基于辛理论的Bernoulli-Euler梁波散射分析

为研究辛对偶力学体系下Bernoulli-Euler梁波的散射问题,通过构造Lagrange乘子以解除泛函约束,引入对偶变量,提出了Bernoulli-Euler梁的Hamilton对偶方程。综合运用本征向量展开法、辛Gram-Schmidt正交算法,以及精细积分法等方法剥离了Bernoulli-Euler梁能带结构中的禁带部分,获得了端部散射体的散射矩阵。结果表明:辛体系下Bernoulli-Euler梁的状态向量是由一对通带本征向量和一对禁带本征向量所组成的,其端部散射体的散射矩阵是一阶酉矩阵,入射波的功率流等于反射波的功率流,满足功率流守恒。

半覆水相变V形峡谷场地P波入射下的空间地震动散射频域理论解、验证及特征

克服介质相变、峡谷分层且局部地形覆水导致的固有边界值难题,首次推导并得到了半覆水相变V形峡谷场地对P波激励下的散射理论解,验证理论解的正确性,探究了相变界面的有无、入射波频率和入射角对地表位移的显著影响,突出并重点强调了覆水因素对结果影响的不可忽视性。分析结果表明,(1)以经典算例为标准,对比验证了本文理论解的正确性,解释并澄清了峡谷局部可预测性的微小偏差的来源。(2)与未覆水部位相比,峡谷覆水部位表面位移显著增大;与峡谷满水状态相比,相变面的存在使位移增大的初始位置向峡谷中间移动;不同的入射波频率和入射角下,地面运动情况存在显著差异,随着入射角的增大,水平方向的位移逐渐增大,竖直方向的位移逐渐减小。本文研究可为覆水V形峡谷的长大结构多点地震动的合理输入提供基础性研究依据,兼有理论意义与应用价值。

面向复杂介质的地震散射波采集技术

地震勘探是一项以地震采集技术为基础的系统工程。变革地震采集技术既是采集装备升级、波场理论创新的发力点,也是解决地震处理、解释技术问题的源头。地震勘探发展历程体现了采集装备能力提升、地质需求驱动、波场理论拉动的作用,其中,地震采集技术既充满活力,也面临着深刻的挑战。面对小尺度、非层状、非均匀介质成像问题,以及大数据与人工智能高速发展的时代背景,以共中心点叠加为特征,采用稀疏、规则、单一观测系统的反射波地震采集技术越来越显示出不适应性,为适应小尺度、非层状、隐蔽性目标成像要求,以共中心点离散化为特征,采用随机、遍历性、多观测系统的散射波地震采集技术势在必行。作为散射波地震采集技术的理论基础,随机理论及概率波的研究逐渐得到重视。

人工等离子体云团与无人机群的散射研究

电离层中释放的金属蒸气产生人工等离子体云团,其可显著改变无线电波传播。本文利用几何绕射理论(geometrical theory of diffraction, GTD)和有限元法(finite element method, FEM)相结合的方法,给出了经由天线、人工等离子云团和无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)群组成的传播链路中信号强度计算方法。利用30~70 MHz甚高频(very high frequency, VHF)信号研究人工等离子体云团与UAV群的复合散射特性,得出如下结论:接收功率随着信号频率增加呈下降趋势;当机群由N架UAV构成时,阵因子迭加使机群雷达散射截面(radar cross section, RCS)出现一定的起伏,同相迭加时,接收功率可比单个UAV高约20lg N dB;利用人工等离子体云团散射可实现VHF频段用于对米级尺度RCS目标进行超视距探测,有助于解决紧急情况下电离层扰动对高频探测的不利影响。

