初始模型对含噪动态光散射数据正则化反演结果的影响

分别采用最小模型矩阵、最平坦模型矩阵、最光滑模型矩阵作为初始化模型,对加入5种不同水平随机噪声的90nm窄单峰、90nm宽单峰和250nm窄单峰、250nm宽单峰颗粒体系的模拟分布进行了正则化反演,并对反演结果进行比较。结果表明:当噪声水平为0时,正则化初始模型的选择对反演结果没有明显影响。随着噪声水平的增加,采用三种初始化模型反演得到的峰值误差和粒度分布误差都随之变大,但采用最平坦模型和最光滑模型反演得到的峰值和粒度分布误差明显小于采用最小初始模型的反演误差。当噪声水平大于0.01时,选择最平坦初始模型获得的粒度分布结果优于采用最光滑初始模型和最小初始模型获得的结果,而采用最光滑初始模型反演得到的峰值优于最平坦初始模型和最小初始模型的反演峰值。因此,采用正则化算法处理含噪动态光散射数据时,为得到最优的粒度分布信息,宜采用最平坦初始模型,若需要获取最准确的峰值信息,则应选择最光滑初始模型。     

随机扰动优化和多模型融合的目标密度非线性重建

针对高能闪光X射线图像线性重建结果受系统模糊影响的问题,提出一种随机扰动优化和多模型融合的非线性重建算法.构建非线性正向模型并推导相应的雅可比矩阵形式,结合贝叶斯理论考虑该反演问题的求解及不确定量化,引入基于弱信息先验的超参数构建非线性分层贝叶斯模型.通过加速求解随机扰动的优化问题对条件分布进行采样,结合雅可比矩阵投影...     

不确定海洋环境中基于贝叶斯理论的声源运动参数估计方法

环境参数失配导致定位性能大幅度下降是匹配场定位所面临的难题之一.应用贝叶斯理论对环境聚焦,是当前解决该难题的研究热点.环境聚焦方法的实质是将未知环境参数和声源位置联合优化估计.然而,运动声源的位置时变性限制了观测时间长度和观测信息量,因此不得不利用很有限的观测信息来实现众多参数的估计.当航速较快或是环境信息的不确定性较大时,环境聚焦方法的效果迅速变差.借鉴卡尔曼滤波处理非平稳过程的参数估计思想,对航速较恒定的声源,本文将多个时刻的接收信号同时反演,引入能够描述声源位置随时间变化规律的时不变参数,以较少的时不变参数间接反演多个声源位置,从而有效降低待估参数维数.同时将当前估计结果作为下一次反演的先验信息,建立新的先验分布和代价函数,有效补偿个别异常数据,实现运动声源的连续定位.该方法在相同的环境不确定条件下,大幅度增加了观测时间和观测信息量,可以较好地改善环境聚焦方法的定位效果.     

贝页斯层析成像算法在密度反演中的应用

闪光照相中密度反演所面临的困难包括：只有一个投影面，信息量少；穿过厚物质时能谱硬化严重；Poisson噪音大；图像模糊严重；Compton散射本底大；动态样品的可参照量少。这些因素使得密度反演工作十分困难。传统的方法如滤波反投影方法虽然计算速度快，但算法过于简单，不能解决上述复杂问题。在实验中放对比样品(楔型物)虽然可以快速的得到密度长度并进行相应的反演，但反演精度并不高，且在动态样品实验中，由于光场小，对比样品的摆放碰到很大麻烦，使反演结果的可靠性进一步降低。基于正算模拟和最大后验判断准则的贝页斯层析成像算法具有如下特点：尽可能用先验信息；良好的抗Poisson噪音特性；能消除散射的影响；能进行能谱硬化校正；能处理模糊效应；能作增强边界信息反演。这些特点使得贝页斯层析成像算法很适合处理闪光照相的密度反演。     

