基于Argo资料的梯度依赖相关尺度方法

为了提升对海洋实测资料的标准化处理水平,基于Argo资料最优插值客观分析实验,对目前被广泛应用的背景误差协方差矩阵经验公式进行了改进,设计了一种提高海洋资料分析精度的方法,简称梯度依赖相关尺度法。利用高斯脉冲和空间能量谱分析方法,在理论上验证了梯度依赖相关尺度法对Argo客观分析精度改进的有效性。通过太平洋海域Argo温、盐度资料客观分析表明,利用海洋水文要素梯度变化对相关尺度进行自动调整可以提高分析方案的适应能力,得到的分析结果更接近海洋客观情况。该方法适用于数据同化或客观分析,同时,在不增加计算量的前提下,可以达到与提高网格密度相同的分析效果,从而更易于进行海洋资料标准化。     

集合平方根滤波同化AMSU-A辐射率的观测系统模拟试验

借助观测系统模拟试验,针对晴天和有降水两种天气状况,探究用集合平方根滤波同化卫星辐射率资料来改进中尺度天气预报模式初始场的可行性.试验结果表明:在晴天条件下,同化后的分析场较同化前背景场更加接近于真实场,尤其是对所选AMSU-A第5通道辐射率观测值贡献较大的那些层,如500,700,800 hPa3层位温的分析场相对背景场均方根误差分别减小了26%,15%和42%,同化效果显著.在有降水天气状况下,试验结果在特定的高度层上也表现出一定的正贡献,但总体而言对各气象要素场的改善均不及晴天时明显,说明该种天气类型下的卫星资料同化还有待进一步的研究.     

海洋变分同化背景场误差协方差矩阵构造技术

为改进背景场误差协方差矩阵构造技术,提高海洋资料变分同化效果,首先将背景场误差协方差矩阵分解为背景误差标准偏差矩阵、非平衡变量空间相关算子以及多变量间平衡算子3部分,然后利用广义扩散方程模拟空间相关算子,联合引入温盐约束关系、线性状态方程、海表高度诊断方程、静力平衡、地转平衡关系模拟多变量平衡,最后给出了一种适用于海洋资料变分同化的背景场误差协方差矩阵构造方案。单点海表温度观测模拟同化试验表明,该方案可实现观测信息在三维空间、多变量间的传播,充分体现了背景场误差协方差矩阵在同化中的作用。     

Argo盐度资料延时质量控制的改进方法

针对现有Argo盐度资料延时质量控制方法(OW方法)在时空尺度参数与最优压力层选取方面的不足,在气候态盐度剖面客观估计过程中引入梯度依赖空间尺度法,以及在最优压力层的选取中提出一个利用气候态盐度资料代替浮标原始盐度观测资料的优化方案,构建了一个改进的Argo盐度资料延时质量控制方法。采用理论和现场观测资料检验等手段,对梯度依赖空间尺度法在资料客观估计中的可行性,以及优化方案对选取最优压力层的合理性做了验证。结果表明,梯度依赖空间尺度法在温盐梯度较大海域,可以将15 MPa水深以上的盐度估计精度提高0.01以上,而利用气候态盐度客观估计结果选取最优压力层的优化方案,能够更合理地选取最优压力层。     

南海三维变分海洋同化模式及其验证

基于Princeton Ocena Model(POM)建立了一个南海三维变分海洋同化模式,该模式主要用于卫星遥感高度计沿轨资料同化,考虑了每条轨道上的误差相关性,并且引入递归滤波优化运算.采用1998年春季和夏季、2000年夏季3个航次温盐资料对这个系统进行评估表明,相对于未同化的模式模拟结果,无论对温盐异常年份还是正常年份,该系统的温盐均方根误差和偏差都显著减小,误差结构更符合正态分布.特别是在盐度场上能重现南海由于降水和径流所造成的淡水盖,该系统也能将海表动力高度信息有效传递进模式次表层;温盐资料验证各航次评估结果差别不大,表明该同化系统性能是稳定的.     

