光通信 可见与红外、紫外通信

TN929．1 2005064409 基于Phong模式的分裂Monte Carlo模拟红外室内信道脉 冲响应函数=Splite Monte Carlo for impulse responses on the infrared indoor channels on the basis of Phong’s model [刊,中]/张海涛(清华大学精密仪器与机械学系光子与电 子研究中心,摩擦学国家重点实验室．北京(100084)),崔 瑞祯…∥物理学报．-2005,54(8)．-3610-3615     

Monte Carlo方法在B样条函数分频理论中的应用

针对弹道参数的B样条表示问题,运用Monte Carlo方法对B样条函数分频理论进行仿真论证,得到B样条延拓节点的补充方法,并验证B样条函数逼近空间相容性定理的正确性.比较Monte Carlo方法和B样条分频算法的计算结果,说明分频算法合理.将该算法应用于外弹道跟踪测量数据的处理中,可以确定出表示弹道所需要的样条节点个数及样条节点序列的排布,有效减少待估参数个数.     

气-固界面作用物理模型的确定性实现方法

针对最新发展的气-固界面作用物理模型,提出一种确定性计算方法。算法的核心是：针对离散速度空间分布函数,采用确定性算法计算出单轮气-固碰撞作用的散射核函数矩阵,并通过考虑吸引势阱作用和迭代累加多次气-固碰撞作用,物理地反映气体分子入射/反射速度分布函数在气-固界面上的变化。与现有基于Monte Carlo随机采样的实现方法对比,该确定性实现方法可以快速且准确地计算边界上气体分子入射/反射速度分布函数的映射关系。因此,该方法可为以离散速度空间为基础的稀薄气体流动模拟方法提供先进的边界条件。     

一般泡利信道量子容量的逼近

量子编码定理证明信道在没有辅助资源的情况下其量子容量等于规整化相干信息的最大值。一般泡利信道是最普遍使用的信道模型,其量子容量目前无法准确计算,只能用多信道相干信息去逼近。本文应用量子图态级联编码,得到一般泡利信道在该编码输入下的多信道相干信息的公式,能够有效计算一般泡利信道量子容量的逼近值和信道传输量子信息的噪声容限。计算速度比Monte Carlo算法提高三个数量级。     

巨正则量子Monte Carlo方法和二维Hubbard模型的研究

用巨正则量子Monte Carlo方法,计算了二维单带Hubbard模型的局域磁矩、磁化率、交错磁化率和内能等物理量.结果表明,用巨正则量子Monte Carlo方法能够统一地研究Hubbard模型的关联强度从弱至强区域的性质,它是处理强关联多体系统的有效方法.     

非视线紫外光信号传输时间特性的数值模拟

在研究紫外光学非视线通信技术中,需要深入了解由于紫外大气散射效应所带来的各种信号畸变.传统的单次散射近似方法在进行较远距离、复杂天气条件下非视线光传输模拟时误差很大,采用基于Monte Carlo(MC)方法改进算法进行非视线紫外光信号传输的数值模拟,通过随机抽样的方法模拟光子在大气系统中的随机游动,在光子被大气中的粒子散射时计算其进入探测器的概率,模拟大气系统的脉冲响应函数.模拟结果表明:采用光子散射探测概率方法改进后的MC模型在模拟非视线光信号传输时计算效率显著提高;大气系统对非视线传输时的紫外光脉冲具有很强的展宽效应;随着光信号传输距离的增大,信号强度呈近似指数衰减的趋势.     

量子Harper模型的量子计算鲁棒性与耗散退相干

运用量子轨迹和量子Monte Carlo仿真的方法,研究耗散退相干对周期驱动的量子Harper (quantum kicked Harper, QKH)模型量子计算的影响.数值仿真结果表明,一定强度的耗散干扰将破坏QKH特征状态的动态局域化以及相空间的随机网结构.以相位阻尼信道噪声模型为例分析了保真度的衰减规律以及可信计算时间尺度.与静态干扰相比,在干扰强度小于某一阈值时,耗散干扰下的可信计算时间尺度随量子比特的增加而快速下降;而在干扰强度大于该阈值时,静态干扰下的可信计算时间尺度下降更快. 关键词： 量子计算 量子Harper模型 主方程 量子Monte Carlo方法     

Monte Carlo方法模拟非直视紫外光散射覆盖范围

针对大气中紫外光散射通信的特点, 用Monte Carlo方法对紫外光非直视(NLOS) 通信三种工作方式的覆盖范围进行分析, 建立了基于Monte Carlo方法的NLOS紫外光传输模型.利用Monte Carlo模拟方法对三种NLOS散射方式的单次和多次散射路径损耗及覆盖范围进行模拟研究, 结果表明, 多次散射和单次散射的路径损耗基本一致, NLOS(a) 类全向发送全向接收通信方式覆盖范围最小但全方位性好, NLOS(b) 类定向发送全向接收通信方式的覆盖范围较大但有一定方向性, NLOS(c) 类定向发送定向接收通信方式的覆盖范围最大但有很强的方向性.     

