基于因素分布模型的微震定位精度敏感性分析

根据微震定位方程,基于误差最小原理,构造微震定位精度敏感性评价的输入输出数学模型,选取震源点到各检波器之间距离测量误差、微震波波速标定误差和信号到时拾取误差3个影响因素作为分析因子。从信息熵的角度,分析因素分布密度函数,并通过泛函变分求得相应表达式。采用正交法设计16组方案,根据分布函数求取因素各水平值,进行全局敏感性分析。研究结果表明:3个因子取值在给定区间内均符合均匀分布;无论是对内场震源点还是外场震源点,微震波波速误差,是对定位结果影响最大的因素,各因子对定位精度影响的主次顺序为:Ve,Te,De;对于内场震源点,3个因素对定位精度均有高度显著影响。但对于外场震源点,可能由于因素之间的交互作用或者试验误差影响,仅微震波波速标定误差对定位精度有高度显著影响。相关研究可为微震监测的准确定位等提供针对性指导。     

基于时延估计的非视域隐藏目标深度定位研究

非视域成像技术是对直接视线范围内看不到的物体（如拐角处的隐藏目标）进行探测并成像的技术,基于飞行时间的成像技术主要是探测深度图,首先需要完成对隐藏目标的深度定位,再对其进行图像重建。提出使用时间延迟估计算法对隐藏目标进行深度定位,并分别进行两组实验,针对不同隐藏目标个数和隐藏目标之间的距离,在不同噪声比下（0、5 dB、10 dB和20 dB）,对隐藏目标的深度定位进行研究。实验结果表明：当隐藏目标之间的距离不断变小时,深度定位误差也在不断增大,隐藏目标之间的最小距离约100 cm（激光脉冲为1 ns）;噪声对深度定位的影响较小,去噪后的误差减少为1～2 cm,表明提出的时延估计算法具有一定的抗噪能力。     

基于小波变换的微震阈值去噪方法

矿山微震信号是微震分析以及定位的重要基础,但是微震信号常含有大量随机噪声,这些噪声会严重地影响微震信号的分析与处理.在全局阈值的基础上,对阈值函数进行了改进,提出了一种基于小波变换的迭代阈值方法.采用Symlet8作为小波基函数对微震信号进行5层分解,利用全局阈值与迭代阈值分别对微震信号进行去噪处理,对比去噪后信号的波形、差剖面、频谱、信噪比和均方差.结果表明:迭代阈值去噪后的信噪比更高,均方差更小,去噪后的信号更接近原始信号,可以将有用信号与噪声进行有效地分离.     

井中微震监测观测系统优化设计

数据采集是水力压裂微震监测技术的基础,其品质高低决定了微震监测的成败。合理设计观测系统有助于提高监测数据品质。使用模型数据和实际监测数据,分析了现有观测系统对微震事件的初至信息和极化特征两个重要参数的影响。提出对观测系统进行改进:加大检波器间距,单边布置检波器和安装临时桥塞器;以此弥补检波器有限的不足和注压流体对于微震事件信号的干扰,进而提升微震监测数据的品质,有利于提高微震震源定位精度。     

风机主轴表面开口裂纹全聚焦成像技术研究

基于全聚焦成像技术,对风机主轴表面开口裂纹进行了成像检测和量化表征.建立了含表面开口裂纹的风机主轴阵列检测仿真模型,利用仿真数据和全聚焦算法进行了成像检测;基于圆形声源固体指向性函数,提出了双向补偿与极性一致因子加权的复合全聚焦成像算法,利用仿真数据对算法进行了验证.结果表明,改进的算法能够有效消除伪像,提高成像质量.对主轴试样上的裂纹进行了成像检测与量化,裂纹的轴向定位误差小于2%,深度量化误差小于8%.     

