采用光束扫描的透射仪测量光路自动准直系统

能见度是航空、航海及其他领域关系到安全保障的重要气象要素之一,透射式能见度仪在安装和使用过程中测量光路的准直状态,对能见度测量精度有重要影响。根据其光学系统的特点提出了一种基于扫描方式的透射仪测量光路自动准直方法,并基于该方法设计了自动准直系统。系统通过电机驱动发射端探测光束与接收端接收视场分别在两个垂直方向上进行扫描,计算发射端与接收端的准直方位角,进而实现透射仪测量光路的对准。系统测试表明,系统可以实现透射仪测量光路的自动对准,方位角定位最大误差为66μrad,准直时间小于10 min,系统具有准直精度高、过程自动化、易于安装等特点。

京津冀地区一次强沙尘天气过程的成因及特征

利用常规污染物监测资料、卫星资料和再分析资料等,对京津冀地区在2017年春季遭遇的一次强沙尘天气过程进行分析。结果表明,此次过程是由地面冷锋过境,高空槽后冷空气持续补充引起,沙源地主要位于巴丹吉林、腾格里沙漠,随后以西北路径输送至京津冀地区。前期沙源地感热通量迅速增大,与中低层冷平流叠加,导致不稳定层结增强,助于起沙;高空强风速带加强并向下延伸,中低层次级环流发展,不但使沙尘传输并下降至地面,而且使高层高动量和高位涡冷空气下传,促进低空急流形成、低层系统发展,使大风及沙尘天气维持;沙尘过境时,地面至4 km高度存在沙尘型气溶胶,PM 2.5和PM 10浓度变化趋势较一致并达到重度污染水平,且气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)与空气质量指数(Air Quality Index,AQI)具有较好的时空匹配关系,重污染时段AOD值大于1,污染减弱时AOD值降至0.6以下。

南京市一次雾霾天气过程的阶段性特征与成因

利用南京及其附近地区地面常规气象要素、颗粒物PM_(2.5)质量浓度逐时观测资料,以及CALIPSO资料、NCEP再分析资料、MODIS气溶胶光学厚度、南京站探空廓线等资料,结合天气学诊断分析和HYSPLIT后向轨迹模拟等方法,对2016年12月4—9日南京地区的一次雾霾天气进行分析。结果表明:此次雾霾天气过程具有区域性特征,南京上空气溶胶以沙尘型、污染沙尘型和污染大陆型为主,污染物主要来自西北方向的输送和本地的人为污染。地面弱高压均压场与高空稳定的天气形势叠加是此次雾霾天气过程的环流背景,同时南京上空盛行辐散下沉气流,下沉增温有利于逆温层的维持,使雾霾天气得以发展;偏北风携带的冷空气南下,正涡度平流控制南京上空,有利于雾霾的减弱消散,同时温度平流也影响了水汽凝结和相对湿度状况,进而使能见度发生相应变化。

旋翼无人机大气探测设备布局仿真优化设计

为了提高多旋翼无人机气象探测的准确度,基于CFD方法对偶数桨旋翼无人机的流场进行分析,比较了不同旋翼数和不同旋翼间距离的无人机的流场,分析了流场的特点;同时,结合大气探测设备对温湿度、气体浓度及颗粒物浓度测量的基本原理,分析了多旋翼无人机扰流场对探测设备测量精度的影响及其原因;由此确定了进行大气探测的多旋翼无人机尽量根据情况选择旋翼数较多、翼间距较大的机型,探测设备安装位置应当靠近无人机中心轴靠近旋翼旋转平面处的相对静风区,经实验对比,通过优化可以有效减小测量的误差;并提出可利用多旋翼无人机流场特点设计多旋翼无人机专用探测设备的构想。

旋翼无人机协同任务指派问题研究与算法改进

在应用旋翼无人机群时,每架无人机自主快速选择目标空域点,对于提升无人机群整体性能有很大作用;对于到达目标空域点即可降落的情况,可视作二分图最佳匹配问题,利用匈牙利算法进行求解;对于到达空域点后,需要等待其他无人机全部就位后一同工作的情况,需要同时优化平均移动距离和最大移动距离两个耦合参数;经多次实验和测试,将匈牙利算法中代价矩阵各元素值替换为各自值的平方,可以在平均移动距离与最优解十分接近的情况下,使最大移动距离减小,从而减小无人机悬停等待的消耗,缩短过程完成的时间;针对此问题设计了只变异不交叉、父辈子辈一同评价的遗传算法进行求解与改进算法对比,验证了改进后匈牙利算法在此问题中具有更好的效果;由于算法计算速度快,适用于无人机上嵌入式系统实时计算。

多旋翼无人机流场仿真分析

为了使多旋翼无人机编队飞行时避开单机产生的流场干扰较大的区域,通过CFD仿真软件对多旋翼无人机流场进行模拟仿真。结合实际情况设置模型参数,分析了当多旋翼无人机处于悬停状态时的流场特点,并通过试验获取数据与仿真结果对比。仿真分析了不同速度下的水平飞行以及上升和下降时多旋翼无人机周围流场的特点。根据对流场的分析,确定不同位置上无人机所受到的气动干扰情况,为更合理地设计编队队形,提高多旋翼无人机编队整体机动性和安全性提供了依据。

基于超表面的可见光波段布拉格反射波导研究

采用SiO_2/Si构建了可见光波段的分布式布拉格反射镜(DBR),在其中加入SU-8光刻胶制备的中心腔,构成传统的布拉格反射波导(BRW),利用传输矩阵法分析了可见光在分布式布拉格反射镜和布拉格反射波导中的传输情况,并研究了介质折射率比、厚度和周期数等各因素对布拉格反射镜的影响以及SU-8的各参量对光子带隙的影响规律。针对传统布拉格反射波导硬件制备比较困难的问题,在SU-8中引入Si柱超表面,构成新型的布拉格反射波导。通过实验分析了超表面对缺陷模的影响,实验表明超表面具有调控缺陷模波长的作用,且新型布拉格反射波导阵列可完成可见光波段的分光功能,可用于改进光学仪器。