基于Argo资料的三维盐度场网格化产品重构

针对标准化海洋盐度场产品较为匮乏的事实,利用Argo温盐观测剖面与卫星遥感海表温度资料,采用时空权重插值和多变量DINEOF方法,对太平洋区域2000年1月至2008年12月的三维逐周盐度场进行重构。提出的重构方法有2个明显特色,一是采用时空权重插值与多变量DINEOF相结合的方法,弥补了时空权重插值结果中包含缺失数据的不足;二是引入卫星遥感海表温度,弥补了Argo可靠海表数据的缺乏。重构再分析产品与其他观测和数据产品的对比结果表明,重构产品不但能够抓住盐度分布的主要模态特征,而且可表现盐度不同时间尺度的变化特征,为海洋和气候研究提供了一种有用的标准化数据新产品。     

基于温湿廓线反演的风云三号D星微波探测仪云区资料同化试验

为了探究云区卫星微波资料的同化应用,利用中国风云三号D星(Fengyun-3D,FY-3D)微波温度计二型(microwave temperature sounder-2,MWTS2)和微波湿度计二型(microwave humidity sounder-2, MWHS2)资料,基于人工神经网络算法研制了云区温湿廓线反演模型,建立了云区资料的间接同化方案。于2019年6月开展晴空和云区同化试验,评估加入云区MWTS2和MWHS2资料对区域模式预报的影响。试验结果表明：MWTS2和MWHS2资料的同化对温湿度预报场有改善,主要体现在模式中高层均方根误差和平均偏差的减小,云区同化的改善幅度比晴空同化更大;同化MWTS2和MWHS2资料对于提高降水预报技巧有积极影响,云区同化对降水预报的改善主要体现在同化后的12～24 h,较晴空同化更明显。针对强降水个例分析表明,MWTS2和MWHS2资料对温度场、湿度场、水汽通量散度场的调整有利于降水预报的改善,而云区同化能够直接对天气系统的初始场进行调整,降水的位置与强度预报效果更好。     

西北太平洋温盐分布的时空尺度分析

为了更清晰地了解西北太平洋的温盐分布特征,基于全球实时海洋观测计划(Argo)浮标观测剖面,利用自相关函数方法,对西北太平洋海域(选取范围为120°E~160°W,10~40°N)温盐分布的时空尺度进行了分析,并通过高斯函数拟合得到了温盐的时空去相关尺度。研究表明,自相关函数随季节和深度发生变化,各层的自相关函数值随着空间增大而降低。表层,夏季温度的空间去相关尺度比冬季大,但时间去相关尺度小;次表层,夏季温度的自相关函数随空间增大迅速递减,空间去相关尺度比冬季小;深层,夏季和冬季的温度时空尺度相近。盐度的季节性变化较温度要小,但盐度的空间变化尺度比温度要大,而时间变化尺度则比温度小。2种要素的信噪比均大于2,可以用来指导精细化观测布网的采样间隔。     

基于MERRA2再分析资料的全球AOD和沙尘AOD空间分布及趋势

利用MERRA2再分析资料和气溶胶遥感观测网(AERONET)观测资料,分析了全球气溶胶和沙尘气溶胶光学厚度(AOD)的空间分布及趋势.结果表明,MERRA2的AOD与AERONET观测结果相关性较好,相关系数为0.44～0.92,均方根误差为0.03?0.52,均方根误差较大的站点多位于东亚地区.AOD＜0.2的站点...     

