针对无人机数据链具有多业务融合、结构复杂、动态重构等特征, 而传统可靠性建模方法无法准确表征其同步、并发、分布、冲突、资源共享或竞争等现象的问题, 开展了基于GSPN构建数据链业务动态可靠性建模方法研究。通过GSPN模型中的资源、库所、变迁等概念描述数据链系统中的各种资源、状态、行为以及协作关系, 并以特定的随机变量表示部件状态及其持续时间, 模拟系统动态运行过程。采用PIPE软件工具对无人机数据链上行遥控、下行遥测以及下行任务载荷传输的3大业务形式化建模描述, 实现可靠性准确评价。案例表明, 所提方法可为无人机数据链提供可信的可靠性评价方法。
数据链 无人机 可靠性 仿真模型 资源竞争 data link UAV reliability GSPN GSPN simulation model resource competition
西安科技大学安全科学与工程学院，陕西 西安 710054
铁路已成为我国交通运输的大动脉，地理条件的多样性使得铁路隧道分布较多。针对铁路隧道的结构安全监测方式诸多，然而传统的监测方式均存在一定的局限性。基于当前研究热点——光学传感，将精度优良、经济可行性较高的光学视频位移计和光纤布拉格光栅传感技术有机结合，应用于运营期铁路隧道的安全监测。通过分析静态、通车等情况下的监测数据，结合仿真模型，初步探讨光学传感应用于运营期铁路隧道监测的可行性，旨在为相关工程技术研究提供参考和借鉴。
光学传感 光学视频位移 光纤光栅传感 隧道监测 仿真模型 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2312006
1 华北电力大学 电子与通信工程系
2 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室
3 华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室,河北 保定 071003
形状传感技术是近年来传感领域备受关注的新研究方向，具有广阔的应用前景。文章提出了一种基于应变模态振型和误差补偿的形状重构方法，通过测量物体部分位置点的应变数据，采用模态理论实现应变-位移转换，进而重构物体形状。以长宽高分别为1 000，1 000和0.5 mm的钛合金板作为研究对象，通过ANSYS workbench18有限元仿真软件获取位移模态振型及应变模态振型，依据有限元仿真中位置点模态的相似性，采用K-means++聚类算法对应变测量点位置进行优化，在合金板上表面施加400 N的力使其产生形变。该算法的形状重构误差小于常规的均匀分布算法。采用径向基函数神经网络对误差和重构位移数据集进行了训练，依据拟合重构误差和重构位移的关系，补偿误差后重构误差不大于3.5%。
形状重构 模态法 布局优化 误差补偿 仿真模型 shape reconstruction modal method optimal placement error compensation simulation mode
强激光与粒子束
2023, 35(9): 091002
1 先进输电技术国家重点实验室, 北京 102209
2 全球能源互联网研究院有限公司, 北京 102209
SiC因其优越的电学特性，已发展成为高压功率器件领域的翘楚。然而，SiC与SiO2界面存在高密度界面态，使得SiC MOSFET沟道迁移率远低于SiC材料本身的体迁移率，大大约束了SiC材料本身电学性能的发挥。为改善反型层沟道迁移率，不同功率器件厂商采用了不同的栅极氧化工艺，所实现的栅极氧化层界面态密度各有不同，现有的功率器件仿真软件提供的多种界面态能级分布模型都需要芯片厂商实际的流片数据作为支撑，这对功率器件上游设计人员产生了阻碍。基于此，文章通过流片测试数据，结合TCAD仿真软件给出了一种用于SiC MOSFET器件仿真的界面态能级分布模型。利用给出的界面态能级分布模型，与实际产品对比，仿真得出的I-V曲线与测试曲线基本重合。
界面态 仿真模型 反型层迁移率 界面陷阱 SiC MOSFET SiC MOSFET interface state simulation model inversion layer mobility interface trap
1 国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 国防科技大学，安徽 合肥 230037