缪子库伦散射成像技术中能量与靶几何结构关系的Geant4模拟研究

基于Moliere多重散射理论的缪子散射成像技术,可用于分析材料内部元素分布并确定原子序数。相对于高能量的宇宙射线缪子,加速器打靶产生的缪子束流能量偏低(约为45~450 MeV/c),Moliere多重散射理论的适用性有待探讨。本文利用Geant4软件模拟研究了中、低能量区(<800 MeV)缪子的库仑散射过程,分析了散射角的均方根分布,并通过散射成像算法对模拟结果进行了图像重建。结果表明,中、低能量缪子的散射与成像物体的几何结构密切相关,能量为400 MeV的缪子束流散射成像仅可用于厚度分别小于9.78 mm、56.9 mm、140.7 mm的W、Si、Na材料内部元素的分布信息。研究结果可为Moliere多重散射理论在该能区缪子散射成像技术的应用提供理论指导,推动缪子在核材料检测、文物鉴定、海关安检等领域小尺寸物品的成像分析与应用研究。

Glauber多次散射理论和近似处理

在Glauber多次散射理论框架下，用高斯函数展开拟合原子核密度函数的方法简化了散射振幅,理论计算获得的弹性散射微分截面与实验值符合得很好。

基于Kubelka-Munk理论的矿物颜料颗粒光散射特性及颜色研究

针对矿物颜料颗粒大小对光学特性和颜色的影响问题,本文结合光散射理论和Kubelka-Munk理论构建单颜料颗粒的光学模型,将其映射到颜料介质群的光学特性中,建立光谱反射率、散射系数及吸收系数的微分映射模型。实验结果表明,颜料颗粒粒径尺寸与散射系数、光谱反射率、明度及三刺激值呈明显的负相关性。本研究验证了将光学理论和色彩学理论相结合的合理性,揭示了粒径变化对矿物颜料的光学特性及色度值的影响机理,为计算机配色中的彩绘文物修复提供了一定的理论工具价值。

基于散射理论与动态时间规整的时移地震波动方程差异反演

时移地震勘探作为储层动态监测的有效手段,对获取地下介质的弹性或物性参数变化起到了至关重要的作用.由于多期地震勘探之间介质的传播速度存在差异,同时环境条件、采集方式及处理手段等方面的不同,都会使地震记录产生走时差异.而这种走时差异对时移地震反演存在着严重的影响,尤其是基于波动方程的反演方法.为了消除时移差异,我们引入动态时间规整(DTW)方法实现角道集优化匹配,以获取地震记录的有效变化信息.此外,本文提出根据散射理论,通过弹性波动方程进行时移地震差异反演,得到地层的差异弹性参数,实现储层差异定量表征.该方法采用WKBJ近似模拟非均匀背景,具有更高的反演精度,尤其是在复杂地质构造条件下优势更加明显.本文对所提出的方法进行了数值模拟实验与实际数据应用,证明该方法得到的反演结果优于传统方法,可以实现对地层时移差异的准确刻画.

基于时空编码数字超表面的雷达散射截面积缩减及波达角估计方法

传统的波达角(DOA)估计方法的实现通常基于相控阵天线系统,而其高昂的硬件成本限制该技术在不同领域的应用和推广,此外相控阵天线普遍不具备隐身性能,其在工作频段内雷达散射截面积(RCS)普遍较高。为解决上述问题,该文在时空编码(STC)理论的基础上提出了一种基于超表面同时实现RCS缩减和DOA估计的方法,并利用一款毫米波超表面对算法进行了验证。实验结果表明,该方法实现的波达角估计误差在1°以内,同时RCS缩减大于10 dB,为DOA估计和RCS缩减功能的集成提供了全新的思路,具有高性能、低成本等特点。

海底声散射特性进展及展望

为了对海底声散射特性进行系统分析和规律总结,本文梳理了国内外有关海底声散射特性的研究进展。介绍了海底声散射的基本概念,并对界面粗糙散射及沉积物体积散射的理论模型进行了总结;从高频(>10 kHz)和中频(1~10 kHz)2个方面阐述了国内外典型海底声散射特性测量实验,同时对当前具有代表性的海底声散射实验结果进行了归纳分析。最后剖析和探讨了当前海底声散射研究中存在的问题和未来发展方向,并指出海底中频及宽掠射角声散射模型研究在水下攻防应用中尤为紧要。

