小型轻便式流速仪检定系统设计

为满足FP系列流速仪的计量检定需求,提出了一种小型便携式流速仪检定系统的设计方案;根据匀速运动时间等约束条件确定了环形水槽的几何参数;采用FPGA和上位机作为数据处理和控制核心,实现了对伺服电机转速的精确控制;设计了光电编码器和无线摄像机与上位机之间的通信方式,实现了检定装置标准流速值和被检仪器示值的数据读取;对测试数据的处理方法和测控软件的结构框架进行了分析;同时,对实验装置的测量误差进行了分析;结果表明,标准流速值的扩展不确定度为1.28×10-3m/s,检定装置符合量值传递要求,可作为FP系列流速仪计量检定的标准装置。     

气溶胶与边界层浅云的相互作用对远海高压型悬空波导数值模拟的影响

远海悬空波导陷获层底的位置通常与边界层浅云的云顶有很好的对应,气溶胶与边界层浅云的相互作用及其产生的辐射强迫将改变悬空波导的结构.文中利用天气预报-化学（weather research and forecasting-chemistry,WRF-Chem）模式通过设计不包含完整气溶胶-云-辐射的EXP0试验（相当于WRF模式）和包含完整气溶胶-云-辐射相互作用（即气溶胶直接和间接效应）的EXP1试验,对2016年5月观测到的一次珍贵的远海高压型超强悬空波导过程进行了模拟分析.结果表明:远海高压天气形势下,EXP1试验模拟的由气溶胶活化后形成的云滴数浓度比EXP0试验云滴数浓度预设常值（100个cm-3）偏低;当伴随边界层浅云出现时,EXP1试验模拟的波导顶高和强度较EXP0试验更接近于实测;夜间进行的3次观测位于高压中心附近的无云区,此时气溶胶的直接和间接效应均可忽略,因此两组试验模拟的差异极小.这一结果从侧面说明,在有边界层浅云出现的远海区域,包含完整气溶胶-云-辐射效应的WRF-Chem模式有利于提高悬空波导特征量的模拟效果.     

15～23 GHz微波链路雨衰的敏感参量分析

为了提高微波链路雨衰特征的描述精度,拓展微波链路信号的可用参数,该文利用部署于江苏江阴地区的15 GHz, 18 GHz和23 GHz微波链路和雨量计开展同步对比观测,拟合得到3种频段的微波链路雨衰关系。提取并分析了接收信号电平的平均值、中位数、25%分位数、75%分位数、标准差、极大值和极小值等13个特征量与晴雨时刻、降雨强度之间的关系,得出结论:微波链路的信号变化和降雨强度的变化存在明显的负相关关系。实际拟合的雨衰关系与ITU-R的经验雨衰关系具有较好的一致性,但是在不同频段上均有差异;所有13个参量在有雨时刻和无雨时刻均存在一定概率的重叠,这是造成晴雨区分困难的主要原因;频率越高,信号变化受降雨的影响越显著,越有利于微波链路反演降雨。所得出的结论为提高微波链路测雨方法中的晴雨区分、参考值确定以及雨强反演的精度提供重要依据。     

微波链路网对降雨强度场反演的影响研究

为了提升利用微波链路网反演降雨场的效果,针对实际通信基站设计了不同链路数、不同结构的微波链路网,利用基于CT成像原理和Tikhonov正则化原理的降雨场层析模型开展了微波链路网反演降雨场的仿真实验,分析不同微波链路网对反演结果的影响.实验结果表明:不同结构的微波链路网对于不同降雨场具有不同的反演效果,各种微波链路网反演结果的平均偏差和平均绝对偏差均在1.25~4.76 mm/h,平均绝对百分比偏差在3.10%~9.70%,图像质量指标（universal quality index,UQI）值在0.711~0.955;链路数量越多、密度越大、分布越均匀的链路网,反演效果越好.该工作为下一步开展微波链路降水观测网的实际构建和优化提供了技术基础,对于进一步提升气象、水文领域的强降水监测效果具有实际价值.     

