1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
为进一步研究高斯激光束在水下通信与信息探测中的应用和在不同海水环境中传输过程的特性,以海水中最常见的陆源悬浮泥沙粒子为例,将米氏(Mie)散射理论与蒙特卡罗(Monte Carlo)方法相结合建立含有悬浮物海水中波长为520 nm的高斯激光传输模型,研究了特定直径和密度的粒子群对激光传输的影响。分析了不同探测距离下高斯激光传输模型的归一化接收功率随激光初始发散角的变化。研究结果表明:1)通过改变米氏散射模型中的悬浮泥沙粒子的直径和密度,从而改变仿真中设置的消光系数、散射系数和不对称因子,探测靶面的接收功率随散射体直径、密度和传输距离增加呈指数级减小;2)在一定范围内,初始发散角的变化不会影响接收面的接收功率,并且这种范围随着散射系数以及传输距离的增大而减小。所提的研究方法为进一步实际分析含复杂颗粒群(悬浮气泡、浮游藻类、悬浮泥沙)海水中高斯激光传输特性变化奠定理论基础,可为相关的工程估算提供参考。
米氏散射 蒙特卡罗法 高斯激光水下传输 不对称因子 激光与光电子学进展
2024, 61(9): 0901001
1 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
2 长光卫星技术股份有限公司, 吉林 长春 130000
本文针对空间目标受到的太阳辐射、地球辐射、地球反照辐射,采用蒙特卡洛(Monte Carlo)法,基于非结构四面体网格编写了仿真程序,并对计算结果进行了对比验证。进一步地,对太阳同步轨道卫星受到的轨道外热流,采用带帆板的网格对有无遮挡情况下各表面受到的轨道外热流进行了分析。结果显示,在对地模式下考虑遮挡后,−Y表面平均热流值降低了53.79 W/m2,+Y−Z侧帆板表面平均热流值降低了32.05 W/m2。结合表面材料属性,分析了各表面的温度特性,并结合帆板温度的在轨遥测数据,验证了计算的准确性。最后,计算了两种模式下各方向的红外辐射强度。结果表明,不同观测模式下各表面受热流的影响不同,对地模式下各表面温度随时间变化较大,而对日模式下各表面热流较为稳定。两种模式下,太阳能帆板的温度较高,辐射强度较大,具有明显的红外特征,便于开展红外观测。
轨道外热流 空间目标探测 红外辐射 蒙特卡洛方法 orbit external heat flow space target detection infrared radiation Monte Carlo method
大连理工大学机械工程学院,辽宁 大连 116086
为了研究浑浊水体对成像质量的影响,利用单次Mie散射理论和蒙特卡罗法,在融合几何光学成像的基础上提出一种理论分析方法。该方法分析不同波长的点光源在不同粒径不同浓度的浑浊水体环境传输时的成像特征。结果表明:波长分别为456 nm、524 nm、620 nm的点光源经相同的水体环境和无散射环境进行偏振成像传输时,波长为456 nm的点光源的成像效果最好;波长为456 nm的点光源经过散射粒径大小分别为1 μm和2 μm的浑浊水体时,线偏振光的成像效果优于圆偏振光,圆偏振光优于自然光;当穿过散射粒径为3 μm、4 μm、5 μm的浑浊水体时,自然光成像效果最好,线偏振光成像效果最差。从理论上分析了不同波段的点光源经过不同水体进行偏振成像传输的成像效果,为水下偏振成像技术提供了新的思路和方法。
偏振传输 可见光波段 蒙特卡罗法 水下成像 偏振保持性 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411013
1 海军工程大学 兵器工程学院,湖北 武汉 430000
2 中国人民解放军 92038部队,山东 青岛 266000
针对无人机载光电吊舱总体设计过程中高效便捷地分配各测量模块的误差,以便确定最优器材选型方案的需求,提出了一种基于单纯形策略的改进麻雀算法,从多目标优化角度对小微型无人机载光电吊舱观瞄角误差分配问题进行研究。首先根据小微型无人机载光电吊舱的特点建立坐标系,利用空间齐次坐标变换法推导目标定位及观瞄角测量模型;然后分析误差主要来源,建立观瞄角误差模型,基于蒙特卡洛模拟法进行误差分析;最后以观瞄角误差模型为基础,采用平均分配法、加权分配法以及改进麻雀算法进行误差分配,并对分配结果进行对比分析。仿真实验结果表明,载机偏航角误差和振动偏航角误差对观瞄角总误差影响最大,误差传递效率近似为100%,载机横滚角误差和振动横滚角误差对观瞄角总误差影响最小,误差传递效率仅约34%;改进麻雀算法的误差分配余量能够达到 $ 1{0}^{-8} $量级,与传统误差分配方法相比显著提高了分配效率,验证了基于单纯形策略的改进麻雀算法解决小微型无人机载光电吊舱观瞄角误差分配问题的有效性。
