释放化学物质耗空电离层电子密度的研究

电离层作为电波传播的主要通道和载体,影响着无线电通信的质量,因此人工电离层扰动具有广阔的应用前景.在电离层中释放具有较强电子亲和力的化学物质可以耗空电离层F区的电子密度,是人工电离层扰动的有效手段之一.本文通过对CO_2和SF_6气体在电离层中的扩散和离子化学反应过程的分析,理论计算了在我国北京地区上空释放这两种气体后电离层电子密度的时空演变过程.结果表明:(1)在电离层高度上释放100 kg的CO_2或SF_6气体后,电离层电子密度迅速减少,释放点周围局部区域的电子密度被耗空,能够形成一定尺度的电离层空洞,上述现象能够维持数小时之久;(2)与CO_2气体相比,SF_6气体具有扩散慢且化学反应快的优点,对电离层的影响较大,具有更好的电离层扰动效果.

基于光学劈尖干涉的激光波长测量系统研究

为了在较宽波长范围内准确快速测量激光波长,在虚拟仪器环境下,通过测量光学劈尖上的干涉条纹间距的方法实现了激光波长测量。系统由光学劈尖、CCD器件、数据采集卡和计算机组成。将CCD紧贴劈尖,用以记录入射激光在劈尖上产生的干涉条纹的光强信息,CCD的移位驱动脉冲用做采集卡模数转换的采样信号,则CCD输出的每一帧信号就变成一个具有2048元素的准周期序列,且数据序列与CCD像元一一对应,送到计算机进行FFT变换即可计算出该序列的周期,再映射成像元的个数得到干涉条纹的间距从而计算出波长。暗背景条件下,用3种不同波长的准直激光束垂直照射CCD进行实验,结果表明:测量误差小于1nm。

有限磁场中激光等离子体通道天线的传播特性

提出了一种用于辐射高功率微波的各向异性磁化等离子体通道天线(AMPCA),阐述了该天线的具体实现方法,给出了其工作原理,建立了AMPCA的电磁模型。推导了广义柱坐标系下各向异性磁化等离子体中纵向场满足的波动方程,并给出了纵向场与横向场的关系,利用边界条件导出了AMPCA传播模式的特征方程,并在极限条件下,将结果与已有文献进行对比,验证了所推导结果的正确性和有效性。数值计算了AMPCA传播模式的色散曲线。

有限磁场中激光等离子体通道天线的电磁散射分析

分析了电磁波以任意角度入射到有限磁场中的激光等离子体通道天线(LPCA)时的电磁散射特性。根据LPCA的工作原理建立了其电磁分析模型,推导出广义柱坐标系下各向异性磁化等离子体中纵向分量所满足的波动方程和纵向场与横向场的关系,得到LPCA和周围媒质中的电磁场,利用边界切向电磁场连续,得出了散射系数方程。通过计算实例,将结果与文献结果比较,吻合较好。该研究结果预期可应用于高功率微波武器系统的研究。

释放不同化学物质对电离层扰动的比较

在电离层F区释放氢(H_2)、水(H_2O)、二氧化碳(CO_2)、六氟化硫(SF_6)、三氟溴甲烷(CF_3Br)、羰基镍(Ni(CO)_4)可以损耗局域等离子体电子密度,形成电子空洞,电离层电子密度的改变主要取决于释放物质的气态分子与电离层之间的离子化学反应.在电离层人工主动扰动实验中,应根据发射成本和扰动效果对释放物质进行选择.通过热力学原理和有限元模拟方法计算比较了上述6种物质对电离层的扰动影响.计算结果表明,6种物质中水的气化率最低,约为19%,其余5种物质都在60%以上,选择密度小的物质,例如H_2和CO_2,可以有效降低发射成本.另外,扩散较慢且化学反应较快的物质,例如SF_6和Ni(CO)_4,能够使得电离层电子密度减少得更多,并且受扰动区域更广、持续时间更长.