气溶胶沉降扩散主要研究气溶胶粒子在大气中的运动状态、浓度迁移、表面沉积过程。表征物理量主要包括气溶胶粒子沉降通量、沉降速度、浓度分布、扩散速度等。开展相关研究可以为气溶胶生成方式优化、消光效果评估与预测等提供科学依据。文中概括了三种气溶胶生成方式，分析了气溶胶粒子在大气中沉降扩散过程机理，阐述了气溶胶沉降与扩散特性参量计算、仿真模拟和试验测定方法。结合目前气溶胶沉降扩散研究面临的挑战，对气溶胶沉降扩散理论分析、数值模拟、试验研究与综合运用进行了展望。
气溶胶 沉降 扩散 仿真模型 计算方法 aerosol deposition diffusion simulation model calculation method 红外与激光工程
2022, 51(7): 20220313
利用Silvaco TCAD软件对石墨烯作为新一代二维半导体材料具有的光学电学特性进行仿真建模, 计算得到了不同掺杂类型石墨烯的转移特性曲线。进而对基于顶栅调控的石墨烯-硅光电导型光电探测器进行了建模与仿真, 发现顶栅电压可以通过调控石墨烯载流子类型及浓度来改变石墨烯与硅异质结的内建电势, 实现提高增益的目的。基于此制备了栅控石墨烯-硅光电探测器并测得与仿真结果一致的规律, 实验中该器件在1550nm波段展现出良好的光电性能。研究结果对红外光电探测器的性能优化具有指导意义。
石墨烯 硅 光电探测器 仿真模型 顶栅调控 增益 graphene silicon photodetector simulation model top-gate control gain
星载微脉冲光子计数激光雷达能够实现对地面目标的高重频、多波束探测，有效提高了激光雷达在轨测量的采样密度和覆盖宽度，满足全球高效高精度测绘的需求。依据微脉冲光子计数激光雷达的工作原理，建立了基于多像元光电倍增管（PMT）的星载微脉冲光子计数激光雷达的探测仿真分析模型，并对典型探测过程进行了仿真分析。结果表明，多像元PMT像元数的增加能够明显降低激光雷达的首光子效应，提高测距精度；激光雷达的测距标准差随地形坡度增大而明显增大；对于复杂地形，增加像元数和回波光子数，光子计数点云能够更准确描述地形轮廓的分布特征。同时，机载飞行试验验证了在复杂地形条件下，多像元PMT能够显著增加有效回波光子计数点，准确有效地反映了被测地形的轮廓特征，实现复杂地形下的高精度光子计数测距，验证了仿真分析结果的正确性。
激光雷达 光子计数 多像元光电倍增管 仿真模型 lidar photon counting multi-pixel photomultiplier tube simulation model 红外与激光工程
2021, 50(11): 20200502
1 中国民航大学航空工程学院，天津 300300
2 中国民航大学工程技术训练中心，天津 300300
3 贡比涅技术大学，贡比涅60200，法国
针对红外热成像无损检测系统存在温度误差较大和精度较差等问题，提出一种基于无损检测仿真模型的检测方法。选取相同实验环境下激励点处和缺陷中心处等多个表面温度值作为参考量，用来对仿真模型进行修改和校正。首先改变激光激励时间来分析激励点两侧区域的温度变化趋势，揭示缺陷对试件温度场的影响规律；然后对比激励点两侧区域的温度值，分析缺陷的温阻效应；最后采用数据拟合的方法得到激励时间与测温点最大温差值的拟合曲线及函数关系，定量分析激励时间与测温点最大温差值的数量关系。结果表明，基于无损检测仿真模型的检测方法对零件缺陷的检测效果显著，可以解决测温误差较大和精度较差的问题，对零件缺陷具有良好的检测能力。
激光光学 红外热成像 激光 无损检测 仿真模型 激励时间 温阻效应 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2314010
1 航空工业沈阳飞机设计研究所, 沈阳
2 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津
运用理论分析和数值模拟方法, 建立了光学系统结构件的受辐照加热模型, 以及结构件和光学元件的红外辐射在焦平面上形成的照度分布模型。并据此编制了仿真计算软件。通过该软件计算结果分析了激光照射在红外光学系统上所造成的温升分布情况, 以及由此产生的光学元件和结构件的二次辐射效应。对一种典型结构的光学系统温升效果进行了仿真计算, 并探讨了二次辐射对探测器工作的影响。发现即使入射激光波长与红外探测系统的工作波段不匹配, 仍然可能通过二次辐射对探测器的影响, 明显降低该系统的探测效能。
红外探测系统 二次辐射 温度分布 仿真模型 infrared detection system second radiation distribution of temperature simulation model
