空间碎片清除的地基激光传输过程建模及计算

低轨道区域内的空间碎片对人类航天活动的影响越来越大,采用高能地基激光清除空间碎片被认为是一种有效的方法.通过对激光大气传输能量衰减和光束偏转进行分析,建立激光大气传输模型,对远场激光功率密度、远场光斑直径和激光偏转角等参数进行数值计算.计算结果可为空间碎片上的辐照能量,以及跟瞄系统预置的偏转角度提供依据.     

大气激光通信链路功率分析研究

在现代激光通信传输中,大气对光传输过程中的衰减和起伏影响,已严重影响了激光通信的发展。为提高通信距离、速率和通信质量,抑制大气对激光通信的不利影响是十分重要的。本文针对野战激光通信环境,对激光在大气中的传输模型进行通信链路功率计算,对大气对光功率的衰减和损耗进行了分析,为实际大气激光通信的应用提供一定的理论依据。     

激光在大气中传输特性的仿真研究

大气对激光传输产生光强闪烁、光束漂移及光斑扩展等影响,严重限制了激光通信、激光测距等系统的工作性能。因此全面开展大气信道中激光传输特性研究是十分重要和必要的。主要研究建立了大气吸收、大气散射衰减效应理论模型及光强起伏、光束漂移和光斑扩展等大气湍流效应影响模型。在分析各模型的基础上,重点进行大气吸收、散射理论模型的仿真和大气湍流对激光传输特性影响模型的仿真。仿真结果表明:大气的吸收和散射将对功率产生衰减;大气抖动引起的激光散斑效应、光束偏折和扩展效应将影响跟踪精度和视轴对准精度;大气湍流引起的光功率波动效应将影响通信的速率和误码率。     

序列脉冲激光由地面斜入射空中的热晕效应研究

当强激光在地面以不同天顶角向空中传输时,大气的吸收系数不是常数,利用大气中吸收系数随高度变化的函数,通过内插法得到了中纬度夏季时一定海拔高度下大气的吸收系数,建立了序列脉冲激光在地对空传输的热晕模型.分析了强激光以不同天顶角入射对热晕效应的影响.数值结果表明:当高斯激光束传输同样距离,其他条件不变时,天顶角减小,重心沿逆风偏移程度减弱,峰值光强和桶中功率增大,光束聚焦能力增强,热晕效应减弱;当激光沿海平面水平传输时,热晕效应最强烈.     

降雨衰减对激光引信精确定距的影响

针对脉冲激光引信系统在降雨等复杂环境下定距性能下降的问题,根据激光在离散随机介质中的传输和散射理论,计算了降雨中的散射和衰减系数.建立激光脉冲在降雨中的蒙特卡罗法传输模型,并模拟降雨衰减对激光引信精确定距的影响.模拟结果表明,雨滴的散射和衰减作用,会使激光脉冲在传输过程中产生一定的衰减和延时.传输距离为500m时能量已衰减44％.降雨衰减系数越大,激光信号衰减及波形畸变越严重.脉冲宽度窄的发射信号,传输延时小,但能量衰减比较大.随着脉冲宽度的增加,传输延时增大,但能量衰减相对减小.     

大气湍流下自由光通信信道模型的数值仿真

由于大气湍流作用,使得自由空间光通信(free-space optical communication,FSO)系统同时受到平均光信号功率损失和随机功率衰落的影响,极大地影响了系统的通信质量。文中基于随机相位屏模型,数值仿真了光束在大气湍流中传输,分析和比较不同条件下大气湍流效应对激光传输质量的影响。在此基础上,给出了一种基于大气湍流效应的自由空间光通信信道模型,通过大量数值计算方法,得到FSO湍流信道传输函数的概率密度函数曲线,计算出在大气湍流影响下系统的误码率性能。     

基于临近空间探测的TBM红外辐射特性研究

为了解决中段反导作战对TBM的远距离探测识别问题,提出了基于临近空间平台协同雷达对目标进行远距离探测的作战思想.对临近空间大气的特点以及临近空间大气对红外辐射传输的衰减作用进行了定性分析,在综合考虑临近空间平台部署高度,地球曲率以及大气红外辐射传输特性的基础上,构建了临近空间大气透过率计算模型,在此基础上,建立了基于临近空间探测的TBM红外辐射特性模型,最后,利用MATLAB对所建立的大气透过率模型及红外辐射特性模型进行了计算仿真.仿真结果验证了临近空间大气透过率计算模型的有效性,同时表明:基于特定高度的临近空间平台对TBM具有很强的远程红外探测能力.     

