基于改进LMD的大坝变形特征提取分析

局域均值分解(LMD)方法采用滑动平均法不断平滑由极值点构成的局部均值线段和局部幅值线段,从而获得连续光滑的局部均值函数和包络估计函数。其中平滑步长具有主观性,而且会影响运算时间及计算效率。进而,采用一种新的LMD方法,确定并采用所有相邻极值点之间距离大小的平均值的1/3作为滑动平均步长,建立改进-LMD分解方法。最后,将多项式插值-LMD、3次样条插值-LMD(CBI-LMD)、分段3次插值-LMD(CHI-LMD)以及传统-LMD多种插值函数分解方法进行对比分析,通过仿真信号与丰满大坝变形数据实验结果分析表明,改进-LMD分解方法的正交指数较小,且完备性较好,能有效提取大坝变形信号特征。     

提高波前探测精度的双立方插值方法

哈特曼-夏克波前传感器通常采用CCD相机作为探测器件,CCD像元之间的离散性,导致连续灰度图像被抽样成离散图像.文章提出用多项式插值对光斑图进行插值处理来降低图像灰度的离散度,可以平滑光斑图噪声,提高光斑阵列的探测精度,从而提高波前探测精度.仿真和实验结果证明,双立方插值方法很大程度上提高了波前探测的精度,选取合适的插值密度可以减小计算机处理时间.光斑图插值处理的研究为在实验中提高波前探测精度提供了有益的参考。     

京津冀气溶胶数据普通克里金插值研究

目的针对地面及卫星监测的气溶胶数据覆盖度不高的问题,笔者选取普通克里金插值方法对京津冀地区大气气溶胶(AOD)数据进行预测,对比普通克里金插值方法选用不同半变异函数时对AOD数据插值结果精度评价.方法选取京津冀地区AOD试验数据,分别采用球状模型、指数模型、高斯模型对AOD数据进行普通克里金插值对比试验,并利用Python程序计算插值结果的平滑效应.结果通过试验对比分析可知,AOD预测精度由高到低依次为普通克里金插值采用指数模型、球状模型、高斯模型方法.结论采用指数模型的普通克里金插值对京津冀地区AOD数据的插值结果精度最高,该方法可以为AOD数据缺失的区域提供精度较高的参考数据,同时为环境治理、气象预测、医学研究等提供数据依据.     

输入非线性系统的多步长搜索梯度迭代算法

采用多步长搜索梯度迭代算法对输入非线性系统参数进行辨识.相对于传统梯度迭代算法,该方法无须计算矩阵特征值以确定步长取值范围,而是借助粒子群算法思想,在每次迭代过程中随机产生多个步长,通过比较每个步长对应的代价函数大小,找出所有步长中的最优值.运用该方法对具有丢失数据的非线性系统进行辨识,仿真结果表明,与传统梯度迭代算法相比,该算法的辨识精度较高、收敛速度较快.     

基于ST-CMA盲均衡算法的直达波提取方法

针对检测系统中直达波信号被多径杂波所淹没的问题,提出了基于变步长的空时二维恒模盲均衡算法的直达波提取方法.该算法不受多径信号时延的限制,因此更具有效性和鲁棒性.在此基础之上采用变步长训练算法,在迭代过程中不断调节步长,使得算法的收敛速度得以提高.对存在不同的多径杂波情况进行了仿真分析,结果表明,新算法可以克服常规算法的...     

一种改进的变步长前后向追踪重建算法

压缩感知中前后向追踪（forward-backward pursuit,FBP）算法能有效缩短重建时间,但一旦迭代过程中前向、后向步长确定,将导致计算时间增长,影响重构效率,因此,提出一种改进的FBP算法,称为变步长前后向追踪算法（variable step size forward-backward pursuit,VSSFBP）.该算法引入判决阈值和等比因子,考虑到估计的稀疏度远小于真实稀疏度,选择较大迭代步长,减少迭代次数,缩短运行时间;同时考虑到当估计的稀疏度达到一定值时,减小迭代步长,减慢逼近的速度,提高信号重构精度.仿真结果表明：VSSFBP算法在保证重构效果的同时,明显缩短了重构时间.当图像压缩比为0.45时,信噪比提高了1 dB,峰值信噪比提高了0.8 dB,重构时间降低为原来FBP算法的42.04%.与同类算法相比,在保持较高的峰值信噪比和信噪比的条件下, VSSFBP算法消耗的时间大大缩短,重构速度更快,重构信号更精确.     

自然梯度盲源分离加速收敛的衡量依据

所有信号均有既定的峭度累积量,无论是固定步长自然梯度盲源分离或变步长自然梯度盲源分离,从分离信号峭度累积量变化的角度看,观察分离信号峭度累积量随步长迭代(固定步长迭代,或变步长迭代)过程的前后之差值e(k)变化,可衡量自然梯度盲源分离稳定加速收敛的观察指标就存在于e(k)曲线的变化特征中.仿真实验结果表明:e(k)曲线...     