差分吸收相干激光雷达中偏振分集技术研究

为减小差分吸收相干激光雷达(DIAL)中偏振衰落对回波信号功率反演精度影响,研究了偏振分集技术(PDT)在相干DIAL中的作用,构建了利用STM32控制的双光束切换DIAL实验装置。依托构建的装置,利用平衡探测,分别采用PDT和一般外差探测完成多组次实验,应用单频检测方法得到20m光程下吸收气体不同浓度下相干中频信号的振幅值,并由此求解出on光和off光回波信号功率。对回波信号功率值差分信息与由HITRAN得到的参考差分信息比较发现:应用PDT能使探测分辨率提高4倍,对应到2km距离内,可以探测到3.5×10-6ppm的CO2浓度变化,满足了气候研究所需的优于1%的精度要求,验证了PDT消除偏振衰落以及提高相干DIAL分辨精度的作用。

基于运动特征的颜色粒子滤波器

传统颜色粒子滤波器不能对跟踪状态进行自我判断,粒子容易失效,导致目标跟偏甚至跟丢。针对该问题,设计一种基于运动特征的颜色粒子滤波器。在分析目标运动特征的基础上,改进系统运动模型,建立自适应背景颜色尺度;在跟踪过程中通过最优估计速度和加速度来判断粒子滤波器的跟踪状态,建立相应的捕获机制以跟踪目标。实验结果证明,改进的颜色粒子滤波器能对与背景相似的运动目标进行有效准确的跟踪。

热光关联成像的均方收敛无偏估计方法

关联成像实验和理论证明了光可以用特殊的方式传递信息。文中采用半经典理论,按照赝热光场、光电探测和关联计算的成像过程,系统分析了关联成像的理论基础,并给出了系统的视场、空间分辨率和对比度。在此基础上,对传统关联成像的线性计算方法进行了改进,使之为物体透射函数的均方收敛无偏估计。相应的计算鬼成像仿真实验表明:在相同测量次数下,尤其是低于奈奎斯特采样频率时,该方法显著提高了鬼像的峰值性噪比并有效抑制了背景噪声。

释放SF_6气体扰动电离层时的人工气辉研究

在电离层高度释放SF_6气体能够显著扰动电离层.根据SF_6分子在电离层中的扩散方程,同时考虑其在电离层中主要的离子化学反应,研究了SF_6气体释放后电离层各粒子浓度的时空变化,计算了产生人工气辉的体发射系数和发射强度.结果表明,SF_6气体在电离层高度释放后,电子和O^+的密度均有大幅度下降,主要的负离子成分由电子转变成SF_5^-;在释放过程中,主要产生777.4 nm和135.6 nm两种气辉,且前者的气辉强度远小于后者;电离层温度对气辉的强度有很大的影响.本文的数值计算与美国IMS/SF_6实验观测数据进行比较,结果近似,且通过数据比较还能准确推断出实验时当地的电离层温度.

大气湍流对相干激光雷达CO_2探测精度影响研究

为研究大气湍流对激光回波的光强起伏、漂移、波前畸变以及偏振退化的影响,计算了大气后向散射回波在不同探测高度下的信噪比(SNR),结合Hufnagel-Valley模型分析了球面波大气闪烁调制因子,得到了近地大气光强起伏方差;利用模式匹配数值积分方法,得到了不同高度的空间光-单模光纤(SMF)的耦合效率;从光场复振幅和探测面上光斑的爱里斑模型出发,研究了空间相位起伏对外差效率的影响;最后基于20m气体池差分吸收探测CO2浓度的实验数据,分析大气湍流对外场实验影响。结果表明,大气湍流会使系统精度降低1.21倍,20 m光程下系统精度由424.83×10-6变为514.04×10-6,性能下降严重。本文所作的分析对差分吸收相干激光雷达(DIAL)外场实验有重要参考意义。

基于级联外调制器的六倍频微波信号的光学生成技术研究

提出并实验验证了一种基于级联偏振调制器(PolM)和双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM)的六倍频微波信号的光学生成方法。PolM在射频(RF)信号调制下,会产生多个光边带,通过调节偏振控制器(PC)和检偏器仅获得奇数阶边带,然后通过DPMZM,其中一子MZM调制RF信号,工作在最大传输点(MATP),另一子MZM不调制RF信号,从而抑制掉一阶边带,保留三阶边带,经光电探测器(PD)拍频获得六倍频微波信号。仿真结果表明,在不利用任何光、电滤波器的情况下,调制器消光比为理想状态(100dB)时,RF杂散抑制比(RFSSR)为34dB。即使消光比为非理想状态(30dB)时,生成微波信号的RFSSR仍可以达到21dB。理论分析和实验结果均验证了方案的可行性。

