环形阵列超声断层扫描高分辨率成像方法

介绍了针对环形阵列超声断层扫描的高分辨率全波形反演成像方法,不同于传统的延时叠加和渡越时间断层扫描,该方法充分考虑声传播的透射、反射、散射等特点,通过数据匹配的方法重构目标体声学参数图像。开发了环形超声换能器阵列构建超声断层扫描成像系统,并设计了适合检验成像算法的数值和物理模型,分别使用基于射线理论的回波延时叠加和初至波渡越时间断层扫描、以及基于波动理论的全波形反演方法对目标体进行图像重建,并对比其原理、分辨率、计算量等方面的特点,系统性分析了波动方法相对传统射线方法的优点和不足。结果表明,全波形反演这类充分考虑接收信号多种物理特征的方法可用于较高分辨率的声参数成像,适合与传统方法结合设计有效的超声断层扫描成像系统。     

正交像散高密度三维单分子定位显微的数值模拟

单分子定位显微(single molecule localization microscopy, SMLM)成像技术利用荧光分子的稀疏发光、探测及定位,实现了纳米级空间分辨率的超分辨成像.为了提高其时间分辨率,需要提高同时发光的荧光分子密度.但随着分子密度的提高,不同分子的点扩散函数(point spread function, PSF)在探测器上将发生严重的重叠现象,导致空间分辨率降低,尤其是在进行三维SMLM成像时.为了解决这一问题,本文提出了一种基于正交像散的高密度三维单分子定位超分辨成像方法,并对该方法进行分析和数值模拟研究.该方法的核心是在单分子定位显微镜中将采集的荧光分成两束成像在同一个探测器的两个区域,并在两个通道中各引入一个光学参数相同但取向相互正交的柱透镜,实现对同一个荧光分子正负两个像散PSF图像的同时探测,然后建立该成像过程的线性投影模型,利用压缩感知算法求解出荧光分子的三维定位信息.结果表明,由于两个正交柱透镜产生的一组正交像散PSF对作为一个分子的系统响应时具有较低的相关性,该方法的高密度三维定位准确性可显著优于采用单个柱透镜的传统像散方法,且离焦程度越大两个...     

荧光单分子的频率域纳米级快速定位算法及其在超分辨荧光成像中的应用

为了解决现有单分子定位算法中定位速度慢和对噪声有评估依赖性的问题,基于补零快速傅里叶变换和相位梯度算子提出一种新型的噪声自由的频率域非迭代荧光单分子定位算法。计算机模拟结果表明该算法定位精度可达纳米量级,而定位速度与解线性方程组法在同一个数量级。进而在传统实验参数条件下,对不同间隔分子带模型进行了模拟超分辨成像。模拟结果表明,可以区分中心相隔30nm的两个分子带。此外,将该算法用于HeLa细胞突起中微丝束结构的荧光超分辨成像,从重构获得的图像中可以看到微丝束的直径为75～200nm,验证了该算法的实用性。     

基于四节点RSSI的三维空间定位算法

针对提高室内三维空间的定位精度和速度的问题,从减少节点数量、建立特定坐标系的角度提出了一种基于四节点和特定坐标系的三维空间定位算法。该算法引入位置相对固定的四个节点,提高解算速度;充分考虑有效反射区对衰减指数影响,根据伯鲁斯特角将天线辐射场区分为叠加加强区和叠加减弱区,建立三维坐标系进行定位,结合信号强度指示(Received Signal Strength Indicator, RSSI)衰减模型,在叠加减弱区定位,把三维空间问题转化到二维空间,降低定位算法的复杂度。文中分别阐述方法的原理与验证,结果表明,四节点定位算法的解算速度比降低复杂度(Complexity-Reduced Trilateration Approach , COLA)定位算法有较大提高,该算法平均定位误差小于2米。     

利用U-Net网络增强骨密度全波形反演

该文设计了一种使用U-Net网络解决骨密度全波形反演的初值依赖、多解、病态等问题的方法。首先使用逆时偏移成像，将其结果输入神经网络得到模型的预分布。将该分布作为全波形反演目标函数的约束，可以使反演的结果更接近最优值，还可以减小反演对初始值的依赖。该文进行了一些模拟实验，得出该文的方法可以改进全波形反演对初始值的依赖和容易陷入局部极值的问题。     