机载光电吊舱 观瞄角 误差分配 蒙特卡洛 麻雀算法 airborne electro-optical pod viewing angle error distribution Monte Carlo method sparrow algorithm 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230238
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(6): 060701
强激光与粒子束
2023, 35(12): 126001
光子学报
2023, 52(11): 1111005
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室ICT研究中心,重庆 400044
2 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心,重庆 400044
电子直线加速器焦点尺寸是影响高能工业CT空间分辨率等关键技术指标的主要因素之一。IEC 62976-2021和GB/T 20129-2015的“三明治”法(或称叠片法)是现行的无损检测用电子直线加速器焦点测试标准。但在实际操作中,该方法不仅过程繁琐,且在胶片曝光、冲洗、条纹计数等过程中人为因素影响大。此外,理论仿真发现“三明治”测试模块的金属片及塑胶片厚度对测量结果影响的误差超过±12.5%。针对该方法的不足,研究并设计了一套焦点测量方法和装置——狭缝平移扫描法及装置,并进行焦点扫描测试和CT空间分辨率验证等实验。结果表明,所提方法相对于“三明治”法,测量结果客观、准确、重复性好,这对于电子直线加速器的焦点尺寸精确测量和高能工业CT系统性能评估和优化设计具有重要意义。
X射线光学 高能工业CT 电子直线加速器 焦点尺寸 蒙特卡罗方法 光学学报
2023, 43(23): 2334001
1 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
2 上海科技大学信息科学与技术学院,上海 201210
3 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室,上海 200083
为得到空间目标高质量仿真图像,正确仿真目标包覆温控材料形成的褶皱表面十分重要。采用反向光线跟踪方法建立辐射传输模型,针对常用温控材料聚酰亚胺的褶皱表面引发的二次反射和材料的菲涅耳反射现象,采用余弦权重重要性采样对二次反射计算时的光线区间进行优化,改进了可描述菲涅耳反射现象的双向反射分布函数(BRDF)模型。利用3D建模软件生成并量化褶皱平面,在严重褶皱上重要性采样的均方根误差比均匀采样减小了63.42%,通过与实测BRDF值对比,改进BRDF模型能更好地描述菲涅耳反射,从褶皱平面仿真图像中可看到离散的强镜反亮斑。仿真的卫星图像褶皱表面细节纹理展示良好,阴影效果逼真,可为空间目标视觉导航算法研究提供图像数据。
成像系统 光线跟踪 聚酰亚胺 褶皱 蒙特卡罗方法 双向反射分布函数 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2428004
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 中国科学院原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学, 北京 100049
从量子力学原理出发, 结合光钟的锁定算法, 分析了光钟输出频率噪声的产生机制; 并以钙离子光钟为例, 用蒙特卡洛方法在计算机上模拟了光钟运行, 获得光钟的稳定度, 且在同样参数下, 与实验测得的稳定度进行了比较, 结果表明两者具有较好的一致性。同时, 通过修改光钟运行中的参数, 研究了反馈周期内每个频率点探测离子次数N、增益系数g及激光的线性漂移对光钟稳定度的影响。结果表明光钟的秒稳对每个反馈周期内探测离子的次数N不敏感; 且在g> 0.45时, 稳定度开始变差; 此外, 相对于钟激光的线性漂移, 量子投影噪声对稳定度起主导作用。本研究提出的模拟光钟运行的方法能方便地应用到其他离子与原子光钟上, 可对不同实验参数下光钟的稳定度进行评估。
量子光学 稳定度 蒙特卡洛方法 光频比对 quantum optics stability Monte-Carlo method optical frequency comparison