大气CO2卫星遥感中植物叶绿素荧光影响的校正

大气CO₂卫星遥感监测的关键在于高精度,而植物叶绿素荧光存在与大气散射相似的光谱特征,干扰大气散射相关参数的反演结果,从而影响CO₂的反演精度。因植物叶绿素荧光强度微弱且影响特征与大气散射高度相关而难以准确校正。鉴于现有大气CO₂卫星遥感精度不足,以及植物叶绿素荧光对大气CO₂反演存在不可忽视的影响程度和复杂性,设计了O₂-A、1.6和2.06 μm CO₂三个光谱带协同的参数化校正方法。首先通过对大气散射采取基于光子路径长度概率密度函数（PPDF）的参数化建模,降低叶绿素荧光与大气散射参数的光谱相关性;其次,针对叶绿素荧光强度弱,难以准确反演的问题,基于轨道碳观测器（OCO-2）的叶绿素荧光产品构建了5km分辨率的全球叶绿素荧光先验信息库,增强CO₂与叶绿素荧光同步反演中对叶绿素荧光的先验约束,提高叶绿素荧光的反演精度。通过O₂-A、1.6和2.06 μm CO₂三个光谱带的协同同时反演大气散射、叶绿素荧光和大气CO₂,并结合叶绿素荧光丰富的先验信息,能够较准确剥离大气散射和叶绿素荧光而提高大气CO₂的反演精度。选择叶绿素荧光强度明显较高的柱总碳观测网络（TCCON）中的Park Falls（45.945°N,90.273°W）站点开展验证,对该站点近4年每年8月份的温室气体观测卫星（GOSAT）数据进行反演,发现植被叶绿素荧光导致GOSAT XCO₂反演结果系统偏低2×10-6(ppm)左右,通过本文的方法进行校正,反演结果的低估程度有明显改善,最大低估由2.58 ppm降低到1.49 ppm,且离散程度也有一定程度的改善,明显控制了CO₂反演中叶绿素荧光的影响,对于实现1%（~4 ppm）的CO₂反演精度来说,提供了有力支撑。     

基于机载平台的NO2 垂直廓线反演灵敏度研究

研究了基于机载多角度观测方式反演NO₂垂直廓线的灵敏度, 利用计算的权重因子和平均核分析了不同波长、不同观测角度、 不同地表反照率、不同气溶胶模式、不同高度对廓线反演灵敏度的影响. 结果表明, 中心波长在370 nm的紫外波段的平均核比中心波长在500 nm的可见波段垂直分辨率更高, 更有利于廓线反演; 向上观测角度的测量结果中没有明显的廓线信息, 而向下观测角度的测量结果包含更多的廓线信息; 地表反照率对廓线反演没有明显影响; 高气溶胶模式使得廓线反演的灵敏度升高; 较低的飞行高度计算的平均核差异不明显, 不利于廓线信息的反演. 关键词： 多轴差分吸收光谱技术 机载 垂直廓线 灵敏度     

联合MODIS与MISR遥感数据估算叶面积指数

多光谱传感器MODIS与多角度传感器MISR同时搭载在美国EOS观测计划的Terra卫星上,不同的观测方式使得两个传感器的数据组合后形成互补的多光谱多角度观测数据集,为地表参数的遥感估算提供了更多的对地观测信息.该文通过研究组合MODIS与MISR两种观测数据估算陆地表面植被覆盖区域叶面积指数的方法,发展了在物理模型反演的框架内引入基于伴随模型和信赖域优化的反演模式,改进了叶面积指数的遥感估算效果,提高了模型反演的运算速度.对试验区反演结果的验证说明融合两种数据源可以提高叶而积指数的估算精度.基于伴随模型和信赖域优化的地表参数反演方法,为应用于大范围遥感图像数据的模型反演提供了一种有效的途径.     

高分辨率傅里叶变换红外光谱反演环境大气中CO_2浓度的质量优化方法

高质量的CO_2反演结果有助于准确认知其源汇信息、预测未来气候变化趋势及提升全球碳循环的理解。基于非线性最小二乘光谱拟合技术,研究地基高分辨率傅里叶变换红外光谱反演环境大气中CO_2浓度的反演产品质量优化方法。借助O_2窗口的反演结果,将CO_2柱浓度转化为柱平均干空气摩尔分数(column-averaged dry air mole fraction,XCO_2),能有效修正系统共有误差;采用一种经验修正模型,能有效修正与大气质量因子相关的虚假日变化;通过建立一定的红外光谱筛选法则,能有效控制XCO_2反演产品质量。以一天的典型观测结果为例,对产品质量优化前后的反演结果进行了对比,优化后反演误差减小了60%,以正午为中心两边各取一小时计算了XCO_2的反演精度,为0.071%(相当于0.28ppm),符合TCCON(total carbon column observing network)规定的0.1%精度范围。     