Au溶胶中咖啡酸分子的表面增强拉曼光谱实验与理论研究

在加热条件下利用氯金酸与柠檬酸钠的还原反应制备出胶体金,并使用拉曼光谱仪测量出咖啡酸(CA)分子常规拉曼散射(NRS)光谱及其吸附在Au纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(SERS)光谱。采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,选用6-31+G**基组作为C、H、O的计算基组,选用赝势基组LANL2DZ作为Au的计算基组。首先对体系结构进行优化,并在此基础上计算CA分子的NRS光谱及CA分子与Au纳米颗粒吸附后3种可能模型的SERS光谱。对比分析可知,CA分子上的羧基和羟基共同与Au团簇吸附的构型计算得到的结果与实验数据最符合。接着进一步对CA分子的振动模式进行了详细指认,结果表明,CA分子与Au纳米颗粒是通过CA分子上的羧基和羟基吸附在一起的。最后通过计算CA分子及CA分子与Au纳米颗粒吸附后的分子前线轨道,进一步确定了CA分子在Au溶胶中的吸附方式。

地震波散射理论及应用研究综述

回顾了地震波散射的概念、研究历史及分类.对散射理论及应用研究成果进行了系统评述,特别对前人关于散射波数值模拟和应用研究的不足进行了总结:(1)观测系统设计不合理;(2)对散射波的特征研究缺乏系统性;(3)对复杂散射波场的识别方法没有进行系统研究;(4)适合散射成像的处理软件还有待开发.并介绍了作者关于地震散射波场特征数值模拟研究的初步成果.

激光散射理论及其在计量测试中的应用

本文系统地介绍了一门新近发展起来的学科———光散射及其应用技术。文中概述了散射理论的发展历史，详细介绍了瑞利散射定律及米氏理论，分析了散射与粒度、表面轮廓形貌统计特性及晶体内部微缺陷之间的数学关系，给出了激光散射在粒度。

油砂混合水体后向散射系数光谱贡献分离算法Ⅰ:实验理论

在石油类污染水体中,油会吸附在悬浮颗粒物表面而形成一个双层结构,影响水体后向散射系数光谱特征,分离水体石油类物质与悬浮颗粒物对后向散射系数光谱的贡献,能提高水体石油类污染后向散射理论模型的准确性。将美国Wyatt公司生产DAWN HELEOSⅡ18角度散射测量仪、美国SEQUOIA公司生产的LISST-100xB粒径仪和美国Hobilabs公司的后向散射仪HydroScat-6Sprctral Backscattering Sensor(HS6)联动观测,构成后向散射系数光谱测量系统,分别测量不同水样的散射强度电压值、粒径分布及粒径浓度、后向散射系数等参数,提出了利用Mie散射理论计算未知折射系数物质的体散射函数β(λ,θ)的新思路及分离后向散射系数光谱的算法。选择已知折射系数m的石英砂作为颗粒物与采自不同油田区域的油污水进行配比,获取不同特性水样,测定相关数据。首先,根据Mie散射理论计算出各样本对应的水体体积散射函数β(λ,θ);其次,建立的DAWN HELEOSⅡ18角度激光散射仪测定散射强度对应的电压值V(θ)转化为体积散射函数β(λ,θ)的关系式;再次,根据最优化方法估算出油砂混合的等效折射系数mos以及油的折射系数mo;最后,利用β(λ,θ)和估算的mos值及mo计算出各类样本的后向散射系数bb(λ),分别建立油污水bb,o(λ)和石英砂bb,s(λ)与油砂混合总bb,os(λ)的分离算法。分离算法的建立一方面提高了水体石油类污染后向散射理论模型的准确性,另外一方面拓展了米散射理论在海洋水色遥感中的应用。

基于Mie散射理论的微球体颗粒半径分析

为高效、经济、准确地对微球体颗粒的半径进行测量,基于Mie散射理论设计了一种测量装置。本文应用Mie散射理论对微球体颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得出了散射光分布与入射光波长、微球体颗粒半径以及微球体相对折射率之间的关系。结果表明:入射光波长越小,散射光能量越集中分布在散射角较小的范围内;相对折射率的变化对散射光分布的影响不大;不同半径颗粒的散射光强的分布差异较大,因此通过测量散射光的分布可以确定微球体颗粒的半径,从理论上证明了该设计方案的可行性。结合理论分析与计算结果设计了一种用于测量微球体颗粒半径的装置,该装置具有结构简单、成本低、效率高等优点,可以用于实际测量,具有一定的实用性。