基于卫星气溶胶光学厚度反演地面能见度算法的研究

为了获得大范围的能见度空间分布信息,提出一种把MODIS卫星气溶胶光学厚度陆面产品转化为地面能见度分布的反演算法。该算法以CALIPSO卫星的气溶胶标高为更新观测值,以GEOS-Chem模拟的气溶胶标高场为背景场,通过最优插值的资料同化方法,将两者整合成误差更小的气溶胶标高分析场,然后通过气溶胶标高分析场,把MODIS卫星气溶胶光学厚度转化为地面能见度。与中国地区地面气象多年观测资料的对比结果表明,反演能见度与观测能见度之间,点对点的月相关系数可达0.5以上,两者多年的逐月变化趋势与地域分布形势较为一致。     

用开关电容滤波器构成的小波函数发生器

利用开关电容滤波器的特性构造了一个小波函数发生器,它能够方便地产生不同尺度下的小波信号波形,文中给出了一个具体的实现方案,并论证了随着样点数的增加和样点间隔的减小可以使所获得的波形与真正的波形间的误差足够小。     

观测资料同化与有限区模式初期降水预报

选取1991年7月3日至4日出现在我国江淮流域的梅雨暴雨天气过程,针对有限区模式降水预报中“旋转加强”问题,试验2种初值化方法即牛顿连续松弛逼近技术和降水-湿度场调整方案来改进模式的初期降水预报。试验结果表明：(1) 用湿度场调整方案同化观测降水资料,使同化时段降水区的中低层低压系统明显加强,所形成的初值具有较好的中尺度信息;但该方案会出现观测值与模式不协调引起的虚假小扰动。(2) 用牛顿连续松弛逼近技术同化业务观测系统的速度场和温度场资料,所形成的初值场形成了大尺度特征,同时对应江淮雨带的中低层低压系统加强,所形成的初值能够具有一定的中尺度信息。(3) 因此两者结合得到了最好的预报效果。对于梅雨天气过程,牛顿连续松弛逼近技术更有效。     

基于整整小波变换的心电数据压缩算法

根据整整小波变换理论提出了一种心电（ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ） 数据压缩算法,整 整映射的整数运算保证了算法的快速性．由于屏蔽函数的引入和对阈值函数进行了特殊考虑,使该算法可同时取得高的数据压缩率和信息保真度．它不仅可完整保留ＱＲＳ、Ｐ、Ｔ、ＳＴ 段等临床信息,而且可有效保留心室晚电位信息．用ＭＩＴＢＩＨ 心律失常数据库对提出的压缩算法进行测试,结果表明平均压缩比为６－７ ,平均均方误差（ＰＲＤ） 为３ ．１ ％     

基于鲸鱼优化算法的VMD-NLM脉搏信号滤波算法研究

针对采集到的脉搏波信号中存在基线漂移和高频噪声等干扰,导致后续病理研究分析困难、测量精度相对较差的问题,提出了一种改进的变分模态分解和非局部均值降噪结合的滤波算法。针对变分模态参数选取不同对结果存在不同影响的问题,采取鲸鱼优化算法自适应选取合适的参数,并根据排列熵结果筛选模态分量,对噪声分量进行非局部均值滤波,最后将信号重构,实现对脉搏波信号的噪声去除。实验结果表明：含噪信号经过改善后的滤波算法处理后,其信噪比与均方根误差均优于其他降噪方法,证明该算法能够有效地滤除信号的噪声,有助于脉搏波的分析处理。     

基于核函数与卡尔曼滤波的室内定位方法

针对室内定位中存在的定位精度不高、定位稳定性较差的问题,提出了一种基于核函数与卡尔曼滤波结合的室内定位算法.首先利用核函数作为匹配算法进行初步定位,高斯核函数可以充分捕获参考点指纹与测试点RSS之间的非线性相关性,取得比K最近邻算法更好的匹配效果,再利用卡尔曼滤波对核函数的定位结果作滤波处理.实验结果表明,在真实无线局域网环境下,对核函数定位的结果作卡尔曼滤波处理后,均方根误差降低了25%,2m以内的定位准确度由75%提高到90%,定位稳定性提高了29%.     

