平面电磁波极化场矢量的时空机理

均匀平面电磁波是无线通信、遥控遥测等无线信息工程中的传输媒介,是多种工程技术的核心环节。不同形式极化的电磁波场强矢量的时空关系,决定着平面电磁波的性质,在电磁波发射、接收、不同介质交界面处波的性质分析中,有着重要作用。对电磁波运动时,各种极化场量的时空机理这一根本关系,建立正确的概念,是充分发挥宏观电磁场(波)在工程技术中功能的前提。电磁波场矢量有其特定运动方式,线极化波场矢量并非随着时间上下起伏地运动,圆极化电磁波也不是随着时间滚动着前进。波动方程E_msin(ωt-βz)能够揭示电磁波运动的真实情况。通过对方程的数学分析,阐明了电磁波运动中极化场量的动、静分布,以及它们的时、空相互关系,为运动中极化场量的时空结构,在严格的数学基础上,展示了一个清晰的图像。

介质中电磁场方程的四维协变形式及场矢量的变换

本文在闵民空间内通过引入四维电磁场张量Ｆμｖ、极化－磁化张量Ｍμｖ和电磁感应张量Ｈμｖ，将麦克斯韦方程组表成四维协变形式，并通过四维张量变换给出场矢量Ｅ、Ｂ； Ｄ、Ｈ；厂和Ｍ的相对论变换规律．

介质中场矢量的相对论变换

本文从有介质时的麦克斯韦方程组的洛仑次协变性出发,导出了有介质时的场矢量E,D,H,P,M以及电流密度j,电荷密度ρ的相对论变换规律,充分显示了P,M,j,ρ有如此变换规律是麦克斯韦方程组的洛仑次协变性的必然要求。

鄱阳湖区域风场矢量的Web三维动态可视化

针对风场动态可视化中数据获取不够实时、风场模型构建非动态且尺度单一、粒子风运动轨迹三维场景下渲染效率不高且难于交互等问题,该文基于矢量场及WebGL技术,提出了风场矢量的Web三维动态可视化方法体系。首先研究了风场数据后端动态抓取、解析及存储技术,对解析后的数据构建初始风场模型,并结合双线性插值算法构建可视化区域内多尺度动态风矢量场,然后通过粒子风的运动轨迹动态模拟变化趋势,建立了粒子从地理坐标至屏幕画布坐标的转换模型,并对运动的粒子进行生命周期管理以提升三维场景渲染效率。基于此方法体系研发了原型系统并开展实验分析,实现了对鄱阳湖区域风场环境的客观、实时、动态模拟,对于掌握湖区及周边风场数据有重要意义。

关于《电磁学》中场矢量方程的积分形式

在《电磁学》中,场矢量的积分形式出现过多次,但往往只讲一个场矢量的两个积分方程的一个。如静电场只讲（）=（Σq）/ε0,感生电场只讲（）=-（（dφ）/（dt））。这可能导致在处理某些问题时出现科学性问题,同时也不可能使学生对矢量场有较好的理解。下面就这方面的问题做一些讨论。

时空矢量场下人群活动聚散模式提取与分析

由于传统方法缺乏顾及人群在区域间的动态流动而无法反映人群在未来(下一时刻)的活动聚散趋势,因此,文中借助时空矢量场来建模人群活动的趋向性,通过矢量场理论中的散度算子来定量计算人群活动聚散强度,将人群活动聚散模式提取问题转化为时间序列聚类问题识别出主要聚散模式。在海口市滴滴出行数据集上进行实验,选取角度偏态系数证明了主体方向计算方法的有效性,提取出了4种主要人群活动聚散模式,并结合POI类型的分布情况对4种模式进行了语义解释,为探索人类移动性提供研究思路和方法支持。

超构表面赋能的矢量光场调控、检测与应用

携带角动量的矢量光场在微粒操控、光通信与显示、光学信息加密、高维量子信息处理等领域具有广阔应用。然而,传统的方法实现矢量光场调控通常需要使用多个级联的光学元件,如螺旋相位板、偏振片、四分之一波片、涡旋波片、空间光调制器等,导致器件体积庞大,不符合未来光子器件集成化的需求。超构表面的快速发展为集成化矢量光场调控器件的实现提供变革性解决方案。本文概述了国内外基于超构表面的矢量光场调控和检测的相关研究进展。在此基础上,系统总结了现阶段超构表面矢量光场在微粒操控、边缘增强成像、全息显示以及机器视觉等领域的应用。最后,我们对全文进行了总结和讨论,并提出超构表面矢量光场所面临的挑战和未来发展方向。

超表面的矢量光场调控

矢量光场由于其独特的光场分布特性,在许多领域都得到了广泛且深入的研究与应用。传统光场调控手段受限于材料的光学特性及物理尺寸,难以实现灵活高效的动态操控功能。超表面凭借其亚波长结构设计所带来的额外自由度,突破了上述局限,使得对矢量光场的振幅、相位、偏振态乃至传播方向等的独立调控成为可能。本文结合国内外矢量光场领域的基础理论及最新进展,系统地阐述了矢量光场的基本原理及其数学模型,重点介绍了目前超表面生成矢量光场的方法,以及这种矢量光场在聚焦、轨道角动量检测、高精度定位等方面应用的具体案例与创新成果。