多普勒差分干涉仪干涉图信噪比对相位不确定度研究

多普勒差分干涉仪通过测量干涉图相位变化反演大气风速.干涉图信噪比是工程应用中影响测风干涉仪相位反演精度的核心指标之一,基于观测数据分析多普勒差分干涉仪中相位不确定度与干涉图信噪比之间的定量关系建立解析模型,对仪器设计、性能评价及风场数据应用具有重要意义.本文基于傅里叶变换光谱学噪声传递理论和多普勒差分干涉仪相位反演模型,建立干涉图信噪比与相位不确定度传递的理论模型.利用多组不同信噪比仿真及实验实测数据,将相位反演模型计算的统计结果与本文提出的理论模型分析结果进行比较验证,结果表明,多组实验数据平均残差小于0.07 mrad,两者的一致性较好,建立的模型为多普勒差分干涉仪效能评估、干涉仪设计优化提供理论依据.     

舰船辐射噪声贝叶斯方法反演浅海底层结构及地声参数EI北大核心CSCD

针对以舰船辐射噪声为参考声源的浅海海底分层结构及地声参数反演问题,研究了一种基于贝叶斯理论的浅海多层海底地声参数反演方法。反演中以舰船辐射噪声的线谱成分为研究对象,进而采用非线性贝叶斯反演方法反演浅海底层结构、层中声速、声速衰减和密度,并对反演结果的不确定性进行分析。反演结果的最大后验概率估计值和边缘概率分布分别通过拨正模拟退火算法和Metropolis-Hastings采样法在各参数先验区间内计算获得,并根据贝叶斯信息准则确定最佳海底分层结构。海上实验表明:根据该方法反演获得海底分层结构及地声参数,计算得到的声压场与实测舰船辐射噪声传播损失误差不超过10%,反演结果能够准确表征实验海区海底特征。反演结果不确定性分析表明:海底纵波声速、横波声速以及密度的不确定性更小,对声压场变化更加敏感,反演结果更有效、准确。     

高分五号卫星多角度偏振相机最优化估计反演:角度依赖与后验误差分析

多角度偏振相机(directional polarimetric camera, DPC)随高分五号卫星已经成功发射并持续获取全球观测数据.针对DPC在陆地气溶胶反演领域的应用需求,本研究基于多参数最优化估计反演框架,引入信息量和后验误差分析工具,讨论了DPC观测信息量对角度的依赖,给出了地表和气溶胶参数的后验误差,并分析了后验误差的影响因素.研究表明:1)卫星观测信息量随观测角度个数的增加显著提升, DPC多角度观测比单角度观测的总DFS(degree of freedom for signal)平均提高了5.45; 2)气溶胶反演比地表更依赖于卫星观测几何,散射角覆盖范围越大,观测包含的气溶胶信息量越多; 3)反演参数的后验误差随观测角度个数的增加显著降低,而气溶胶模型误差对后验误差的影响并不显著.总体来说,观测误差是影响反演结果不确定性的主要因素.本研究对DPC多角度偏振观测的反演能力以及反演不确定性进行了系统的定量评估,为DPC在轨测试及反演算法开发提供参考.     

一种2.5维井间透射波层析成像方法

提出了一种2．5维井间地震透射波走时层析成像方法。考虑实际钻井轨迹的三维空间展布和井间地震射线对三维模型覆盖次数的严重不足,建立了2．5维井间速度模型。结合钻井、测井等获得的地层资料,把模型离散成2．5维水平梯形棱柱单元,每个单元慢度用其左右边界处的离散慢度值的线性函数表示。根据Fermat原理,提出了基于这种2．5维离散模型的三维射线追踪算法,并用预条件共轭梯度优化算法解层析反演问题。该方法适于井孔偏斜的情况,能很好地描述地层起伏和速度的变化,方便地使用先验信息进行建模和约束,提高了层析成像结果的可靠性和分辨率。对理论合成资料和实际采集资料皆取得了良好的应用效果。     

