖底去看飞鸟一样困难。”地球大气对天文观测的影响主要有两个方面:第一,大气对光有衍射效应,一个点光源经过大气以后会变成一个衍射斑,比如用地面望远镜不可能把一对近距双星分辨清楚,这就是大气衍射效应造成的,这大大降低了地面望远镜的     

空间高阶差分近似对三维ADI-FDTD数值色散的影响

研究采用空间高阶差分近似的三维交替方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD,Alternating-Direction Implicit Finite-Difference Time-Domain)数值色散问题,首先推导了采用空间高阶差分近似的数值色散迭代公式,分别对最小相速方向和最大相速方向进行二阶、四阶、六阶、十阶空间差分数值色散误差的数值计算和比较,并分析数值色散对空间差分阶数的依赖关系,最后发现在均匀网格中采用四阶空间差分能得到较好的效果.     

非线性效应对重力波特性的影响

通过分析二维情况下重力波波包在等温大气中非线性传播的数值模拟结果,对非线性效应对重力波特性的影响做了定量分析。分析结果表明;重力波在非线性传播过程中,一方面由于非线性作用,随着波振幅的增加,垂直波长减小,同时平流成份增加;另一方面,尽管存在非线性效应,线性重力波的色散关系与偏振关系仍然适用。     

GA-A3DI-FDTD的PML吸收边界数值反射分析

研究一种减小三维交替方向隐式时域有限差分法ADI-FDTD(Alternating-Direction Implicit Finite-Difference Time-Domain)数值色散的新方法GA-A3DI-FDTD(Genetic Algorithm Artificial Anisotropy ADI-FDTD).首先对添加人工各向异性介质后的三维ADI-FDTD迭代公式进行变形,得到新的数值色散关系,再利用自适应遗传算法AGA(Adaptive Genetic Algorithm)得到需要添加的人工各向异性介质的相对介电常数.并以空心波导作为数值算例,分析了由不同目标函数得到的人工各向异性介质对计算精度以及PML(Perfectly Matched Layers)吸收边界数值反射产生的影响,同时分别与传统ADI-FDTD相比较.结果表明通过正确选择目标函数,得到更加合适的人工各向异性介质,可以在减小三维ADI-FDTD数值色散的同时,有效地抑制由于人工各向异性介质的添加所造成的PML吸收边界数值反射的增强.      

基于折射方向矢量的地球卫星星光折射导航新方法

在星光折射导航中,星光折射视线包含星光折射的大小和星光折射方向两种折射信息,传统的星光折射导航量测量只利用了星光折射大小的信息。但实际上,星光折射方向也是卫星位置矢量的函数,含有卫星位置的重要信息。针对上述问题,提出了一种同时使用两种折射信息的星光折射导航新方法,该方法以星光折射方向矢量为量测量。详细介绍了基于折射方向矢量地球卫星星光折射导航方法的量测量的获取和量测模型的建立,同时对不同影响因素对导航系统性能的影响进行分析。仿真结果表明,该方法的导航精度优于折射视高度和星光折射角两种传统的星光折射导航量测量。     

拉弯模具间隙对复杂截面型材成形精度的影响

采用有限元数值模拟方法对非对称复杂截面铝合金型材拉弯工艺过程进行研究,分析拉弯模具间隙对称和不对称两种情况对型材拉弯后的截面畸变及回弹的影响.结果表明型材拉弯后壁厚出现减薄,其最小厚度受间隙值影响较小,但左右间隙是否对称会影响截面畸变方向,左右间隙不对称时型材拉弯后其截面畸变方向会发生偏转,回弹后的扭转量也会有变化.以减小截面畸变和回弹量从而提高成形精度为目标,通过数值模拟分析对拉弯模具左右间隙值进行了优化,为合理设计拉弯成形模具提供理论依据,对制定生产工艺规范具有重要参考价值.     

电离层对星载SAR影响的多相位屏仿真方法

利用多相位屏技术对电离层色散、相位闪烁、幅度闪烁等影响的P波段星载SAR(Synthetic Aperture Radar)回波进行了仿真.将电离层建模为只改变信号相位的多个薄屏,信号在屏之间的衍射效应实现电离层的幅度闪烁和相位闪烁.衍射结果由斜入射条件下球面波的抛物方程在自由空间的解析解得到.穿过多相位屏的信号复振幅中包含了电离层色散、相位闪烁、幅度闪烁等影响.回波信号通过发射信号的频谱与受电离层影响的复振幅相乘得到.仿真表明,该方法可以真实反映电离层色散、相位闪烁、幅度闪烁等效应,为研究电离层影响下的星载SAR成像提供真实可靠的数据.     

视觉检测中椭圆中心成像畸变误差模型研究

针对在三维视觉检测应用中,空间椭圆的中心经摄像机针孔成像后存在畸变误差的问题进行了研究.基于透视投影变换和空间解析几何理论,建立了在摄像机的像平面上该畸变误差的数学模型,从而为圆孔(椭圆孔)或圆柱(椭圆柱)类工件中心位置的视觉检测、结构光三维视觉检测应用以及视觉检测中的CCD摄像机内部参数标定等问题的解决提供了一个有效的理论依据,具有一定的理论意义和工程应用价值.      

三相DC/AC变换器死区效应分析与精确补偿

在现有无死区控制方法的基础上,提出一种新的死区补偿策略.分析了死区效应以及开关器件非理想特性使逆变器输出电压产生畸变的原因,通过修正原始驱动信号,抑制了开关器件非理想特性对逆变器的影响,实现了死区效应的精确补偿.同时,改进了电流方向检测电路,提高了电流方向在零点附近的检测精度.实验结果证实,所提补偿策略简单可行,与现有死区补偿方法相比,逆变器输出波形正弦度进一步提高,获得了更优的补偿效果.     

太阳大气中自发重联的数值模拟(Ⅰ)

本文在考虑了热传导、焦耳耗散和反常电阻的情况下, 研究了日冕电流片中的自发重联过程. 结果表明自发磁重税可通过反常电阻的焦耳耗散加热大气, 这种作用与β值的大小密切相关. 这也许可以解释活动区日冕环的稳态加热和耀斑前的预热相;当考虑电流片位形的下边界为固定边界时, 由于系连效应会自然形成盔状结构, 并且物质以40km／s的速度沿两“腿”下落, 这种下落物质速度将造成谱线红移.      

离子声波的Burgers-KdV方程

约化扰动法将非线性系统,化为单个的简单非线性方程被广泛地应用。它对耗散系统和色散系统都是很有效的,但是对于实际问题中既包含耗散又包含色散效应的非线性系统,直接应用这种方法遇到困难。本文研究了非不变的远方场情况,推广应用这种方法于等离子体离子声波扰动,推导出Burgers～KdV方程。并讨论了它的解。