城市浮动车数据定位误差分布规律研究

通过浮动车数据处理与分析,探讨了浮动车数据定位误差的影响因素。选择了三个主要的因素——速度、道路等级和时间段,进行了定量分析。提出了定位误差的计算方法,介绍了在复杂的城市环境下浮动车数据定位误差和影响因素之间的定量关系。结果表明,车速和道路等级对浮动车定位误差有显著的影响。提出了定位误差和速度之间的函数关系,以及定位误差在不同道路等级和不同时间段的具体分布情况。研究结果可进一步用于提高地图匹配的准确性。     

具有噪声鲁棒性的三维磁性纳米粒子成像快速重构方法

为提升磁性纳米粒子三维成像和重构速度,降低三维重构对采样投影数据完备性要求,针对含噪声投影数据三维重构优化问题,本文提出了一种具有噪声鲁棒性的三维磁性纳米粒子成像快速重构方法（noise-robust 3D sparse sampling magnetic particle imaging,3D NRSS-MPI）. 该算法通过求解一个由MPI投影成像正向模型l₂范数和稀疏正则约束建立的凸优化问题实现3D MPI图像重构. 模型不受MPI扫描轨迹限制,为不断发展的MPI新技术提供了普适性的基础模型;建立的三维全变分稀疏算子（3D total variation sparse operator, 3D TV Sparse Operator）利用MPI先验信息提升含噪MPI投影数据三维重构的鲁棒性,且可以进行无矩阵运算,大幅提升了运算效率. 通过点源和冠状血管模型成像实验表明,在1/4欠采样下,本文3D NRSS-MPI方法可以有效消除重构图像星状伪影,获取较高的图像信噪比,同时冠状动脉重建结构相似性超过0.701,可以准确地对欠采样、有噪声的MPI数据进行快速而稳健的重建,有效缩短了4倍成像和重构时间.      

电阻抗成像中高速高精度数字相敏检波器设计

电阻抗成像对测量系统的精度和速度都有较高要求,为此研制了基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的数字相敏检波器(digital phase-sensitive detector,DPSD)用于电阻抗成像的数据测量.在分析DPSD原理的基础上,推导出信噪比与采样点数和采样分辨率的关系.给出了测量系统的实现方案,提出了基于直接数字频率合成(direct digitalsynthesis,DDS)技术的模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)时钟设计方法.采用高速多通道ADC芯片,辅以低抖动ADC时钟电路,最终由FPGA实现实时DPSD算法.实验测试结果显示,测量准确度可达0.03%,系统信噪比可达85dB.琼脂模型成像实验证明其性能可以较好地满足电阻抗成像的要求.     

基于波场外推的3D VSP波动方程深度偏移成像方法研究——以胜利垦71-检41井为例

针对3DVSP成像方法中的保幅性差、对复杂构造的归位不准、分辨率低等问题,提出基于波场外推的波动方程深度偏移成像方法。该方法以三维声波方程为出发点,对有限差分法进行误差补偿,多方面确保成像的稳定性,并充分考虑到波场在地下传播过程中的绕射和折射效应,避免了Kirchhoff方法中的高频近似假设和在复杂构造区的焦散及多路径现象。实现过程是将三维VSP数据按井中检波器的位置抽成共检波点道集,对共波点道集进行三维叠前深度偏移,对偏移后的数据进行同深度叠加。该成像方法在胜利垦71井区3DVSP实际资料处理中取得了比较好的成像效果。实际处理结果证明：该方法正确、可行、实用。     

复合材料层合板损伤的椭圆环定位损伤概率成像

因复合材料结构的各向异性特性导致导波沿各个方向的传播群波速并不相同,因此传统的采用单一波速的椭圆定位成像算法,对复合材料结构损伤的定位监测具有一定的监测误差。为了提高损伤的定位精度,提出了一种改进的椭圆环定位损伤概率成像算法。该方法首先获得导波在复合材料结构中的传播波速带宽,进一步得到各监测通道的损伤散射峰值时刻,最终基于椭圆环定位损伤概率成像算法,进行损伤的定位监测。通过对复合材料层合板的冲击损伤进行定位监测,将所提成像算法的监测结果与采用不同方向群波速的椭圆定位算法的监测结果进行了对比,对所提方法的有效性进行了验证。实验结果表明：相比于采用单一波速的椭圆定位成像算法,所提成像算法的损伤定位误差小于6.5%。     