基于Monte Carlo的热脉冲法数据分析

热脉冲法是测量聚合物介质薄膜空间电荷分布的有效方法之一, 其数据的分析涉及第一类Fredholm积分方程, 只能采用合适的数值计算方法进行求解, 而Monte Carlo法是近年来提出的数值求解该方程的方法之一. 本文尝试使用Monte Carlo法在频域内实现热脉冲数据的分析, 通过一系列模拟计算讨论Monte Carlo法的分析效果. 计算结果表明: Monte Carlo法可实现对热脉冲法实验数据的有效分析, 提取被测薄膜内的电场分布, 而且计算的电场分布在整个样品厚度上都与真实分布较好地符合, 可有效地弥补尺度变换法只在样品表面附近获得较高准确度的缺陷. 该方法的局限性在于计算结果存在一定的振荡, 且在噪声和数据误差的影响下, 其准确性很大程度上依赖于奇异值分解过程中容差的选择, 在应用的方便程度方面还有待进一步提升.     

模拟颗粒凝并过程的快速Monte Carlo方法

对常规异权值Monte Carlo(MC)方法进行改进,基于强核函数思想,通过颗粒群单重遍历即可求得强核函数最大值,采用接受-拒绝法随机搜寻凝并对,并利用搜寻过程中拒绝和接受的所有凝并对的信息来估计凝并事件的等待时间(时间步长),从而避免颗粒群的双重遍历,以提高MC的效率.对典型工况的模拟结果显示该快速方法计算代价仅为O(N_s),能够显著提高计算效率,同时保持足够的计算精度,较好地协调计算代价与计算精度之间的矛盾.     

建筑物墙壁电磁耦合截面建模及应用

电磁波照射下的建筑物室内电磁环境具有混响效果,因此可采用功率平衡法（PWB）快速评估室内电磁环境水平。然而目前PWB方法中电大腔壁耦合截面（CCS）的计算模型建立在腔内电磁波不穿透腔壁的条件下,无法直接用于电磁波可穿透室内建筑物墙壁的耦合截面计算。为此,提出了一种适用于电磁波穿透有限厚度建筑物墙壁的CCS计算新模型。该模型考虑实际建筑物墙体的厚度和材料电磁特性,能够充分反映电磁波因有限厚度墙壁多次反射对室内电磁环境水平的影响。将该模型应用于室内电场水平的快速评估,预测结果与实际测量结果吻合较好,证明了所提有限厚度建筑物墙壁CCS模型的合理性。     

室内直达与非直达环境无线传播综合信道建模

本文主要针对室内无线传播信道直达(line of sight, LOS)与非直达(no line of sight, NLOS)环境, 引入参考模型研究其建模设计及其相关统计特性. 文中提出了一种基于几何散射模型的综合改进室内参考信道模型, 假设将无限数量的散射体均匀分布在三维空间的一个二维(two dimensional, 2D)水平面上. 本文推导了电磁波达信号到达角(angle of arrival, AOA) 概率分布函数(probability density function, PDF)、多普勒功率谱密度(power spectral Density, PSD)、 时间自相关函数(autocorrelation function, ACF)的解析表达式, 并分析其重要参数对函数的影响. 此外, 本文还通过非现实参考模型提出了一种高效的SOC(Sum of Cisoids) 信道仿真模型, 同时提出了设计SOC信道仿真模型的两种有效参数计算方法, 并比较两者的计算性能. 仿真结果表明, 信道仿真模型的统计特性与参考模型相匹配, 即室内参考模型可以通过的SOC信道仿真模型来近似, 同时信道仿真模型可以很好的应用于评估室内无线通信系统的性能, 拓宽了室内无线信道建模的研究, 同时减少实现开支.     