矢量涡旋光场在激光微纳加工中的应用

矢量光场领域在过去20年出现了众多重要进展。考虑到多篇综述介绍了矢量光场产生方法以及调控技术,作者仅以矢量涡旋光场为线索总结了其在激光减材、改性以及增材等微纳加工领域的典型应用,回顾了矢量涡旋光在材料表面和内部的微纳结构加工、光存储以及立体微结构光刻等应用中的部分关键进展。详细介绍了基于定制光场的图案化光致表面周期结构以及立体微结构快速双光子光刻的原理与技术。最后,总结了矢量涡旋光场在激光微纳加工中的优势与挑战,展望了其在未来将赋能更多复杂应用。

基于矢量场制导法和模型预测控制的船舶路径跟踪与避碰

为提高船舶路径跟踪和避碰效果,提出了一种基于矢量场制导法的模型预测控制方法.首先,采用矢量场制导算法将船舶的路径跟踪和船舶避碰问题转换为航向控制问题;然后,采用一阶Nomoto响应模型作为模型预测控制的动力学模型,考虑船舶的舵角输入受限问题,引入干扰观测器对模型误差项和环境扰动进行补偿,并应用Lyapunov理论证明了所设计的路径跟踪控制系统的稳定性;最后,设计了基于矢量场制导法的避碰策略,使船舶在路径跟踪的过程中同时完成自主避碰.仿真计算结果表明,开发的方法可以使船舶在波浪干扰作用下准确地跟踪目标路径并有效实现避碰.

速度矢量场二阶滑模无人艇引导律

针对航速和航道未知扰动等因素,提出一种速度矢量场二阶滑模无人水面艇(USV)引导律。首先,建立无人艇运动学和航向角动力学模型;其次构造路径误差(y_(e))模型,设计基于航速(V_(g))的路径误差矢量场,速度越大,航向角变化越小;再结合二阶滑模面设计一种速度矢量场二阶滑模无人艇引导律,并考虑未知扰动因素Δ分析速度矢量场二阶滑模无人艇引导律的稳定性。仿真结果表明:相比于经典矢量场,速度矢量场有效实现航速V_(g)越快,航向角变化率越小,矢量场越平缓,提高了USV航行安全性和稳定性;基于速度矢量场二阶滑模无人艇引导律的路径跟踪控制系统鲁棒性更强,路径跟踪准确度更高,能够较好地完成路径跟踪。

矢量场路径规划算法及其仿真验证

无人机路径规划通常采用航点设置和过点曲线拟合的方法实现,期望航向角分段给定,不随航线的改变自动修改期望航向,不具有期望航向和期望位置自动快速生成能力。提出一种适用于复杂飞行任务路径规划的矢量场算法,并开发仿真验证系统验证其有效性。引入矢量场概念设计航向角制导律,使处于任意位置的飞行器能按期望航向角平滑飞抵期望目标路径,沿期望目标路径完成飞行任务;以隐函数方程建立期望路径矢量场,几何分析矢量场路径规划的原理,基于李雅普诺夫稳定性理论证明规划路径误差的有界性,距离误差和航向角误差在航向制导律作用下均能稳定收敛于0;以倾转四旋翼无人机定高飞行任务路径规划为例,应用矢量场方法采用分段过渡策略规划平滑飞行的期望路径,并进行仿真验证。结果表明:矢量场路径规划算法可行,是一种有效的快速飞行路径规划方法。

矢量光场调控专题导读

矢量光场,即具有可任意设计的波前和偏振态分布的光场,因其具有复用维度高、紧聚焦能力强、光场操控自由度大、手性筛选等特点,相较于均匀标量场具有更大的调控自由度和更广阔的应用前景,而引起了国内外科学家的广泛关注。如今,微纳光学的快速发展更为拓宽矢量光场调控的自由度、维度、尺度等方面提供全新契机。《光电工程》于2024年组织的“矢量光场调控”专题共收到10篇来稿,包括7篇综述和3篇原创论文,旨在展现近年来矢量光场调控的国内外重要研究进展和成果,让读者对矢量光场的研究现状、趋势和应用前景有更深刻的认识,也能为相关领域研究人员提供有益的帮助。

矢量场图计算机辅助绘制

提出并详细阐明了一种新的计算机辅助绘制场图的方法．该方法能用彩色图形在同一图上描绘出场矢量的大小、方向和轨迹．并通过实例验证了该方法的正确性及其软件的实用性．

基于运动矢量场和方向自适应的快速运动估计算法

该文提出了一种基于运动矢量场和方向自适应的快速搜索算法。算法针对序列图像的运动矢量场所具有的中心偏置性和时空相关性进行预判,对静止块设定阈值直接中止搜索;根据运动类型自适应选择搜索起始点和搜索策略;采用了两种新的混合搜索方法,对小运动和大运动宏块使用线性-菱形搜索,对中等运动块使用六边形-菱形搜索算法,搜索模板具有强烈的方向特性。实验结果表明,该文算法的搜索速度和搜索精度优于现有的快速运动估计算法,而搜索精度非常接近于全搜索法。

