T-Matrix方法到经典解析解的过渡实现

对Ｔ－Ｍａｔｒｉｘ方法的极限问题进行了系统的分析：当散射体的边界趋于理想边界时，对于Ｅ波入射情形，完成了Ｔ－Ｍａｔｒｉｘ方法到经典解析解的极限过渡。

利用T-matrix计算非球形粒子散射特性的研究

本文用T-matrix方法计算了非球形气溶胶粒子的光学特性,得到了气溶胶粒子的消光截面、散射截面、吸收截面与气溶胶粒子形状的关系,不同形状气溶胶粒子的有着相同的散射相函数和不同的偏振度,非球形气溶胶粒子的散射相函数对其复折射指数的实部和虚部都不太敏感,而偏振相函数对其实部和虚部都比较敏感.此结论为研究大气辐射传输提供了较好的方法,尤其是偏振度与偏振相函数的提出为用偏振的方法进一步的反演气溶胶的光学参数提供了理论基础.

基于T-matrix的非线性参数估计方法

全波形反演可提供高精度的地下介质参数空间分布,但传统的全波形反演方法建立在Born近似的基础上,对初始模型具有一定的依赖性.为了摆脱Born近似的束缚,本文基于二维常密度声波方程,在De Wolf近似的前提下,借助传输矩阵(T-matrix)方法,深入研究了逆薄板传播算子(Inverse Thin-Slab Propagator,ITSP),实现了速度扰动的非线性估计.ITSP方法避免了Born级数方法在扰动较强、扰动区域较大时的发散性问题,且只经过一次扫描校正,计算效率较高.二维模拟数据分析验证了本文方法的可行性以及有效性.

The Consistency of the Solutions by T-Matrix Method with Canonical Solutions

In this paper, the limitation of T matrix structure is analyzed. It is found that a solution by T matrix method can be transformed to a canonical solution when the boundary of the scatterer tends to the cylindrical form and the scatterer is illuminated by E plane waves. It is concluded that a T matrix is diagonal with the scatter boundary in this limit situation. This is also the best result of numerical solution.

惩罚矩阵T混合模型及其在省域经济分类中的应用

为充分考虑矩阵数据的特性和数据内部的关联性,文章基于矩阵T分布建立矩阵T混合模型及其惩罚模型来研究聚类问题。在矩阵T混合模型的似然函数上对均值矩阵分量施加自适应核范数低秩惩罚,应用ECM算法提出惩罚似然估计算法,同时提出了一种改进的BIC模型选择准则来选择最优的混合模型数量和调节参数,进而通过自适应核范数阈值自动实现低秩估计,实现准确聚类。最后,通过数值模拟研究及与已有方法的对比验证了该方法的有用性,且将所建立的惩罚混合模型应用于中国省域经济发展水平划分研究,得到了比较准确的聚类结果。

基于镜像T矩阵法的楔形波导中有限长圆柱声散射研究

针对楔形波导中两端带球帽的有限长圆柱声散射问题,提出了一种镜像T矩阵法进行求解。该方法是一种半解析方法,能够根据镜像原理将楔形波导中点声源入射下有限长圆柱声散射等效为无界域中多点源入射下多目标声散射问题,再结合球谐函数的平移加法定理和旋转加法定理获得楔形波导中有限长圆柱的转换矩阵(T矩阵),即可计算出楔形波导中有限长圆柱声散射半解析解。通过数值计算研究了点声源相对位置、有限长圆柱的空间姿态、浸没深度和波导倾角对楔形波导中有限长圆柱背向散射以及散射声场空间分布的影响。该工作可推广至浅海波导中多目标声散射问题研究。