HeLa细胞突起中微丝束的纳米分辨荧光成像

在Matlab编程环境下模拟了单分子定位显微的纳米分辨成像,在传统实验参数条件下,对不同间隔分子带模型进行了模拟成像.模拟结果表明,单分子定位显微方法可以区分中心相隔20 nm的两个分子带.同时,也分析了不同像元大小对单分子定位精度的影响.此外,通过单分子定位显微方法在IX71倒置荧光显微镜上实现了纳米分辨,系统极限分辨率,即半高全宽为48 nm.在该系统上,获得了HeLa细胞突起中微丝束结构的纳米分辨图像.从重构获得的图像中可以看到微丝束的直径为75—200 nm.     

硬X射线微米探针高精度样品定位系统

介绍了上海光源硬X射线微聚焦光束线站(BL15U1)的高精度样品定位系统。该系统由离线样品显微镜系统、在线样品实验系统和高精度定位样品架三部分组成。通过编译控制程序、样品架定位、坐标转换,将样品的在线X射线荧光成像实验和离线显微镜观察进行有效结合,首次在国内同步辐射装置上实现样品在微米范围内的快速离线定位。该系统帮助科研工作者在利用微束X射线研究物质微区特征时,快速准确地寻找微区研究对象。利用金网进行X射线荧光成像实验,对比离线高倍显微镜下金网各结点的坐标,对样品定位系统的精度进行验证。结果表明,该样品定位系统在X方向的平均误差为1.3 μm,Z方向的平均误差为2.5 μm。该系统不仅简便快速、准确可靠,节约宝贵的实验时间,也为同步辐射微聚焦线站开展样品自动对焦方法提供技术前提。     

基于通用模型的光学载荷成像建模与分析方法

在时敏目标精确打击、导弹预警、光学遥感和测绘等应用过程中,光学载荷成像定位精度是最为重要的性能指标之一。光学载荷成像变换过程可以等效为目标点到像点的坐标变换过程。提出了一种基于成像链路分解与有限差分的光学载荷成像定位建模和分析方法。分析了典型光学载荷成像链路的组成,定义了成像变换坐标系统,分析了坐标系之间的变换关系;基于光学载荷成像模式,建立了光学载荷通用成像定位模型;提出了基于有限差分的光学载荷成像定位系统模型参数灵敏度和成像定位误差计算方法;采用摄影测量解析计算模型对所提出的模型方法进行了验证。结果表明,该方法可以得到高精度的计算结果,由于考虑了成像链路的更多细节,所以可实现更加复杂的系统建模和分析。     

对固定平台红外单站被动定位技术研究

介绍了一种基于红外成像和序列图像处理技术的对固定平台红外单站被动定位新算法.该算法通过对红外成像目标的实时测量信息求解出目标相对测量基站的距离,它适用于匀速、匀加速和变加速等各种运动模型,具有定位精度高、体积小和便于机动的特点.该算法对可见光成像单站被动定位同样有效.     

储罐底板声源辨识及定位方法研究

储罐底板腐蚀是多声源问题,即在不同位置的腐蚀源可能同时发射应力波。这些声源信号有时会重叠被传感器接收,从而影响定位的可靠性。为此本文基于平面声发射源能量定位方法的基本理论,进行了模拟储罐底板定位实验,提出了能量定位系数的修正方法。同时通过对实验数据分析,发现快速独立分量分析(FastICA)方法可以将同种声源混合信号进行有效分离,并且基本保持原有波形特征,相干系数法可以实现对分离后的同源信号进行聚类,进而应用改进能量定位方法对声发射源进行定位,从而对声源辨识,判断事件集中度提供依据。     

SPV490Q钢焊接冷裂纹声-磁定位方法研究

声发射源定位方法可以精准判断信号发生时间及位置,但由于其检测数据量大,难以进行实时评价,而磁记忆定位方法能实时观察数据结果,所以用声-磁结合的方法对冷裂纹进行定位分析。焊后即进行声发射监测,待焊缝冷却后,按一定时间间隔用磁记忆技术进行检测,这样既能精确得到冷裂纹起裂时间及其位置,又能实时观察冷裂纹扩展走向。同时,通过SPV490Q钢斜Y型坡口焊接冷裂纹实验验证了该方法的可行性。     