不稳定平台OTT-Parsivel雨滴谱仪测量速度订正

针对高架环境中OTT-Parsivel雨滴谱仪测量结果受环境气流影响易出现误差的问题, 开展不稳定平台的OTT-Parsivel激光雨滴谱仪探测试验, 提出在不同水平风速环境下的质量控制方法, 给出测量速度订正模型, 并对其进行仿真实验和误差分析。基于 2020年北京夏季降水过程, 利用280 m高处OTT-Parsivel激光雨滴谱仪、三维超声风温仪和动态倾角传感器的测量数据, 对多次降水个例进行分析。结果表明, 提出的模型对雨滴的垂直下落速度有良好的订正效果, 各尺度通道速度分布更趋于正态分布, 有效粒子数可提高6%。在缺少倾角测量的情形下, 利用超声风温仪风速数据估计缺失的倾角数据, 估算的倾角值与实测值的一致率可达96.43%。在水平风速超过8 m/s的大风情况下, OTT-Parsivel雨滴谱仪测量数据的可用性得到提高。     

基于稀疏脉冲采样的低复杂度血流速度估计算法

双模超声广泛用于医学临床诊断,其中B模式脉冲用于成像,多普勒脉冲则用于血流速度估计。数据采集时间在两种模式之间共享。为了提高B模式图像的更新频率,需要减少多普勒脉冲数量,即发射稀疏多普勒脉冲进行血流速度估计。然而现有的适应稀疏脉冲采样算法,如迭代自适应算法、稀疏贝叶斯法以及基于阵列虚拟拓展的子空间类方法,计算开销巨大,难以满足实时成像的要求,且在稀疏度大的情况下会产生明显的伪影。为此,文中提出了一种基于稀疏脉冲采样的低复杂度血流速度估计算法。根据超声多普勒回波信号是由血红细胞的散射产生,具有强相干、信源个数时变的特点,文中首先从子空间角度解析了伪影的成因,并验证了包含均匀脉冲的稀疏发射脉冲排布方式可以有效地抑制伪影;然后以均匀脉冲回波构建协方差矩阵,并进行空间平滑获取特征值,以较大特征值的个数和相互的比值作为标准,判断血流不同时刻的频率分布特征;最后以此频率分布特征为标准,自适应采用B-MUSIC算法或TBVAM算法进行血流速度估计,以降低算法的复杂度。Matlab仿真和人体实测数据的实验结果表明,该算法在极大地减小计算复杂度的同时,可以获得较为连续、清晰且伪影抑制效果较佳的血流速度估...     

运动目标成像特性研究

对焦平面阵列上的点源运动目标和电视扫描方式下的运动目标分别建立了目标运动成像模型，得到了传感器因素与目标成像特性之间的函数学系；提出了目标精确定位的方法．模拟实验表明，所给出的运动成像模型能够较好地刻画运动目标的成像规律，使得目标定位方法能有效地修正由于目标的运动成像畸变带来的影响，为精确跟踪算法的研究提供了理论依据．     

宽带光谱成像系统最优训练样本选择方法研究

为解决现有标准色卡或颜色样本集因数量大、存在严重颜色冗余而导致的光谱成像工作繁重的问题,提出一种基于宽带光谱成像系统光谱重建误差最小化的最优训练样本选择方法.通过现有颜色样本集中最有效样本的选择,实现宽带光谱成像系统训练样本的优化.研究通过伪逆方法进行光谱重建,以光谱均方根误差作为评价依据,从颜色样本集中逐步挑选训练样本,实现每次迭代所确定训练样本对样本集重建光谱误差的最小化.实验结果表明,在选择相同数量训练样本条件下,本研究方法所构建训练样本的光谱和色度精度明显优于现有方法.      

基于小波多分辨技术重力场相关系数成像

利用基于小波多分辨技术的重力场参数相关系数成像方法对常规重力勘探资料进行处理,求取空间各点的相关系数,表征了各点在地面产生异常的大小.将重力数据的解释从平面空间延伸到地下三维空间,用空间各点的重力场参数的相关系数值来表征地下异常的分布情况,通过对模型剖面数据处理结果的对比分析,基于小波多分辨分解的相关系数成像比未经分解的相关系数成像具有更高的横向和纵向分辨率.最后,给出了模型三维相关系数成像结果,与模型参数有非常良好的一致性.基于该方法的成像结果能更加直观和清晰地反映异常体的空间分布和延伸情况.     