复燃对固体火箭尾焰红外辐射特性的影响

为了定量研究复燃对固体火箭尾焰红外辐射特性的影响,建立了一个可以计算固体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型:使用Fluent软件计算固体火箭尾焰复燃流场;分别使用窄带模型和米氏散射理论计算气体和Al2O3的辐射参数;使用有限体积法(FVM)求解尾焰中的辐射传输方程(RTE)。利用上述模型,分别研究了复燃对无Al2O3粒子和含有Al2O3粒子两种固体火箭尾焰红外辐射特性的影响,并分析了对二者影响差异的原因。结果表明,复燃使无粒子尾焰光谱辐射强度增幅显著,在2.5～3.0μm和4.2～4.7μm两个主要辐射波段平均辐射强度的增加比例分别达到了46.4%和58.4%;复燃使含粒子尾焰光谱辐射强度增幅较小,在2.5～3.0μm和4.2～4.7μm两个波段平均辐射强度的增加比例分别为7.7%和8.4%。初步分析认为,复燃使两种尾焰温度增幅不同导致了辐射增幅的差异。

一种改进的LDPC编码FSO-MIMO系统迭代检测解码算法

基于双伽玛(Gamma-Gamma)湍流信道,研究了低密度奇偶校验码(LDPC)的自由空间光通信多输入多输出(FSO-MIMO)系统迭代检测解码(IDD)算法。针对最优最大后验概率(MAP)算法复杂度高和BP迭代过程中比特节点后验对数似然比(LLR)震荡现象,结合概率数据辅助(PDA)算法在信号检测中的良好性能,提出了一种基于反馈均值的LDPC+PDA系统IDD码算法,采用BP解码方法,经迭代处理,求出每次内迭代中比特节点输出的后验信息均值,并将其作为解码器的输出反馈给检测器,从而提高了解码器传递给检测器的消息可靠性。仿真结果表明,当误码率(BER)为10-5左右时,在弱湍流条件下,改进的IDD算法相对传统的算法具有0.3dB的性能优势;在强湍流条件下,改进的IDD算法比传统的算法提高了0.65dB的性能增益。因而,改进的IDD算法能够进一步抑制湍流特别是强湍流的影响,提高了系统性能。

切向运动目标的热光高阶鬼成像研究

为了探讨光场的高阶关联对于切向运动目标鬼成像的影响,将热光高阶强度涨落鬼成像理论应用于切向运动目标鬼成像的研究中,并对所得结果进行了数值模拟和仿真实验,获得了相关仿真图像。结果表明,采用高阶强度涨落关联理论研究切向运动目标鬼成像,随着参考光束的阶数增加,光场的高阶关联将会极大地增加背景涨落的噪声,导致图像重建质量变差,而信号光束的阶数增加对成像质量影响较小,所以最低阶的鬼成像质量最好。

局部灰度化的空中红外目标探测方法

在红外探测系统对空中目标进行低空探测时,地面的各种景物也可能进入探测器视场内,地面景物的存在将对目标的探测产生影响。从红外成像的角度出发,主要对地面景物会降低系统探测能力的问题进行了研究,分析了这种影响形成的原因,并针对该问题,提出了通过灰度化探测器视场内特定信号区间的方法。该方法对目标和其所在背景的辐射进行估计,再根据二者辐射的范围对灰度化信号区间的长度和位置进行确定,并最终得到所需灰度化信号的范围。计算和实验结果表明,采用该方法可以充分利用探测器的分辨本领,提高在地面景物存在情况下系统的探测性能。

基于双平行马赫曾德尔调制器和受激布里渊散射效应的十倍频毫米波信号生成

提出了一种基于双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM)和受激布里渊散射(SBS)效应的10倍频mm波信号生成方案,具有覆盖频段高和频谱纯度高等优点。在本文方案中,低频率的射频(RF)信号通过DPMZM对激光器发出的光波进行调制,调节直流偏置电压,使DPMZM的主调制器和两个子调制器均工作在最小传输点(MITP),抑制光载波和偶数边带,进一步调节两个子调制器的调制深度和移相器的相移,抑制一阶和七阶边带,留下三阶和五阶边带,然后利用SBS效应进行布里渊边带滤波滤除三阶边带,仅保留五阶边带,再经光电探测器(PD)拍频即可获得10倍频mm波信号。通过仿真实验,以10GHz的RF信号为驱动信号,得到了100GHz的mm波信号,验证了方案的可行性。