井下光纤微地震监测系统设计及应用

为满足油气开发中微地震监测的需求,基于时分复用方案设计了一种新型井下3分量光纤微地震监测系统.结合室内测试,该系统本底噪声小于?101 dB,动态范围大于120 dB,级间串扰小于?67 dB,满足微地震信号探测的需求.该系统已成功应用于新疆油田水力压裂微地震现场探测.监测结果表明:该系统可清晰捕捉微地震的P波、S波信...     

A non-iterative partial discharge source location method for transformers employing acoustic emission techniques

Partial discharge (PD) causes premature insulation failure of transformers. It is essential to detect PD to avoid unwanted failure of transformers. Only detection of PD is not sufficient for a transformer of huge size, unless it is possible to locate. Acoustic partial discharge measurement is advantageous for PD source location. There are different algorithms for PD source location. These are iterative and require large number of acoustic emission (AE) sensors. This paper presents a non-iterative source location algorithm employing four AE sensors. This algorithm is applied to experimental data. Proposed algorithm is also applied to published data and compared with existing iterative methods. Main error for source location is due to arrival time calculation. In order to reduce the error in AE signal arrival time calculation, different arrival time calculation methods are discussed and a comprehensive method is proposed. By applying these methods, arrival time is calculated from measured signal.     

基于SQUID梯度计的单磁源定位及磁矩反演误差分析

磁源定位及磁矩反演技术在空间探测、无损检测以及目标追踪等领域有着广泛的应用前景。利用磁场梯度张量信息进行磁源定位及磁矩反演的思想是在1975年首次提出的,2006年提出的磁性目标线性方程定位方法以其快速准确求解的特点而备受关注。但是,对于该梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位的全方位的误差分析仍有待完善。在简要回顾梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位的方法的基础上,提出了一种基于该方法的系统误差和随机误差分析的理论;研究结果表明定位误差是由于将差分近似为微分而引起的系统误差和传感器测量的随机误差构成。以目前具有超高精度、超高灵敏度的超导量子干涉仪作为典型磁场测量传感器,分析了梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位及磁矩反演误差与传感器分辨率和相对误差水平之间的关系。     

时间反转聚焦在组织中形成损伤的数值建模

为考察基于时间反转方法的高强度聚焦超声治疗在预设目标点处的组织损伤情况,使用三维有限差分算法求解Westervelt方程,建立非线性声波传播数值模型,采用97阵元相控阵结合虚拟源的时间反转方法进行超声聚焦,分析其形成的声场和热场,并考察目标点偏离轴线时的组织损伤形成规律。结果表明随着目标点偏轴距离的增大,声压旁瓣开始增多。旁瓣的温升较低,不足以形成组织损伤。时间反转方法可用于多点聚焦,在一定的范围内,形成多点目标损伤而不产生额外的周围组织损伤。同时多点聚焦可以形成一个较大的损伤区域,减少超声治疗时间。     

Influence of Embedded Inhomogeneities on the Spectral Ratio of the Horizontal Components of a Random Field of Rayleigh Waves

Study of the statistical parameters of the Earth’s random microseismic field makes it possible to obtain estimates of the properties and structure of the Earth’s crust and upper mantle. Different approaches are used to observe and process the microseismic records, which are divided into several groups of passive seismology methods. Among them are the well-known methods of surface-wave tomography, the spectral H/V ratio of the components in the surface wave, and microseismic sounding, currently under development, which uses the spectral ratio V/V₀ of the vertical components between pairs of spatially separated stations. In the course of previous experiments, it became clear that these ratios are stable statistical parameters of the random field that do not depend on the properties of microseism sources. This paper proposes to expand the mentioned approach and study the possibilities for using the ratio of the horizontal components H₁/H₂ of the microseismic field. Numerical simulation was used to study the influence of an embedded velocity inhomogeneity on the spectral ratio of the horizontal components of the random field of fundamental Rayleigh modes, based on the concept that the Earth’s microseismic field is represented by these waves in a significant part of the frequency spectrum.     