基于U-net卷积神经网络的大转角ISAR成像方法

针对ISAR成像在大转角条件下产生严重的越距离单元徙动从而使得ISAR图像散焦的问题，提出一种基于U-net卷积神经网络的大转角ISAR成像方法。首先利用快速傅里叶变换对大转角条件下的回波数据进行预处理，得到散焦的ISAR复值图像作为训练样本，其次，根据ISAR成像特点对U net网络结构进行了改进，训练后得到具有良好聚焦能力的成像网络。仿真实验表明：与传统大转角ISAR成像方法相比，所提方法将ISAR图像的峰值旁瓣比降至-18 dB以下，具有更小的图像熵和最小均方误差，成像时间缩减至0.28 s左右，在低信噪比条件下仍可以实现ISAR图像的快速、准确重建。     

融合Radon变换的孔边裂纹Lamb波定位成像研究

基于不同模态Lamb波与孔边裂纹相互作用的基本原理,聚焦不同模态Lamb波波包飞行时间精确检测问题,以各向同性板中的孔边裂纹为研究对象,开展了融合Radon变换的孔边裂纹Lamb波定位成像研究。首先,使用宽频chirp信号激励稀疏传感器阵列产生Lamb波,并采集通孔散射信号作为基线信号,采集孔边裂纹散射信号作为缺陷信号。其次,对chirp响应信号进行滤波处理,优化选取窄带单音频脉冲响应信号的中心频率和调制周期数。然后,对基线单音频脉冲响应信号进行Radon变换,得到优化后的群速度和偏移时间,并计算出Lamb波波包飞行时间。最后,使用椭圆定位成像算法对孔边裂纹进行定位成像,并将成像结果与名义群速度法的结果进行对比。结果表明,使用Radon变换可以准确获取Lamb波波包飞行时间,提升了不同模态Lamb波对孔边裂纹缺陷的检测能力。     

基于Lamb波混合成像算法的薄板结构损伤定位

针对传统椭圆法和双曲线法对结构损伤定位不精确的问题,提出了一种基于Lamb波的混合成像算法。该算法将椭圆法和双曲线法相结合,在使用相同数量传感器的条件下提高对信号数据的利用率,从而提高损伤定位的精度。通过有限元仿真对该算法进行验证,即建立一个无损伤模型和多个有损伤模型,模拟压电传感器以双面同相的激励方式获得单一模态的Lamb波,从而获得损伤的反射信号。用混合成像算法和传统椭圆法对仿真模型分别进行损伤定位。成像结果对比表明,混合成像算法对损伤的定位更精确,而且在结构有多处缺陷的情况下能检测到传统椭圆法无法识别出的损伤。     

基于小波变换的双端输电线路行波故障定位

为了消除行波波速不确定性和线路弧垂对双端输电线路行波故障定位造成的误差影响,提出了一种在输电线路中间某一位置增加一个检测点的三测点定位方法;该方法首先对电流行波信号进行相模变换,得到相互独立的线模分量,其次对得到的线模分量进行小波分析,检测出行波波头到各测量点时间,最后代入相应的公式计算出故障距离; MATLAB仿真实验结果表明:该方法不受过渡电阻、行波波速、故障类型等因素的影响,测距误差较小,原理简单,具有较高的准确性和良好的适用性。     

基于传感器网络的无线层析成像方法

研究利用无线层析成像方法定位位于由传感器网络构成的区域中的目标. 由于目标的遮挡而造成的阴影衰落使某些节点之间链路的接收信号强度（RSS）剧烈变化,据此建立了RSS的变化和区域内每个像素阴影衰落的线性模型;给出了线性模型的最小均方误差解;采用数据预处理方法消除不同链路阴影衰落的不平衡. 实验结果表明,当用16个节点覆盖4.8 m×4.8 m大小的区域时,该算法对单个目标的平均定位误差仅为0.095 m.