基于地形的大气水汽插值方法比较

对于分辨率差别较大的MERIS水汽产品与ASAR数据,直接利用ONN地形模型进行大气空间插值对局部地形变化较大的区域插值精度不高。针对这一问题,在基于ONN地形水汽空间插值的基础上,提出应用普通Kriging和von Karman Kriging 2种插值模型对局部大气进行空间插值。为修正Kriging模型引起的局部过度平滑问题,运用这2种Kriging模型的基础上,提出运用Yamamoto修正的Kriging法对区域大气残差进行空间插值。将全局ONN插值结果与局部大气残差估计值相加,得到区域的大气分布状况。对3种不同的插值方法进行交叉验证比较发现:利用ONN地形模型+基于残差的von Karman Kriging方法空间组合插值方法精度,无论是均方根误差ERMSE、平均绝对误差EMAE、平均相对误差EMRE还是平均相位标准偏差都远低于ONN地形模型+基于残差OK的空间组合插值和简单的ONN地形模型的插值误差,而且ONN地形模型和基于残差的von Karman Kriging的空间组合插值方法能进一步克服ONN+基于残差OK模型的区域平滑问题,更符合大气的空间分布特征。     

井间层析成像的平滑SIRT算法

井间层析成像是一个非线性反演问题 ,为了保证反演过程的稳定性 ,并提高迭代的收敛速度 ,对常规的SIRT算法进行了改进 ,即引入了平滑算子对梯度场进行动态平滑 ,并且通过线性搜索确定速度更新的步长。将这种改进的算法称为平滑SIRT算法。模型试算的结果证明 ,该方法提高了迭代的收敛速度 ,而且反演结果不受初始模型的影响 ,使反演过程的稳定性大大提高     

井间层析成像的平滑SIRT算法

井间层析成像是一个非线性反演问题,为了保证反演过程的稳定性,并提高迭代的收敛速度,对常规的SIRT算法进行了改进,即引入了平滑算子对梯度场进行动态平滑,并且通过线性搜索确定速度更新的步长。将这种改进的算法称为平滑SIRT算法。模型试算的结果证明,该方法提高了迭代的收敛速度,而且反演结果不受初始模型的影响,使反演过程的稳定性大大提高。     

基于激光雷达的无人机违规航行轨迹数据自动捕获方法

为了解决传统方法对无人机违规航行轨迹数据捕获的精度和实时性低的问题,通过激光雷达研究了一种新的无人机违规航行轨迹数据自动捕获方法。建立激光雷达信号和目标场景作用过程模型,将每束激光在目标场景表面的映射部分当成激光脚印,完成对激光束相应激光脚印的响应函数和激光雷达发射信号的时间分布函数的卷积计算,获取激光脚印相应目标区域和激光雷达信号作用后反馈的回波信号。依据反馈的回波信号建立单次成像回波峰值点轨迹分布模型,获取无人机航行轨迹数据。针对无人机实际航行轨迹和预定义航行轨迹,采用优化的修正豪斯多夫距离公式(MHD)进行轨迹数据匹配程度衡量,按照经验设定阈值,若匹配度超过阈值,则认为实际轨迹与预设定无人机航行轨迹不匹配,将相应实际轨迹当成无人机违规航行轨迹,对违规航行轨迹数据进行捕获。结果表明:所提方法可及时检测处无人机违规航迹,报警时间比其他方法时效性高;所提方法捕获的无人机违规航行轨迹数据与真实数据偏差小。可见所提方法实时性与精度均较高。     

粒子退偏比测量拉曼-米偏振激光雷达系统设计与仿真

针对米-偏振激光雷达回波信号受大气分子信号影响而只能测得体退偏比的问题,设计了一种可以测量粒子退偏比的纯转动拉曼-米偏振激光雷达。仿真了其回波信号与信噪比,结果表明系统夜晚最大探测距离可达12 km,验证了系统的可行性。利用拉曼信号校正米-偏振信号得到气溶胶和云的粒子退偏比,通过对比不同天气状况下的退偏比廓线,得出该系统更适用于高空卷云和浓度较小但退偏比较大的气溶胶粒子的退偏比测量。      

激光雷达回波信号及处理方法分析

本论文针对大气探测激光雷达的数字信号处理,进行了研究。通过分析大气探测激光雷达回波信号,回波信号中的噪声主要包括背景噪声、电噪声以及大气扰动噪声等,并对部分噪声的抑制提出了降噪方案。通过距离校正,得到探测距离。使用MTI法去除物理杂波噪声。设计滤波器,选取合适的截止频率,消除由接收系统各环节电子器件引起的高频电噪声。     