电子对抗系统网络入侵检测技术优化研究

近年来,随着互联网技术的飞速发展,网络入侵防御技术成为互联网安全研究领域中的重要课题。针对现有电子对抗系统存在的网络后台安全逻辑欠缺,导致系统安全度降低、外端数据监测机制断裂的问题,提出电子对抗系统网络入侵检测技术优化研究方法。采用网络电子数据动态交互流特征定向技术、数据溢出监测算法与数据完整度监测机制三大模组对现有问题进行针对性解决。从问题产生根源对电子对抗系统网络入侵检测技术进行优化,通过仿真实验测试表明,提出电子对抗系统网络入侵检测技术优化研究方法具有入侵源监测响应速度快、准确度高、扩展性强、应用性好的特点。     

LEFC-2006在水质铊监测中的应用研究

铊作为剧毒的重金属元素,具有较强的蓄积性、潜伏性和迁移性,含铊矿床的开采及其工业三废的大量排放,都可导致铊进入地表环境,参与到土壤圈、水圈、大气圈、生物圈物质循环,并逐步在土壤和水体中富集,破坏生态环境,最终会通过食物链危及人体健康。近年,水质铊污染突发事件时有发生,水环境铊的分析技术也成为铊分析技术研究的热点,但多集中在实验室分析方法的改进方面,水质铊在线监测分析方面的研究甚少。而实验室分析方法在运输、保存过程中难免有污染、损失等;且在数据时效性上也导致了一定的滞后,很难应用于水体铊的应急监测分析,从而影响了污染事故的分析和处置,成为处置污染事故的最大瓶颈。为了快速、准确响应水质铊现场监测,开展的水质在线监测技术研究对水质铊元素监测具有重要的应用意义,可以实现水体铊污染的监测与预警,进而有效降低因环境铊污染引起的铊中毒的风险。建立了一种基于三电极方法原理的水质铊监测新技术。该方法所用仪器小型、便携、低成本,不仅可用于铊污染事故应急现场监测,还可以用于污染源监管、地表水风险预警自动监测。本文就仪器检出限、正确度、精密度、方法比对、现场应用等各项性能指标进行了验证。实验表明,该技术用于测定水质铊的方法检出限为0.02 μg·L-1,与ICP-MS仪的检出限一致;用于测定铊标准溶液的相对误差范围为-5.5%~2.9%;测定实际水样的相对标准偏差范围为0.60%~6.2%;其加标回收率达到101%~127%。当水样含量在0.08 μg·L-1以上,该方法在现场应急监测比对中,与实验室ICP-MS法具有可比性,表明该技术具有很好的适用性。     

失配情况下匹配模处理的仿真研究*

匹配场处理是一种水声学和物理学相结合的信号处理技术,其在水下目标定位方面的高精度特点使得该方法受到广泛关注。匹配模处理是工作在模态空间的匹配处理方法。相对于匹配场处理方法,匹配模处理方法只处理声场中有关声源位置信息的数据(然而匹配场处理方法使用了全部声场数据),这样就可以减小环境失配对定位的影响。本文研究了在环境发生失配时,通过选取受失配影响较小的模态组合,得出的定位结果更加精确。     

信息作战环境下舰船无源定位系统设计与实现

信息作战环境下,对我方舰船位置坐标与敌方舰船所在地理位置坐标进行准确、快速定位是定位系统设计的必备条件;传统舰船上使用的舰船定位系统存在定位源信号追踪稳定性差、恶劣环境下的定位信号搜索域范围小、定位波反干扰性差等一系列的问题;通过深度的研究分析,提出信息作战环境下舰船无源定位系统设计;采用三维立体空间定位单元、广域GPNS信号检索模组与谐波振频反干扰技术,实现作战环境下舰船无源定位系统设计;对作战环境下舰船无源定位系统的设计进行仿真实验测试;仿真实验测试证明,提出的信息作战环境下舰船无源定位系统设计具有定位速度快、坐标定位准、定位源抗干扰性强的优点,满足当今恶劣的信息作战环境,能够达到无源定位的目的。