三维全息原子场作用矢量用于吡咯类抗艾滋病药物QSAR研究

采用三维全息原子场作用矢量(3D-HoVAIF)对32个吡咯类抗艾滋病药物进行结构参数化表征,并与其活性建立定量构效关系。分别采用多元线性回归(MLR)和偏最小二乘(PLS)进行建模,建模的复相关系数(R2cum)、交互校验复相关系数(Q2cum)和模型的标准偏差(SD)分别为R2cum=0.914、Q2cum=0.812、SD=0.236(MLR);R2cum=0.836、Q2cum=0.719、SD=0.314(PLS),结果均优于文献值(R2cum=0.667,Q2cum=0.581,SD=0.420)。所建模型具有良好的稳定性和预测能力,表明3D-HoVAIF能够较好地表征该类分子的结构,值得进一步推广应用。

一种新型低频声矢量场采集系统的设计与实现

针对低频声矢量场测量技术,设计和实现了一种声矢量场探测系统。其特点是将矢量水听器、信号采集设备、罗经与电源集成一体,传感器输出的模拟信号直接在其内部进行模数转换,避免了模拟信号由于长距离传输所造成的衰减和干扰,且易于布放回收。该系统可同步测量声场空间的声压和质点振速3个正交分量的数据,所得到的数据即可以采用自容式存储在系统内部TF卡中,亦可通过经优化设计的带宽3 MB/s的高速RS485总线实时传输。回收内部数据时可通过Mass storage协议利用预留USB接口来实现读取数据,无需开启罐体。该系统进行了实验室验证实验,并以潜标的形式进行了海上试验,对爆炸声信号进行了测量并对获得数据进行处理。结果表明,该系统工作可靠稳定,系统平均功率为350 mW,准确地获取了声矢量信号数据,可广泛应用于低频声矢量场探测领域。

VR环境下的矢量场可视化交互感知技术研究与应用

提出了一种新的基于VR环境下的矢量场可视化的交互感知方法,将虚拟现实的交互技术和矢量场数据的可视化有机结合起来,给出了该方法的实现原理并探讨了其中的一些关键技术,用户可以通过三维跟踪设备、三维鼠标、数据手套等外设与矢量场数据进行自然交互,更快捷的发现并感知数据中感兴趣的或较隐蔽的细节部分,使许多抽象的、难于理解的原理和规律变得更容易理解。最后在Powerwall虚拟现实系统上进行实例验证,并应用在工程实践中。

三维原子场全息作用矢量用于7位取代20(S)-喜树碱衍生物的抗肿瘤活性定量构效关系研究

研究了25种7位取代20(S)-喜树碱衍生物的化学结构与其抗肿瘤活性的定量构效关系。采用新近提出的三维原子场全息作用矢量,对喜树碱类衍生物进行了结构参数化表达,采用逐步回归对变量进行筛选后,建立了定量构效关系模型。模型的复相关系数和标准偏差以及留一法交互校验的复相关系数和标准偏差分别为R=0.962 5,SD=0.290 1和RCV=0.908 7,SDCV=0.446 2。模型具有良好的稳定性和预测能力,证明了该三维原子场全息作用矢量在分子结构表征和生物活性预测上的适用性。

从GPS水平矢量场对中国及全球地壳运动的新认识

利用中国GPS矢量场和IERS公布的全球矢量场,对中国及全球地壳水平运动的状态进行了从全球到局部不同空间尺度的构造运动的描述和理解,其要点如下:①GPS矢量场定量地显示了中蒙构造区是全球大陆内变动最强的地区;②中蒙构造区(或中蒙次板块)内部可分出三级各具特色的构造区块、条块和地块;③中蒙西部区块呈大" ",3条边缘带都是地壳厚度陡变带,是结构性地震带,控制了全球大陆内2/3以上的8级地震;④中蒙东部构造区块是挤压型和伸展型大陆边缘最典型地区,GPS矢量场展现了现今向东的伸展蠕散运动;⑤中国西部2001年在昆仑山发生的8.1级地震与西部从GPS矢量场算得的视应变场中高应变带相关;⑥全球GPS矢量场揭示N/S半球之间存在明显的运动不协调带,该带(B带)直接表现为13条左列的走滑兼挤压断裂带,该带控制的强震活动与环太平洋俯冲带(A带)控制的地震自1897年以来交替活动已有七幕。讨论提出:①全球4个构造系(环太平洋构造系、洋脊构造系、北半球大陆高原构造系和环赤道构造系)是否与地球的N/S半球、0～180°半球的双重非对称有关?②全球GPS矢量场所描述的板块运动可否作为约束推算地幔三维运动的表层条件?