信息隐藏算法中的去噪

指出了信息隐藏算法中去噪的意义和该算法中去噪与一般意义下去噪的不同点 ,然后讨论了各种滤波对图像去噪的性能 ,最后提出了 2种与尺度有关的小波域自适应去噪算法。大量的实验结果和进一步的分析表明 :在信息隐藏算法中 ,维纳滤波较具优越性 ;均方误差不能作为信息隐藏算法中滤波器去噪性能的度量。     

基于多尺度特征混合注意力的连续帧深度估计

目的 估计获取拍摄物体到相机之间距离的深度信息是单目视觉 SLAM 中获取深度信息的方法,针对无监督 单目深度估计算法出现精度不足以及误差较大的问题,提出基于多尺度特征融合的混合注意力机制的连续帧深度 估计网络。 方法 通过深度估计和位姿估计的两种编码器解码器结构分别得到深度信息和 6 自由度的位姿信息,深 度信息和位姿信息进行图像重建与原图损失计算输出深度信息,深度估计解码器编码器结构构成 U 型网络,位姿 估计网络和深度估计网络使用同一个编码器,通过位姿估计解码器输出位姿信息;在编码器中使用混合注意力机 制 CBAM 网络结合 ResNet 网络提取四个不同尺度的特征图,为了提升估计的深度信息轮廓细节在提取的每个不 同尺度的特征中再进行分配可学习权重系数提取局部和全局特征再和原始特征进行融合。 结果 在 KITTI 数据集 上进行训练同时进行误差以及精度评估,最后还进行了测试,与经典的 monodepth2 单目方法相比误差评估指标相 对误差、均方根误差和对数均方根误差分别降低 0. 034、0. 129 和 0. 002,自制测试图片证明了网络的泛化性。 结论 使用混合注意力机制结合的 ResNet 网络提取多尺度特征,同时在提取的特征上进行多尺度特征融合提升了深度 估计效果,改善了轮廓细节。     

Matlab在激光水下图像处理中的应用

 水下激光成像技术在水下探测等海洋开发中具有重要的实用价值,但水介质的特殊性,使其所成图像易受噪声污染而造成分辨率下降。即使采用同步扫描和距离选通等技术,获得的成像质量仍然不好,图像存在由后向散射形成的散斑噪声和其他一些高斯噪声。为了进一步改善成像效果,需要利用数字图像处理技术对水下成像进行后续加工,水下图像处理结果的好坏直接影响到后面的特征提取和目标识别等的成败。本文分析了Matlab在数字图像处理中的应用, 并结合对激光水下图像的处理,说明了Matlab在图像处理中的强大功能,对常用的噪声抑制算法：维纳滤波、中值滤波、均值滤波进行了介绍,并且通过对实际的激光水下图像处理,利用以上各算法计算了处理图像的散斑指数、峰值信噪比和归一化均方误差,比较了其散斑抑制能力。     

基于压缩采样匹配追踪算法的混合场信道估计方案

针对现有的远场和近场信道估计方案不能直接用于精确估计混合场信道状态信息的问题,提出了一种有效的基于压缩采样匹配追踪(compression sampling matching pursuit, CoSaMP)算法的混合场信道估计方案。通过精确建模混合场信道模型来捕捉其远场和近场区域可能存在不同的散射体这一特征,分别对其远场和近场路径分量进行估计。结果表明,所提方案与现有其他信道估计方案相比,在相同低导频开销情况下,该方案能获得更高的归一化均方误差性能和更高的系统和速率,计算复杂度较低。可见,所提出的方案具有很好的参考价值。     

模糊大脑情感学习的自适应噪声抵消方法

提出一种以模糊大脑情感学习(fuzzy brain emotional learning, FBEL)模型作为自适应噪声抵消器的噪声抵消方法,应用于信号处理问题。该方法通过FBEL模拟经非线性通道传输后的噪声信号,将噪声信号从含噪信号中过滤掉,达到消噪的目的;根据自适应学习算法,利用奖励信号和梯度下降法对FBEL模型的权重及参数进行在线更新,以适应噪声的变化。选取均方根误差和计算时间2个性能指标,采用自适应噪声抵消方法在不同网络中进行仿真比较,结果表明,应用该方法可以获得更好的滤波性能。