万宁双偏振天气雷达降水产品参数本地化及评估

为提高万宁双偏振天气雷达(CINRAD-SAD型)定量降水估测产品的准确性,使用万宁雷达探测半径内3部天气现象仪(WUSH-PW型)在2022年6次普通降水和3次台风降水的数据资料,采用非球形粒子的散射模型(T-Matrix)对万宁雷达的参量Z_(H)、Z_(DR)、K_(DP)进行了模拟,最后用最小二乘法拟合出了降水估测公式的本地化参数。分别对使用默认参数和本地化参数的1 h雷达定量降水估测产品(OHP)进行了总体评估、分降水量评估、分距离评估,还对使用雨量计订正后的降水产品进行了总体评估。评估结果表明:(1)使用本地化参数比默认参数计算得到OHP估测准确率提高了29.66%(OHP单偏振78号产品)和14.47%(OHP双偏振169号产品)。(2)使用本地化参数比默认参数在各个降水量级的估测准确率均有所提高,最多提高了36.82%。(3)使用本地化参数比默认参数在各个距离段的估测准确率均有所提高,最多提高了32.33%。(4)经雨量计订正后的本地化参数降水产品准确率均达到了90.00%以上,平均偏差比接近1,可作为降水真值使用。

基于CAE-TSNE的成品油管道运行工况识别

成品油管道运行工况变化频繁,难以精准判断管道运行状态,依靠现场人员进行识别监控易造成误判。本文为实现管道运行工况的准确识别,考虑管道的物理空间特性,分析整理各站运行参数(压力、流量、密度);考虑管道运行的时间序列特性,基于SCADA管道数据构造运行数据矩阵,以克服单一时刻的瞬态扰动。针对管道运行数据高维度、非线性的特点,利用卷积自编码器(CAE)强大的特征压缩及重构能力对管道数据做降噪处理;利用T分布邻域嵌入算法(T-SNE)对管道数据做降维聚类处理,最终建立了基于CAE-TSNE的管道运行工况识别模型。以某两条成品油管道为例,对比主流的非线性分类模型(ANN、DT、RF),结果表明基于CAE-TSNE的工况识别模型精度最高,对降噪后的运行数据识别准确率可达到99%以上,可用于指导现场管道的运行管理。

轨道交通远郊区段计划性停运对常乘客的转移影响

轨道交通网络中乘客的出行受网络结构和运营状况变化的影响,个体出行偏好对这些变化的响应也各异。为分析轨道交通远郊区段计划性停运对常乘客的出行转移影响,本文提出考虑转移类型和转移比例的乘客出行特征刻画方法,结合时段属性生成乘客特征—时序(FeatureTemporal,F-T)矩阵;通过改进的欧氏距离计算F-T矩阵间的相似性,实现F-T矩阵的相似性度量;提出一种基于相似度矩阵的K-Means聚类和层次聚类相结合的两步聚类方法(Two-step Clustering of K-Means Clustering and Hierarchical Clustering,KMHC)划分乘客影响群体,分析影响乘客出行转移的因素;以新冠肺炎疫情期间上海轨道交通11号线昆山段停运作为实例,对本文方法进行验证。研究结果表明:昆山段停运后,常乘客呈现出5种主要的出行转移影响群体,占常乘客总数的94.4%;各影响群体的转移距离、通勤时间和出行频率差异明显,是影响区段停运后常乘客出行选择的重要因素。本文方法可为其他计划性停运场景提供借鉴和参考,也可为区段停运后的网络客流变化预测,行车和客运组织方案优化提供支撑。

光镊在深海环境中的捕获特性

在深海原位环境下精确捕获和收集单个目标微生物是当前深海微生物研究中的一大挑战。设计了一个应用在深海环境中的光镊捕获系统方案,系统包含光镊模块、微流控芯片、耐压外罩等部分,可实现原位捕获收集深海微生物。建立了位于南海北纬18°附近,1.5 km深处的海水折射率模型,预估了深海对光镊系统激光功率的损耗。使用T矩阵法计算对比了光镊在深海中和陆地上的纯水中对不同折射率和不同大小的球形微生物的捕获力。结果表明,相比于纯水中,光镊在1.5 km的深海中的最大轴向捕获力平均降低了25%,最大横向捕获力平均降低了20%。本研究可为未来基于光镊技术开发的深海微生物分选设备的下海实验提供参考。