充水有限长圆柱薄壳声散射:Ⅰ.理论

研究水中充水有限长圆柱薄壳的声散射。采用弹性薄壳理论结合边界条件导出了有限长圆柱薄壳倾斜入射时散射声场的解析解,内部充水的作用反映在系统总阻抗中增加了内部流体阻抗。数值计算表明,在反向散射声场中,刚性散射部分仅在正横附近有比较大的贡献,而斜入射时起主要作用的是弹性散射部分。散射波相速度频散曲线的计算表明,与内部真空的情况相比内部充水后除正横附近的纵波和剪切波以外,增加了一组内部流体引起的附加波,其对散射声场贡献非常重要。在计算的频率-角度谱图中,内部流体附加波呈现"碗"形共振曲线。

海水中矿物质颗粒吸收和散射特性Mie理论分析

利用Mie理论模型对不同粒径分布和复折射率的矿物质颗粒吸收和散射特性进行了模拟计算。颗粒的衰减和散射效率随着参数ρ的增大呈现出振幅依次减小的一系列有规则的振荡变化,而吸收效率则随着ρ的增加而增大;随着颗粒吸收性的增强,散射效率和吸收效率随着ρ的增大最终都将趋近极限值1。对于矿物质颗粒群,颗粒群的粒度分布变化对散射和后向散射特性影响很大,小粒径粒子对散射和后向散射的贡献比较大;折射率实部以及虚部变化对散射特性均有影响,颗粒的吸收性越强,则散射会相应地减弱;粒度分布以及折射率虚部对吸收系数也存在较大的影响,但是折射率实部对吸收系数的影响不大。

吸收性海水中气泡光散射特性的理论研究

给出了一种适合于吸收性介质内粒子散射的Mie级数新的表示形式。利用Mie理论研究了吸收性海水中气泡的单散射特性和气泡群的相位函数。与非吸收性海水中气泡的光散射特性相比,分析了海水折射率虚部对气泡光散射的影响。结果表明:180°后向散射的增强是气泡固有的光学性质,与所处介质无关,可以利用后向散射的增强来探测气泡。

Mie散射理论测量粒子系复折射率的透射方法

粒子的光学常数并不等同于构成粒子材料的光学常数,而通过粒子光谱复折射率数据,研究粒子及聚集粒子系的辐射特性,不仅对辐射物性的研究具有较高的理论意义,而且具有广泛的实际应用价值。粒子的复折射率不能直接通过实验测量(没有直接测量的仪器),须由实验测定其他量,然后结合相应的理论模型反求,属反问题研究。用简化的Mie散射理论及Kramers-Kronig关系式,利用傅里叶红外光谱仪对Al2O3粒子及煤灰粒子进行透射率实验测量,结合相应的理论模型,反演Al2O3粒子及煤灰粒子的复折射率。并对透射率实验误差对反演结果的影响进行了分析。

有效介质理论对致密内混合粒子光散射适用性

利用离散偶极子近似法和Bruggeman有效介质理论，研究了含有黑碳和硫酸盐两种成分的内混合致密气溶胶粒子在尺度参数变化范围为0.1~25时的光学特性，并通过分析比较两种算法计算光学特性的差别研究了有效介质理论对致密内混合粒子光散射的适用性。对单分散系，有效介质理论在瑞利散射区具有较好的适用性，能较好地被用来近似计算内混合粒子的消光、吸收、散射、后向散射效率因子、不对称因子、消光后向散射比和单次散射反照率，相对偏差皆在7%以内；而有效介质理论在米散射区的适用性较差，相对偏差最大可分别达到25%、88%、66%、5000%、42%、1100%和47%，但当内混合体所含的内核较小（体积比1%以内）时仍可以近似使用。在粒子尺度参数大于4时，有效介质理论基本上会低估散射效率因子，却会高估吸收效率因子和不对称因子。而对多分散系，有效介质理论能近似用来计算各光学参量，相对偏差在9%以内。