ADI土壤水分反演方法

土壤水分是影响植被、土壤和大气之间能量和水分循环的重要因素,及时准确获取土壤湿度信息有利于提高作物估产精度和改善田间管理措施。本文基于红光与近红外光谱特征空间(NIR-RED)发展了一种新型土壤水分遥感监测模型ADI(angle dryness index),提高了可见光与近红外波段监测土壤水分的精度。经过研究表明,在红光与近红外(NIR-RED)特征空间中,存在一个中间角度变量θ,利用光谱反射率与土壤水分之间的经验关系式模型以及混合像元分解公式证明该变量能够表征土壤湿度情况,而不受植被覆盖度的影响,因此利用该原理构建了ADI方法。最后利用两组遥感数据(分别为TM5与MODIS产品数据)以及对应的地面观测数据进行验证,结果表明计算值与实测值均具有较高的一致性,R2分别达到0.74与0.64。同时,将MPDI的计算结果与实测值进行了比较,两组数据的R2均小于0.60,表明ADI方法的计算精度高于MPDI。在MPDI的计算过程中用到了植被覆盖度,这可能是引起计算结果误差的主要因素。此外,MPDI的计算结果表征土壤湿度的相对值,而ADI则能定量的获取土壤水分含量。MODIS像元除了具有植被与土壤两个端元,还有其他类型端元的概率高于TM数据,因而MODIS数据的计算精度低于TM。因此,ADI是一种简单可行且具有较大应用前景的土壤水分反演方法,适合于推广应用。     

Effect of transmitter positions on received power and bandwidth in diffuse indoor optical wireless systems

Diffuse Indoor Optical wireless systems (DIOWS) have potential applications in indoor WLAN. The major problems faced by these systems are their reduced bandwidth and restricted mobility caused by multi-path reflections from the indoor surfaces. These systems also suffer from non-uniform power distribution. Over the last decade several techniques have been suggested to circumvent these problems, most of them requiring complex trans-receiver design. One simple technique that can solve the non-uniformity problem is the use of multiple sources in place of a single source. In this paper we compare the received power levels on the floor computed using the extended ceiling bounce and the modified recursive models. The effect of multiple sources and their positions on the channel bandwidth is also analyzed. We show that the channel bandwidth for a given trans-receiver configuration depends on both the horizontal separation (between the transmitter and the receiver) and their actual positions.     

土壤水分对近红外光谱实时检测土壤全氮的影响研究

利用近红外光谱技术实时预测土壤全氮含量是精细农业的研究热点之一,但是由于土壤水分在近红外波段的吸收系数较高,影响了土壤全氮含量的实时预测精度。使用布鲁克MATRIX_I傅里叶近红外光谱分析仪对不同土壤水分的土壤样本进行了近红外光谱扫描,定性和定量的分析了土壤水分对近红外光谱的影响,并提出了一种消除土壤水分对土壤全氮含量预测影响的方法。近红外光谱扫描结果显示在同一全氮含量水平下,随着土壤水分含量的增加,光谱吸光度呈逐渐上升的趋势,且变化趋势为非线性。通过对1 450和1 940 nm两个水分吸收波段的差分处理,设计了水分吸收指数MAI（moisture absorbance index）,再对土壤按照水分含量梯度进行分类,提出了相应的修正系数。修正后的6个土壤全氮特征波段处(940,1 050,1 100,1 200,1 300和1 550 nm)的土壤吸光度值作为建模自变量,使用BP神经网络建立了土壤全氮预测模型,模型的R_C,R_V,RMSEC,RMSEP和RPD分别达到了0.86,0.81,0.06,0.05和2.75;与原始吸光度所建模型相比较模型精度得到了显著提高。实验结果表明本方法可以有效地消除土壤水分对近红外光谱检测土壤全氮含量预测的影响,为土壤全氮含量实时预测提供了理论和技术支持。     

UWB LOS/NLOS identification in multiple indoor environments using deep learning methods

Indoor location-aware service is booming in daily life and business activities, making the demand for precise indoor positioning systems thrive. The identification between line-of-sight (LOS) and non-line-of-sight (NLOS) is critical for wireless indoor time-of-arrival-based localization methods. Ultra-Wide-Band (UWB) is considered low cost among the many wireless positioning systems. It can resolve multi-path and have high penetration ability. This contribution addresses UWB NLOS/LOS identification problem in multiple environments. We propose a LOS/NLOS identification method using Convolutional Neural Network parallel with Gate Recurrent Unit, named Indoor NLOS/LOS identification Neural Network. The Convolutional Neural Network extracts spatial features of UWB channel impulse response data. While the Gate Recurrent Unit is an effective approach for designing deep recurrent neural networks which can extract temporal features. By integrating squeeze-and-extraction blocks into these architectures we can assign weights on channel-wise features. We simulated UWB channel impulse response signals in residential, office, and industrial scenarios based on the IEEE 802.15.4a channel model report. The presented network was tested in simulation scenarios and an open-source real-time measured dataset. Our method can solve NLOS identification problems for multiple indoor environments. Thus more versatile compare with networks only working in one scenario. Popular machine learning methods and deep learning methods are compared against our method. The test results show that the proposed network outperforms benchmark methods in simulation datasets and real-time measured datasets.     