基于灰自助模型的气压动态测量结果评估方法

通过融合灰色模型GM(1,1)、Bootstrap方法以及不确定度评定理论,建立了气压动态测量结果的灰自助评估模型GBM(1,1),并选取估计真值、估计区间和平均不确定度等参数描述其估计结果。实验结果表明,GBM(1,1)模型融合了灰色模型GM(1,1)和Bootstrap方法的优势,可以准确模拟动态测量数据的概率分布,并跟踪动态测量过程中被测量的变化趋势,其估计误差最大值和平均值均小于原始数据的测量误差最大值和平均值。区间估计的可靠度高于96%,估计区间能够较完整地包络被测量的动态波动范围,由此证明GBM(1,1)模型能够提高气压测量精度,并可对动态测量结果的不确定度做出准确评估。     

超声速半球形多孔探针大气脱体激波仿真研究

为研究半球形多孔探针在超声速大气条件下产生脱体激波的形状和脱体距离随马赫数变化规律,采用CFD方法模拟大气环境,在1.2～1.7马赫数范围内进行数值仿真实验,用双曲线激波形状展示法和最小二乘法拟合得到了激波曲线离心率、脱体距离、曲率半径与马赫数间的函数关系,建立了脱体激波曲线参数化方程。将参数化方程与仿真结果和经验公式比较,结果证明,该参数化方程与仿真结果极为相符,且在距离球体较近处精度较高。参数化方程与经验公式预测的脱体距离差值不超过球体半径的5%。     

飞秒激光成丝诱导形成水凝物的机理研究进展

近些年,飞秒激光成丝诸多非线性效应及其潜在应用逐渐成为超短脉冲激光领域研究的重要方向之一。飞秒激光成丝诱导水汽凝结、降雪和破碎冰晶二次增长等方面的探索研究,为人类寻找主动控制天气的新技术指明了方向,具有重要的科学意义和应用前景。首先,重点分析梳理了飞秒激光成丝诱导形成水凝物的观测和机理研究进展;然后,讨论了飞秒激光诱导水凝物形成机理研究中尚待解决的关键科学问题,以及对该领域未来发展方向做了展望。     

雨滴成像中的散焦模糊复原方法及应用

针对自主研制的降水微物理特征测量仪存在的成像质量问题,重点考虑与光源相关的散焦模糊,提出了基于点扩散函数的雨滴图像复原方法,利用圆盘函数对雨滴图像进行复原,消除噪声和模糊,得到具有清晰轮廓的雨滴图像。利用与雨滴光学性质相近的玻璃球进行了定标实验,确定了成像系统散焦模糊的半径和图像二值化的阈值。外场实测结果表明,图像复原可以有效修正雨滴尺度及其谱分布,测量得到的雨滴谱和降雨强度与激光雨滴谱仪的结果具有很好的一致性。该方法应用于降水微物理特征测量仪,可以显著提高雨滴谱及其他微物理特征的测量性能。     

基于多元线性阵列探测器的飞秒激光成丝光声图像重建

为了实现对飞秒光丝内部空间结构特征的精细化描述，通过对光丝诱导形成超声信号的正向传播过程进行精细化模拟，然后采用通用反投影算法（UBP）、延迟叠加算法（DAS）和超优光声非负重构算法（SPANNER）等多种光声层析图像重建算法进行反向重建，理论验证了利用多元线性阵列探测的方式重建飞秒单丝和多丝轴向r-z截面图像的可行性。结果表明，当探测距离为3 mm时，单丝和多丝诱导形成的超声信号最大频率约为5 MHz；光声层析法能够较为准确地实现对单丝位置、r-z截面轮廓等信息的反演，但是不同图像重建算法重建效果差异较大。UBP重建算法对单丝的重建存在较为明显的伪影现象；DAS重建算法由于受到“有限孔径效应”的影响，高估了光丝的直径；SPANNER重建算法由于使用最优理论来改进非线性共轭梯度算子，实现了非负性和各向异性总变分正则化，可有效避免噪声干扰，因而对多丝图像的重建效果最好。该研究结果对于揭示光丝结构特征和促进基于光丝的大气应用研究具有一定的参考价值。     

Research on Sensor Network Coverage Enhancement Based on Non-Cooperative Games

Coverage is an important issue for resources rational allocation, cognitive tasks completion in sensor networks. The mobility, communicability and learning ability of smart sensors have received much attention in the past decade. Based on the deep study of game theory, a mobile sensor non-cooperative game model is established for the sensor network deployment and a local information-based topology control (LITC) algorithm for coverage enhancement is proposed. We both consider revenue of the monitoring events and neighboring sensors to avoid nodes aggregation when formulating the utility function. We then prove that the non-cooperative game is an exact potential game in which Nash Equilibrium exists. The proposed algorithm focuses on the local information of the neighboring sensors and decides sensors’ next action based on the actions of the other sensors, which maximizes its own utility function. We finally evaluate the performance of the proposed method through simulations. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm can enlarge the coverage of the entire monitoring area while achieving effective coverage of the events.