能见度对激光周界警戒系统影响

以高斯光束为例,推导了激光对射周界警戒系统接收平面光强分布和探测器接收功率的表达式,数值模拟了不同情况下探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度的变化曲线。结果表明：大气能见度小于1km时,探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度增大迅速增加且受波长影响不明显;大气能见度继续增大为20km的过程中,探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度增大而增加的速度减慢,且激光波长越小探测器接收功率和系统布防距离越小;之后,探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度增大基本保持不变。对于某一大气能见度,减小激光束发散角和增大探测器入瞳直径,可有效增大探测器接收功率和系统布防距离。     

强激光大气传输中热晕的仿真研究

采用数值仿真方法,研究了强激光在大气传输中的稳态热晕现象。具体研究了在吸收介质中,横向风以及激光的传输距离对热晕的影响。计算发现,横向风对热晕有抑制作用,风速越大,热晕效应越小,传输距离的增大会使热晕现象增强,传输效率降低。     

能见度对激光周界警戒系统影响的数值研究

以高斯光束为例,推导了激光对射周界警戒系统接收平面光强分布和探测器接收功率的表达式,数值模拟了不同情况下探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度的变化曲线。结果表明,大气能见度小于1 km时,探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度增大迅速增加且受波长影响不明显;大气能见度继续增大为20 km的过程中,探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度增大而增加的速度减慢,且激光波长越小探测器接收功率和系统布防距离越小;之后,探测器接收功率和系统布防距离随大气能见度增大基本保持不变。对于某一大气能见度,减小激光束发散角和增大探测器入瞳直径,可有效增大探测器接收功率和系统布防距离。     

长脉冲激光与硅材料相互作用的温度场

采用Matlab软件数值模拟了长脉冲高斯激光辐照硅材料的径向与全场温度场分布,分析了激光能量与辐照时间对硅材料温升的影响。模拟结果表明:靶材温升区域主要集中在激光半径的辐照区域,并且温升区域随激光能量和辐照时间的增大而扩大,随着径向与轴向方向的延伸,温升逐渐减小。     

连续激光辐照半导体材料的温度场

根据连续激光加热靶材的实际情况,建立了连续激光辐照半导体材料的一维物理模型。采用数值计算方法——有限差分隐格式法,利用matlab软件数值模拟了连续激光辐照半导体材料的温升过程,分析了激光参数和辐照时间对半导体材料温升的影响。结果表明：靶材温升区域主要集中在激光辐照区,靶材的温升随着激光功率密度和辐照时间的增加而升高．     

电磁脉冲弹辐射功率空间分布仿真

针对电磁脉冲弹辐射作战过程,分析了影响微波辐射功率空间分布的主要因素,建立了电磁脉冲弹空间分布模型,并推导出电磁脉冲弹在目标平面功率密度分布计算公式.考虑高功率微波在大气传输中的衰减,对目标处的微波辐射功率密度进行了仿真. 结果表明,对于弹目不同交会态势,存在最优的弹道偏航角、弹体俯仰角和弹体高度使得辐射效能最大. 研究结果可为高功率微波电磁毁伤作战效能评估提供理论依据.      

倾斜非线性介质热像效应的实验研究

高功率激光系统中,热像的强度可以达到光学元件的损伤阀值,从而威胁系统的安全运行.以往对热像效应的研究主要针对光束正入射非线性介质的情况,而实际片状放大器中的介质片往往倾斜放置.实验研究了倾斜非线性介质的热像效应,结果表明,非线性介质倾斜引起热像的平移,且随介质倾斜角度的增加,热像位置平移的距离增加,其增加量与理论分析光束通过介质后的平移量符合较好,而热像的强度变化很小.所得结果对适当排布高功率激光系统中的元件以避免热像带来的损伤具有重要意义.     

