Modeling of radiative properties of metallic microscale rough surface

The radiative properties of a gold surface with one-dimensional Gaussian random roughness distribution were obtained with the finite-difference time-domain （FDTD） method and the recursive convolution treatment of the Drude Model. The bi-directional reflection distribution function （BRDF） for both TM mode and TE mode were obtained and compared with the highly accurate experimental data from the earlier work. The incident wavelength varies from 1.152 μm to 3.392 μm and incident angle is at 300-70°, respectively. The results show that, the predicted values and experimental results are in good agreement. The highly specular peak in the BRDF is reproduced in the numerical simulations, and the increase of the TM mode BRDF is found to be attributed to the effect of a variation in the optical constant at the incident wavelength period.

大气湍流下部分相干涡旋光束经粗糙目标回波特性

利用广义Huygens-Fresnel原理和随机高斯粗糙面模型,研究部分相干高斯-谢尔模型涡旋光束的回波特性,通过特殊积分推导出部分相干涡旋光束经随机粗糙面散射后到达接收端的交叉谱密度函数和光强解析式,并进行仿真分析。结果表明:随着拓扑荷数、束腰半径和相干长度的增加,光强自相关函数曲线下降的越来越陡峭;在强湍流环境下,自相关函数衰减越来越严重;内尺度会影响光强自相关函数,并且随着内尺度的增大而衰减严重,外尺度对其影响作用不大;随着粗糙目标相干长度的增大,光强自相关函数的半峰宽值逐渐趋增大。

冬小麦覆被农田地表多层非均质混合电磁散射模型研究

冬小麦种植区域分布广泛,为监测与评估其生长信息和生长环境,本文通过引入三相混合介质模型表征植被层,引入高斯随机粗糙面表征农田粗糙地表,构建了一种冬小麦覆被农田地表的多层非均质混合电磁散射模型。首先分别对比本文提出的多层非均质混合模型与水云模型、Oh模型在冬小麦拔节期及孕穗期的后向散射系数预测结果,对本模型的有效性进行分析和验证;随后,通过分析该模型等效介电常数,并求解其电磁散射及辐射传输方程,获取植被生长信息、植被含水率及土壤粗糙度等因素对覆被农田地表等效介电常数和雷达后向散射系数的影响规律。结果表明,本文提出的多层非均质混合模型与水云模型及Oh模型预测结果有较好的一致性,同时与双弥散模型获得的小麦层等效介电常数R2分别为0.9817、0.9922、0.9863、0.9711,同样具有较好的一致性;此外,本文提出的模型对拔节期、孕穗期小麦含水率的预测结果与实际测量值的均方根误差分别为0.88%、4.65%,该模型能够较好地模拟覆被农田地表电磁散射特征,为后续无人机微波反演冬小麦生长及土壤水分信息提供坚实理论基础。

利用FFT实现对非高斯随机粗糙表面的模拟

为了研究和分析非高斯随机粗糙表面,提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)和Johnson转换系统以及自相关函数等理论模拟生成非高斯随机粗糙表面的方法,生成了具有给定偏斜度、峰度的随机粗糙表面,验证了该方法的可行性和正确性;并给出了在相关长度等于0.1μm,0.5μm和30μm下的非高斯随机粗糙表面的模拟结果以及输入参数和输出参数的比较结果.结果表明,模拟生成的非高斯随机粗糙表面,其输入的随机表面的统计参数与输出的统计参数吻合较好.

高斯型良导体随机粗糙面散射系数的数值计算

采用矩量法计算狄利克莱边界条件下一维高斯型随机粗糙面的收发分置的散射系数,运用脉冲基函数和点匹配的矩量法,在入射波为锥形波的条件下,分析了两种频谱函数下的仿真结果。结果表明,该随机面仿真粗糙导体面效果较好,为电磁环境建模提供了一种方法。

非高斯随机粗糙表面计算机仿真的研究

在摩擦学、光学等工程领域中,对于表面粗糙度的研究,总是以生成的随机粗糙表面为研究对象,且大多数研究都是建立在高斯随机表面的基础上,而实际的工程表面大多是非高斯随机表面。为此提出了一种基于快速傅里叶变换(FFT)、Johnson转换系统和自相关函数等理论仿真生成非高斯随机粗糙表面的方法,它可以生成具有给定偏斜度和峰度的随机粗糙表面。为了说明该方法的可行性和正确性,给出了不同偏斜度、峰度和自相关长度下的计算机仿真结果。结果表明:在一定的条件下用该方法仿真生成的非高斯随机粗糙表面,其输入的随机表面的统计参数与输出的统计参数吻合较好。

涡旋光束通过非高斯随机粗糙面的场分布特性

基于角谱衍射理论,利用Johnson传递系统数值模拟非高斯粗糙面,研究了拉盖尔-高斯涡旋光束通过随机非高斯粗糙表面的场分布特性。在分析了非高斯粗糙面方向自相关长度、峰度、偏斜以及均方根粗糙度对涡旋光束场分布影响的基础上,研究了涡旋光束通过随机粗糙表面后光束光强分布变化时的均方根粗糙度取值范围,并通过实验,将实验数据与仿真结果进行了对比分析。结果表明:当非高斯粗糙面方向相关长度为20 mm,偏斜为0.001,峰度为6,均方根粗糙度大于0.12 mm时,拉盖尔-高斯光束透过随机表面的光强分布不再保持空心分布,对应的相位奇点消失。

岩石面糙率的分布及其对裂隙水流的影响

就岩石面糙率的分布规律及其对裂隙水流的影响进行了计算分析．通过天然大理石板人工构成裂隙模型所进行的大应力高水头耦合试验研究，对大理石板面糙率的实测数据进行了数值分析．分析表明，该岩面糙率符合高斯分布．由此得出了数值岩面．同时，用数学模型确定了裂隙面接触状态与应力的关系，用应力场与渗流场耦合分析法描述了裂隙渗流随应力变化的渗流特性，从计算途径验证了试验结果．

模拟分析随机粗糙金属表面的二次电子发射特性

近年来,金属表面的二次电子发射系数(SEY)受表面形貌影响的研究得到了广泛关注。针对真空电子器件表面均为随机粗糙表面的实际情况,建立了基于二次电子发射唯象模型的随机粗糙表面SEY模拟仿真方法。以典型高斯分布型表面为例,针对表面粗糙度对SEY的影响规律进行了研究。结果表明,随机粗糙表面的SEY随初始电子入射能量变化的曲线,相比于理想光滑表面发生了右移(朝向高能端移动),且SEY与粗糙度之间不存在单调依赖关系。采用该模拟方法所得的SEY与粗糙度间的依赖规律与已报道的基于蒙特卡罗模拟方法所得规律一致,证实了该方法的合理性。

点接触混合润滑闪温分析

基于统一的Reynold方程系统,数值分析点接触混合润滑固体表面温度分布。采用瞬态移动点热源积分方法计算闪温,通过两表面温度平衡方程迭代确定热流分配系数,研究在不同卷吸速度和滑滚比情况下,光滑表面和非高斯随机粗糙表面点接触混合润滑的温度分布。结果表明:数值模拟得出的两表面温差很小,符合实际情况;非高斯随机粗糙表面与光滑表面最大温升都在出口区,非高斯随机粗糙表面比光滑表面温升更高;滑滚比一定时,卷吸速度越大两表面温升越大;卷吸速度一定时,滑滚比越大两表面温升越大。