激光在海水中的衰减特性

分析了光在海水中的吸收效应和散射效应;并通过使用半解析蒙特卡罗方法模拟了蓝绿激光在海水中的传输过程,获得前向散射光斑截面光子数随散射角平均余弦值、衰减系数、海水单次散射反照率和距离等参数变化而变化的规律,即随着传输距离的增加,前向散射光斑截面光子数增大,达到一定距离后,增加趋于平缓;光子数随着传输距离的增加呈类指数下降的趋势;相同传输距离、不同水质参数,光子数差异较大。研究结果对水下激光目标探测有一定的参考价值。     

扫描模式对水下激光通信的影响

基于二维海浪模型,对星载激光在水下通信的上行信道进行分析.采用扫描模式后海面出射角的变化规律,通过使用MATLAB进行仿真,得到在不同风速情况下,发送端的扫描模式对海面出射角和通信成功率的影响.仿真结果表明,在风浪较大的情况下,合适的扫描模式可以明显提高通信的成功率.     

激光在水下多径传输的蒙特卡罗模拟

该文采用蒙特卡罗方法模拟光子在海水中的传输并进行分析,详细地阐述了模拟光子在多次散射介质中传输的蒙特卡罗方法和步骤,建立了激光水下多径传输的蒙特卡罗模型,并利用这一方法成功的模拟了海洋激光通信过程中激光接收信号的波形,比较直观的观察到激光在水下传输的多径化现象.     

光子晶体窄带滤光器的应用

电磁波通信在无线大气通信中应用广泛,由于电磁波在海水传输过程中衰减很大而应用受到限制,当发现蓝绿激光在海水中传输存在低损耗特性后,可以使蓝绿激光在水下通信中得到广泛应用。利用光子晶体的光子禁带和光子局域的特性制作的一维光子晶体窄带滤光器,能够用于蓝绿激光水下对潜通信系统的接收端,几乎能够完全抑制在海水传输中低损耗窗口外的背景光和干扰光,有利于提高系统信噪比。     

激光在海水界面上的传输特性分析

利用海-空界面的数学模型,对海面激光束的漂移和扩散作用进行分析.水下激光通信系统的光学信道是由大气、空-海界面和海-空界面以及海水组成;激光由海-空界面和空-海界面分别进行上下行传输.由于上下行信道的传输特性并非是简单可逆的,必须从两个不同的方面来分析激光在海水界面上的传输问题.通常海水界面不是平静的水平面,容易受到风力或其他外力的影响,产生随机起伏,降低接收光功率,由此提高了对接收机的要求.光在不同介质中的传播特性不同,大气和海水折射率的差别是影响激光传输的决定性因素.通过激光在空-海界面上的传输情况,建立海水→大气界面的数学模型,着重在理论上分析激光束在上行信道上通过海面的扩散和漂移规律.     

偏振光子的水下传输特性分析

提出了利用蒙特卡罗法对偏振光子在表层叶绿素浓度不同的4个海域中的水下传输特性进行研究。首先建立了水下量子信道垂直传输模型,基于此模型分析了在4个海域中叶绿素浓度、海水对光信号的吸收系数和散射系数随海水深度的变化规律。随后仿真分析了4个海域中偏振光子的散射、衰减和偏振度特性随传输距离的变化趋势,给出了不同传输距离时计算接收总光子数的公式。仿真结果表明,海水对光信号的吸收和散射作用主要受叶绿素影响;随着不同海域的表层叶绿素浓度增大,光子的散射次数增加,最远接收距离减小,光子偏振度略微降低但基本保持不变。研究结果可以为星-潜量子通信系统的性能分析和建立提供一定的参考。     

风力机叶片二元翼段静气动弹性机理

针对风力机叶片翼型静气动弹性的发散速度、载荷重新分布等问题,在线弹性范围内,基于气动弹性力学理论,推导出适用于风力机叶片二元翼段静气动弹性的基本方程.以攻角为输入量,压力为输出量,翼型的弹性扭角为系统的反馈量,建立了风力机叶片弹性翼型的气动弹性反馈模型.在危险风速工况下,对3种典型翼型的风力机叶片二元翼段进行了计算分析,得到了扭转刚度、刚心与气动中心距离对风力机叶片二元翼段的发散速度、附加扭角和升力分布的影响.研究了不同翼型对风力机叶片二元翼段附加扭角和升力分布的影响,结果表明,当扭转刚度较小时,附加扭角的增加在一定程度上提高了翼型的气动性能;当扭转刚度较大时,附加扭角增加较小,对翼型的气动性能影响较小.     