参量阵差分Pattern时延差编码冰下水声通信方法（英文）

In order to meet the demands of underwater acoustic communication in under ice environment,a differential Pattern time delay shift coding underwater acoustic communication method based on parametric array is introduced in this paper.The under ice underwater acoustic channel is characterized by heavy multipath transmission.Under this model,a parametric array emission method of Pattern signal is derived and the system performance is analyzed.A broadband low frequency sound waves with narrow beam-pattern,which will reduce the interface reflections and suppress the effects of multipath transmission,can be obtained by the emission method.The Songhua River under ice trial results show that there is an anti-multipath property and a higher data rate in the under-ice acoustic channel in proposed approach.     

基于Fourier-Mellin变换的气象卫星光谱图像配准

气象卫星光谱图像是气象科学和环境遥感科学研究的重要工具,而图像配准是气象卫星图像数据应用的前提。文章针对气象卫星光谱图像的配准问题,提出了一种基于Fourier-Mellin变换的自动配准方法。首先利用全球海岸线矢量图数据构造地标模板,地标模板是气象卫星光谱图像配准的参考图像;其次,根据云通道数据选择无云区域红外子图像,并利用Sobel算子对红外光谱图像提取边缘特征;最后利用Fourier-Mellin变换确定地标模板图像和红外边缘图像之间的仿射变换参数,从而实现红外光谱图像的配准。该方法本质是基于曲线匹配的思想,无需特征点提取,大大简化了配准流程。利用FY-2D气象卫星上获取的红外通道数据进行了实验,结果表明：该方法鲁棒性好,运算速度快,配准精度较高。     

高光谱成像的土壤剖面水分含量反演及制图

传统土壤水分的获取方法仅可获得离散的土壤水分点位数据,难以获得剖面上精细且连续的水分含量分布图。研究了野外条件下利用近红外高光谱（882～1 709 nm）成像反演剖面土壤水分含量（SMC）,并实现精细制图的可行性。研究剖面位于江苏省东台市,我们利用近红外高光谱成像仪对剖面进行了5天原位连续观测,共采集了280个土样用于烘干法测定SMC。原始高光谱图像经数字量化值（DN）校正、黑白校正、拼接、几何校正、剪切和掩膜等一系列预处理后,提取各采样点的平均光谱反射率。提取光谱（Raw）经吸光度[LOG₁₀(1/R)],Savitzky-Golay平滑（SG）、一阶微分（FD）、二阶微分（SD）、多元散射校正（MSC）和标准正态变量（SNV）转换后,采用偏最小二乘回归（PLSR）和最小二乘支持向量机（LS-SVM）方法建立SMC预测模型,并对比分析不同光谱预处理方法与建模方法组合条件下SMC的预测精度。结果表明,光谱反射率随SMC增加逐渐降低,不同光谱预处理方法的预测精度有所差异,除MSC方法外,同一光谱预处理方法的LS-SVM模型预测精度均高于PLSR模型,并且基于LOG₁₀(1/R)光谱的LS-SVM模型对SMC预测精度最高,其建模集的决定系数（R2_c）和均方根误差（RMSE_c）分别为0.96和0.65%,预测集的决定系数（R2_p）、均方根误差（RMSE_p）和相对分析误差（RPD_p）分别为0.88,1.05%和2.88。利用最优模型进行剖面SMC的高空间分辨率精细制图,通过比较SMC反演图中提取的预测值与实测值关系发现预测精度较高（R2: 0.85～0.95, RMSE: 0.94%～1.02%）,且两者在剖面中的变化趋势基本一致,说明SMC反演图不仅能很好地反映出土壤水分在整个剖面中毫米级的含量分布信息,也可反映出同一位置处不同天数间的含量差异。因此,利用近红外高光谱成像结合优化的预测模型,能够实现土壤剖面SMC的定量预测及精细制图,有助于快速、有效监测田间剖面土壤水分状况。     

相干声线跟踪理论中的周期界面迭代散射 仿真方法*

界面声反射模拟是室内复杂声学现象仿真的关键。针对传统声学仿真方法对于周期散射结构存在条件下声场仿真精度较低的问题,本文发展了一种基于迭代散射模型的室内相干声线跟踪法。此方法以经典的相干声线跟踪法为基础,将室内中常见的周期散射结构进行几何形状上的简化处理,然后依据周期散射定理给出声波在界面上的散射方向及能量,并将原始声线迭代分裂为相应的散射子声线,继续对其跟踪处理,此迭代散射模型对周期散射结构上的界面散射现象进行了准确的模拟。数值验证结果表明,本文方法可以有效地在低频段提高室内声场仿真精度,可为具有复杂散射现象的室内仿真提供新思路。