分簇传感器网络数据传输容错策略的研究

无线传感器网络的许多应用场合需要数据传输的可靠性,因此无线传感器网络数据传输的容错性一直是相关领域的研究重点.传统的1+1数据保护模式会给网络增加较大的负载,并不适合于资源受限的无线传感器网络.利用网络编码实现传感器网络链路容错策略,在保证数据传输容错性的同时还可以降低网络中传输的数据包数量,从而可以节省节点的耗能,延...     

分布式机电仪器网络微损坏移动节点检测研究

分布式机电仪器网络中容易发生移动节点微损坏现象,影响移动节点间的正常通信。传统的检测方法忽略了移动节点能量参数对检测结果的影响,使部分正常节点被错误滤除,降低检测精度。提出一种新的基于节点剩余能量等级的分布式机电仪器网络微损坏移动节点检测方法。建立分布式机电仪器网络模型,在此基础上构建移动节点能耗模型,计算分布式机电仪器网络安全阈值。同时计算剩余能量级别,获取分布式机电仪器网络微损坏移动节点标准值。当移动节点间出现报警信息时,基站会计算参与报警的移动节点标准值。将获取的数据和移动节点能级的临界值相比,判断出微损坏节点,完成网络微损坏移动节点的检测。实验结果表明,所提方法检测精度高。     

基于非球面分光镜的高能激光功率和能量测试研究

高能激光在科研、军事和工业等领域的应用日益广泛,其功率和能量的准确测定是激光器性能评价和激光武器系统作战效能评估的重要依据。考虑到高能激光的物理特性和非球面元件的光学性质,提出了一种基于非球面分光反射镜的高能激光功率和能量测试方案。针对分光镜的面形参数及激光功率计的响应波段、测量范围、损伤阈值、有效探测孔径等特征参数,对激光束经过分光反射镜后到达两个激光功率计探测面的光束功率密度进行了数值仿真,将仿真结果与采集到的光斑进行了对比分析。同时,从能量角度对分光镜的分光效果进行了实际测试,分光镜的平均分光比达到98.75%,进而验证了方案的合理性。     

轨道对称性在分子高次谐波取向依赖中的作用

分子高次谐波的研究结果表明,由于分子的各向异性,分子表现出的谐波特征决定于分子的最高占据轨道,分子产生高次谐波的特征可以通过分子轴取向和激光极化方向的角度依赖关系来进行研究。分子轨道对称性在分子的强场现象中具有很重要的作用,谐波的强度由分子最高占据轨道对称性影响下的电离几率振幅而决定,这一结果将来可以更好的控制高次谐波的产生。     

基于多端柔性直流条件下环塔新能源送出可行性分析

针对新疆环塔里木盆地的风能、光伏新能源送出现状,提出采用多端柔性直流输电方式进行新能源外送。从电压等级的选择、柔性直流与高压交流、传统直流输电方式对比,分析环塔地区新能源外送采用柔性直流输电方式的可行性。针对环塔新能源柔性直流送出,设计送端、受端各换流站的控制方式和对环塔交流电网等值建模。最后通过PSCAD/EMTDC搭建送端风电场、光伏电站和受端环塔750kV交流电网仿真模型,并将其组成三端柔性直流系统实现环塔盆地新能源的消纳,通过仿真分析动态特性,验证可行性。     

环氧树脂上激光诱导局部化学沉铜

用激光诱导化学沉积方法在非导体环氧树脂基体上实现微区局部、快速化学沉铜，并用卢瑟福背散射和扫描电镜方法对镀层的形貌、性质进行了观测和分析。激光的输出功率密度及照射时间决定了镀斑的面积和厚度。所得镀层比传统方法所得的化学镀层更致密。同时，由于激光照射引起的短时局部高温，使界面的金属原子向光照区基体内部扩散，得到的铜镀层与基体有较好的结合力。