海洋大气中氯离子在粉煤灰混凝土中的传输规律

为了实现海洋大气环境中粉煤灰混凝土耐久性使用寿命的预测,从氯离子在人工模拟海洋大气环境中粉煤灰混凝土中的传输试验出发,结合氯离子在非饱和多孔介质中的传输机理,研究海洋大气环境下混凝土内部微环境（微环境温度和相对湿度）及粉煤灰掺量对氯离子传输速率的影响程度,并与人工模拟海洋水下环境试验结果进行对比分析.研究结果表明：1) 在海洋大气环境与海洋水下环境下,氯离子在粉煤灰混凝土中的扩散模型形式上一致,粉煤灰的掺入对氯离子传输能力有一定的影响,但不会改变氯离子在混凝土中的传输机理.2) 当粉煤灰掺量一定时,微环境相对湿度越高（微环境温度一定）,海洋大气环境氯离子扩散系数越大;但微环境温度(微环境相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境中氯离子迁移的影响程度不同.3) 粉煤灰掺量(微环境温度、相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境氯离子扩散系数的影响规律不同.     

环境温度与风速对LNG船舶水下泄漏后果影响的数值研究

针对在不同环境温度和大气风速条件下,液化天然气(LNG)船舶在发生水下泄漏时,泄漏出的LNG液体的传质与传热问题,基于计算流体力学软件FLUENT,采用VOF法并编程定义传质与传热源项对水下泄漏问题进行了仿真研究.通过仿真数值计算,得出LNG发生水下泄漏时,流场温度场、粘度场和海域结冰情况,计算了LNG和低温气体由于沸腾反应质量随时间的变化规律,探讨了LNG水下排放传质与传热机理.结果表明,海域中温度较高的区域仍有低温LNG存在,但由于LNG快速相变对海水的强烈扰动,不利于海水凝固成冰;当未沸腾的LNG浮到海面上时,在海面会有冰层形成;环境温度越高、风速越大,LNG沸腾产生的NG量越多,海域结冰量越少.     

三种缺陷态光子晶体的比较研究

利用光学传输矩阵法对3种基于均匀结构光子晶体的一维缺陷态光子晶体进行了比较研究.研究发现,对于每种结构,当缺陷介质层厚度变大时,缺陷模中心波长向长波区移动,且缺陷模式的带宽随之增加,当缺陷层介质厚度增加到一定数值时会出现多个缺陷模.对于缺陷层两侧为高折射率介质层的结构一和结构三,缺陷模波长与缺陷层厚度呈非线性比例增加关系;对于缺陷层两侧为低折射率介质层的结构二,缺陷模波长与缺陷层厚度呈线性比例增加关系.对于结构一和结构三,在特定的中间缺陷层厚度时光子禁带区内的缺陷模会消失,而对于结构二,禁带区域内始终存在缺陷模式.     

Underwater Distribution Field of Laser Through Wavy Surface of Water

Aimed at the properties of the absorption and the scattering of photons in the water, the process of sim-ulating by Monte Carlo method is analyzed. According to the slope distribution of wavy surface of water, the dis-tribution field of underwater laser is simulated, and some conclusions about the distribution field of laser through wavy surface in two different conditions are obtained. The characteristics of the distribution of laser in the seawa-ter at the same depth with different water qualities and in the seawater at different depths with the same water quality are computed. The results are significant to the design of airborne oceanic lidar.     

水下成像探测能量阈值的分析

近年来,水下成像系统已成为海洋开发中必不可少的探测设备.在水下要清晰成像,成像接收器件接收到的能量必须满足能量阈值的要求.以光在海水中的传输特性为基础,分析光的能量传递过程,深入研究了水下成像接收器最低灵敏度与光子传递能量阈值关系.研究结果表明,可根据目标物的特性,科学设计辅助光源、选取摄像机的参数,合理布设光源、摄像机的位置.旨在建立全新的水下非均匀光场,为水下远距离、高清晰获得图像提供技术支撑.     