基于小波分析提高风速测量精度的研究

非相干多普勒激光雷达能够通过大气后向散射信号反演径向风速,然而激光雷达测量的后向散射信号包含的各种噪声和干扰信号会严重影响反演精度。我们采用离散小波变换,应用双正交小波和随距离变化的阈值设定方法,对非相干多普勒激光雷达的径向风速数据进行了降噪处理,从而提高风速反演精度。通过分析均方差以及相关系数,并与现场数据比对,显示该方法能够显著降低激光雷达风速测量误差。     

拉曼雷达测量大气二氧化碳浓度回波信号误差分析

拉曼雷达探测二氧化碳的后向散射回波信号十分微弱,有效分析信号的误差非常重要. 从理论上分析了拉曼激光雷达探测二氧化碳气体的回波信号误差的计算方法,推导计算了二氧化碳浓度信号的混合比,得到了影响信号误差的3种因素,并对各因素进行了理论计算,从实验上对信号误差进行了数据验证. 将理论值与实验数据进行对比,确定信号采集过程中造成的数据误差小于10%,并随距离的增加而增加;大气透过率相对函数的误差约为2%;标定常数的误差小于5%.      

大气中气溶胶颗粒对红外激光的散射特性研究

在利用红外激光雷达探测大气中各种成分浓度时,研究大气中气溶胶颗粒在该红外波段的光学散射特性有重要意义.特别是大气中气溶胶颗粒的散射系数和后向散射率是基于红外激光雷达探测大气后向散射回波信号的重要参量,直接影响探测系统的测量精度和有效探测距离.根据等效球的米氏散射理论,分析大气气溶胶颗粒在该波段的散射效率因子和散射相函数,可准确计算出不同半径和不同密度时大气气溶胶颗粒的散射系数和后向散射率大小.利用仿真模型计算得出,当大气气溶胶颗粒的半径增加时,其散射效率因子的数值振荡衰减,最终稳定于2.04处;而当入射激光波长不变时,大气气溶胶颗粒的后向散射率数值与其半径的变化呈反比.     

海洋激光雷达信号噪声的相关维和李氏指数

以机载海洋激光雷达试验数据为依据，证明了海洋激光雷达系统的相关维是一个分数，而且至少有一个正的李雅鲁诺夫指数，进一步揭示了其噪声内在的混沌特性．此项研究有可能为提高海洋激光雷达系统的检测性能提供了一条新的途径．     

相干测风激光雷达带通采样方法的仿真研究

根据相干测风雷达回波信号载频高、带宽窄的特点,尤其星载相干测风雷达回波信号数千兆赫兹,采用传统采样方式对采集卡的采样率要求很高.鉴于采集卡的采样率和分辨力互相制约,提出将带通采样引入到相干测风雷达系统.本文以1.5 μm全光纤相干测风激光雷达的实测数据作为仿真输入,经Simulink滤波、带通采样,结果表明,在对探测距离影响不大的情况下,与低通采样方式相比径向风速反演结果最大相差0.5 μm/s;数据处理的时间复杂度降低,其下降值是带通采样频率与低通采样频率的比值;但信噪比会恶化,其下降值介于1~3 dB.      

基于转动拉曼-米激光雷达拟合大气边界层内气溶胶光学厚度与PM2.5

提出一种利用转动拉曼-米散射激光雷达米弹性散射信号与转动拉曼散射信号比值来拟合大气边界层1 km以内气溶胶光学厚度与PM_2.5值的方法. 该方法消除了几何因子对近地面探测过渡区所带来的误差,而且消除了近地面大气湿度的影响,能够获得高精度的气溶胶后向散射系数,并在此基础上推导了气溶胶光学厚度（AOD）的计算方法,最后利用实验室转动拉曼-米激光雷达系统测量的2013年北京地区气溶胶数据,拟合获得了2013年北京地区冬夏两季AOD-PM_2.5经验公式.      

小型米散射激光雷达系统设计

为了探测对流层内大气气溶胶和卷云的光学特性以及大气水平能见度等,在阐述了大气气溶胶探测原理及信号处理方法的基础上,利用二极管激光泵浦的Nd:YAG固体激光器的二倍频波长(532 nm)激光为光源,设计了一台小型微脉冲米散射激光雷达,并利用标准大气模型对系统进行了仿真计算。仿真结果表明,在探测误差小于10%条件下,系统在白天和夜晚的探测高度分别为6 km和13 km。该系统还具有对人眼安全、能全方位扫描探测等特点,可应用于城市及特定场合(如厂区,大型公共场所)的大气环境监测,也可用于沙尘暴探测及其预警预报技术的研究。