CINRAD-SA偏振雷达定量降水估测算法改进及应用评估

为了提高雷达定量降水估测的精度,建立一套高精度的双偏振雷达定量降水估测方法,并对其在业务应用中的表现进行评估。本文利用雨滴谱仪数据使用非球形粒子的散射模型(T-Matrix模型)进行不同偏振量的模拟计算,根据计算结果对实测雨滴谱数据(DSD)进行分类拟合,实现对CSU-HIDRO(Colorado State University-Hydrometeor Identification Rainfall Optimization)优化降水估测算法的改进。为了评估改进后CSUHIDRO优化算法(简称CSU-HIDRO_I)的应用效果,本文选取2016~2017年两年汛期发生于中国华南地区的6次大范围强降水过程为评估对象,分别采用单偏振雷达定量降水估测的R(ZH)关系法(WSR-88D Precipitation Processing System,简称PPS法)和CSU-HIDRO_I法进行小时降水量估测。按照不同降水率大小以及距离雷达20~60 km和60~100 km范围分别对两种降水估测方法进行评估,并将雷达估测的小时降水量同地面雨量计小时降水量资料进行对比,结果表明:(1)CSU-HIDRO_I法在应用评估过程中取得了较好的评估效果,其估测精度及稳定性均较好。(2)PPS法对小雨(降水率R<2.5 mm/h)存在一定的高估,对大雨及暴雨(R>8 mm/h)存在明显低估,而CSU-HIDRO_I法能够有效的降低强降水的低估情况,同时提高了小雨的估测精度。与PPS法相比,CSU-HIDRO_I法对小雨、中雨、大雨及暴雨的估测偏差分别降低了38%、24%、17%、15%。(3)PPS法在降水估测中对离雷达的距离更为敏感,相同降水率下不同距离处的相对误差波动较大,CSU-HIDRO_I法对距离敏感性较弱,相同降水率强度下,相对误差随距离的变化波动较小。

V型纳米金球阵列天线侧向散射方向性的数值模拟

纳米天线侧向散射的方向性在生物感测以及表面增强光谱学等领域都有重要研究价值。侧向散射方向性的产生需要破坏纳米天线相对于平面波极化方向的镜像对称,由纳米粒子阵列构成的纳米天线排列灵活,易于实现非镜像对称结构。采用T-matrix方法对V型纳米金球阵列天线进行数值模拟,研究了其侧向散射的方向性,分别讨论了不同阵元数目构成的不同臂长、不同臂间开角、不同球形阵元半径、不同阵元球心间距对V型天线侧向散射方向性的影响。研究表明V型纳米阵列天线具有侧向散射方向性的可调性。

机载双极化气象雷达多种降水粒子回波仿真方法研究

该文提出一种机载双极化气象雷达多种降水粒子回波仿真方法。该方法基于T-Matrix方法以及天气预报模式(Weather Research and Forecasting,WRF),首先利用WRF建模仿真气象场景;其次考虑降水粒子为球形条件下,结合T-Matrix方法和微物理特性计算6种降水粒子反射率因子;最后应用雷达气象方程获得6种类型降水粒子回波信号,实现机载极化气象雷达降水粒子回波信号仿真。仿真结果表明,该方法的仿真结果可准确反映气象特征,与实测数据的对比分析进一步证实了所提方法的有效性、可靠性。

基于非冗余正交阵列的2-均匀态

一个强度为t,约束数为k,指标为λ的正交阵列,记为OA(N,k,v,t),是一个元素取自v元集V上的N×k阵列,要求在它的任意N×t子阵列中,V上的任意有序t元组作为行在该子阵列中恰好出现λ次,其中λ=N/v^(t).一个正交阵列OA(N,k,v,t)称为是非冗余的,记为IrOA(N,k,v,t),要求其任意N×(k-t)子阵列,每行互不相同.在2014年,Goyeneche等给出非冗余正交阵列概念的同时,也指出非冗余正交阵列与t-均匀态有着密切的联系.本文利用差矩阵给出带有部分强度t>2子阵列的IrOA(N,k,v,2)的构造方法,进而给出一些2-均匀态的存在性结果.