典型多尺度海面结构体辐射散射方向－光谱特性计算与分析

针对3级以上海况的高精度海洋场景红外仿真问题,提出一种“先拆后建”的研究思路:将含泡沫和破碎波的多尺度海面抽象为粗糙海面、泡沫、破碎波的组合,进而拆解出“粗糙海面”、“含泡沫粗糙海面”、“含破碎波粗糙海面”3类典型多尺度海面结构体,最后通过海面栅格化、结构体匹配、方向-光谱特性重构渲染等方法,由3类典型多尺度结构体方向-光谱特性组合重构大范围海面辐射散射特性,完成多尺度海面“气-面-体”耦合辐射/散射特性的计算。对拆解出的3类典型多尺度海面结构体分别开展多尺度耦合辐射、散射特性建模研究,构建3类多尺度海面结构体辐射散射方向-光谱特性计算模型,并对结构体辐射散射方向-光谱特性的影响因素进行分析,结果表明:随着海面风速的增大,海面典型结构体中的泡沫厚度及气泡浓度逐渐增大,使得结构体的散射能力增强,从而增大结构体的双向反射分布函数;随着探测波长的增大,海水的吸收性显著增强,导致不同风速条件下结构体双向反射分布函数之间的差异显著增大;对于不同的入射角,结构体双向反射分布函数最大值对应的天顶角随入射天顶角的变化逐渐发生变化。     

UWSNs节点运动模型及预测定位

为提高水下无线传感器网络(UWSNs)中动态节点的定位精度,降低通信能耗,提出采用节点的运动模型实现预测定位.考虑到近海监控网络中,潮汐运动是海水运动的主要成因,以粗略的近海潮汐运动模型为基础,以高斯径向基函数作为空间基函数构造节点的运动模型;利用K-medoids方法对模型中的高斯径向基函数中心进行聚类优化;提出了采用扩展卡尔曼滤波的方法实现模型系数的估计.考虑到普通节点与锚节点运动的空间相关性,设计了与到锚节点的距离相关的权重系数,以锚节点的运动模型系数估计普通节点运动模型中的系数,进而完成自身定位.对东经117.25°—132.2°,北纬24°—43.45°海域UWSNs的节点定位性能进行仿真分析,结果表明:所提出的节点预测定位方法的定位性能较高,定位覆盖度和定位精度高于SLMP方法和MP-PSO方法,平均通信能耗低于SLMP方法和MP-PSO方法.所提出的节点预测定位方法适用于大规模水下动态无线传感器网络定位.     

光在大气和海水信道中传输的能量衰减计算

考虑自然光和海水浮游生物等产生的背景辐射以及云层、大气/海水界面和海水等介质的光辐射透过率,利用星载激光对潜通信能量方程估算了潜艇接收信号能量衰减大约可达-112~-140 dB.利用Monte Carlo方法计算星载激光对潜通信水下接收光斑分布状况,选择63%光斑半径作为接收平面半径,不考虑光在传输过程中介质的吸收效应,计算了不同卫星高度和发射角.近海岸海域水下200 m和深海海域水下300 m接收信号衰减,信号能量衰减可达84 dB.由于未考虑吸收效应和光斑大小选择的原因,仿真计算结果稍小于理论估算.     

水下脉冲激光传输时域展宽特性研究

针对水下脉冲激光时域展宽特性与哪些因素有关的问题,本文分别研究了接收端与发射端距离、非对称因子g、海水消光系数三者与展宽之间的关系。通过采取建立光子水下运动模型,进行蒙特卡罗仿真,并运用计算机仿真软件Tracepro进行软件仿真,从而得出结论。实验结果表明：在其他因素不变的情况下,只改变单一变量的前提下,距离与消光系数都与脉宽成正比,即变量参数越大,脉冲宽度越大;只有非对称因子g与脉冲宽度成反比,g越大,脉冲宽度越窄。