矩阵方法的解析解实现(英文)

T-MATRIX的结构分析及数值解的过渡特征与解析解的一致性研究有助于判别数值结果的可靠性。该文系统地分析了T-MATRIX的极限问题;讨论了二维散射体在理想边界情况下,E波入射时从T-MATRIX法到经典解析解的极限过渡。结果表明,在理想边界下,数值结果与经典理论完全吻合。

硅中钛杂质对激光电场分布影响的数值模拟

采用T-matrix数值方法模拟光学系统常用的光学材料硅中金属钛杂质对激光电场分布的影响。分析了不同球形杂质数目、不同杂质球半径、不同球形杂质间距、不同球形杂质排列以及不同相对介电常数杂质对激光电场分布的影响,通过数值模拟了解到:电场幅值的最大值总是出现在沿入射波极化方向上,电场幅值的增大与相邻两球的耦合有关,且两球间距越小电场幅值的最大值越大;相对介电常数实部越小、虚部越大的杂质会导致较大的电场幅值最大值。

气溶胶单粒子的偏振散射特性研究

建立了气溶胶单粒子的偏振散射实验装置,采用T-matrix方法模拟球形粒子和长形粒子的光散射计算,讨论了偏振强度因子(R)和穆勒矩阵元素(Zu、Z12)随粒径、形状的变化关系,结果表明,球形粒子和杆状粒子的Pf和乙2随着粒径的增大存在明显差异.通过对单分散的气溶胶颗粒物样品的实验测量,得到不同样品的Pf值和Z12.实验结果表明,以油酸粒子的Z12为基准,差值△Z12=12可以作为球形的油酸粒子和长形的核黄素以及石棉纤维的区分阈值,△Z12介于12-41主要为核黄素粒子,△Z12达到59时粒子可被认为是长形的石棉纤维粒子,而立方形的NaCl气溶胶粒子的△Z12与油酸粒子非常接近,难以区分.初步实验表明,穆勒矩阵元素Z12可以用于识别长形粒子,该研究为颗粒物形态的偏振测量提供依据.

非球形椭球粒子参数变化对光偏振特性的影响

针对自然界中多数沙尘、烟煤粒子的非球形问题,在球形粒子偏振特性的基础上,进一步研究非球形椭球粒子的折射率、有效半径、粒子形状等参数变化对光偏振特性的影响,采用基于T矩阵的非球形粒子仿真方法,模拟非偏振光经椭球粒子传输后光的偏振特性及其与球形粒子间的差异,并以实际沙尘、海洋、烟煤三种气溶胶粒子为例说明结果的正确性.结果表明:当折射率实部越小,虚部越大时,球形粒子与非球形粒子的偏振差异越不明显;当粒子有效半径增加时,球形粒子偏振度的变化比非球形粒子更为明显,且最大值分别出现在散射角为150?和120?的位置;当粒子形状不同时,不同形状椭球及球形粒子的差异在散射角小于60?时并不明显,且当椭球粒子纵横比互为倒数时,两种粒子的偏振特性近似相同.通过以上分析可知,在光传输过程中,椭球粒子多数情况下无法被近似为球形粒子进行计算.

火电厂热力系统热经济性矩阵分析方法

以现代计算手段为依托,在“先归并,后分析”的分析思路指导下,结合等效热降理论和q-g-t 矩阵,构造了能效分布矩阵方程,该矩阵方程全面反映了机组主系统和各种辅助系统对机组热经济性的影响状况,每个矩阵物理意义明确、规律性强。该矩阵方程的矩阵分析方法适用于各种凝汽机组的热经济性分析计算,具有通用、精确和适应计算机程序化的特点,可以使热力系统的热经济性整体计算和局部分析变得更加清晰、简单、客观,非常适合于计算机程序化。最后对所述方法,通过实例进行了验证。

基于作答数据的模型参数和Q矩阵联合估计

Q矩阵在认知诊断的模型参数估计和诊断分类中起着重要作用。本文通过研究Liu等人的方法,设计了同时估计项目参数和Q矩阵的联合估计算法。在DINA模型下,对项目参数未知时开展模拟研究。研究假设项目为20个,考察的属性个数分别是3、4和5,初始Q矩阵中分别存在3、4和5个属性界定错误的项目。结果表明,联合估计算法能在错误的初始Q矩阵基础上以很高的概率得到正确的Q矩阵。另外,当专家认定测验的属性个数存在错误时,该方法推导的Q矩阵和模型参数能提供很好的鉴别Q矩阵错误的信息。