基于MAX-DOAS观测大气Ring效应的气溶胶消光廓线反演

Ring效应指大气中O2和N2分子对太阳光的转动拉曼散射导致太阳夫朗禾费线变浅(被填充)的现象。气溶胶能够改变光子在大气中的光程和大气散射性质,进而影响散射次数和转动拉曼散射几率,所以可以通过观测Ring效应强度获取气溶胶信息。研究了一种利用地基多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)仪器观测反演气溶胶信息的新方法,基于MAX-DOAS仪器在晴朗天气下对大气Ring效应进行观测,结合Mc Artim大气辐射传输模型可以获取气溶胶消光廓线。将MAX-DOAS反演气溶胶光学厚度结果和太阳光度计观测结果进行了对比,一致性较好。研究结果表明,基于地基MAX-DOAS观测大气Ring效应反演气溶胶消光廓线是可行的。     

利用Bayesian-MCMC方法从雷达回波反演海洋波导

应用贝叶斯-蒙特卡罗（Bayesian-MCMC）方法将海洋波导参数的先验信息描述为先验概率密度,结合雷达回波资料（电磁波传播损耗）,得到待反演海洋波导参数的后验概率密度,用马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）-Gibbs采样器采样后验概率密度分布,并用样本最大似然估计值作为对海洋波导参数分布的估计.数值实验结果表明,该方法对先验信息进行了有效利用,反演精度高于遗传算法的反演精度.该方法较为充分利用先验信息,得到解的概率分布,即解的不确定性分析,这在实际应用中有一定的参考价值. 关键词： 波导 电磁波传播损耗 贝叶斯-蒙特卡罗 概率分布     

动态监测骨质疏松性微结构退化的超声全波反演方法

研究了基于全波反演(FWI)的骨骼超声层析成像方法,用于动态监测骨质疏松性微结构退化的进程。采用雌性小鼠注射药物建立骨质疏松症模型,在第0, 2, 4, 6周通过Micro-CT扫描活体小鼠,重建获得小鼠股骨骨骼结构。以第0周骨骼结构为基准输入模型,通过不同的超声收发模式(透射、反射及透射-反射双模式),仿真分析了FWI监测不同骨质疏松进程的骨微结构退化的效果。结果表明,初始模型为均匀介质(纯水)时, FWI反演失效,不能准确重建骨骼结构。初始模型中考虑了基准骨骼结构(第0周)时, FWI能准确反演骨骼组织声速(均方根误差(RMSE)<17 m/s,平均相对误差(MRE)<7.2%),精确重建骨骼结构(结构相关系数(CC)> 0.85)),因此可以准确监测不同骨质疏松进程(第2, 4, 6周)的骨微结构退化情况。对比不同超声收发模式,透射-反射双模式FWI监测骨微结构退化的性能优于单一透射或反射FWI监测方法。考虑了基准骨骼模型的FWI可用于动态监测骨微结构退化,对评估骨质疏松进展具有一定意义。     

大气边界层模式中随机参数的反演与不确定性分析

在大气边界层气象中湍流黏性系数是一个很重要的参数,通过直接观测往往无法得到其准确值,仅能通过间接观测获得大致范围.本文选用随机广义Ekman动力近似模式中的湍流黏性系数进行反演研究与不确定性分析.首先利用风速观测数据,并采用基于混沌多项式的集合Kalman滤波方法对系数进行反演,降低其不确定性,缩小可能取值的范围,该方法的核心思想是将集合Kalman滤波方法中求解模式不确定性传播的方法由蒙特卡罗法改为混沌多项式展开,从而避免大规模采样带来的计算资源耗费.然后进行数值实验,结果表明该方法能够有效且快速地求解出湍流黏性的后验概率分布,从而达到降低系数不确定性的目的.根据系数的先验分布计算出风速的先验分布,从而找到风速不确定性大的区域,且揭示了在不确定性大的区域内的观测数据进行系数反演可得到十分明显的效果,这对于观测点位置的选择提供了重要的指导.     

多轴差分吸收光谱技术测量NO2对流层垂直分布及垂直柱浓度

研究了多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)的对流层NO₂垂直廓线及垂直柱浓度反演方法. 该方法采用了先反演气溶胶廓线, 然后在此基础上反演痕量气体垂直分布的两步反演方法. 其中痕量气体廓线反演时采用了非线性最优估算法, 使反演更少地依赖于先验信息, 更有利于自动获取痕量气体廓线. 首先研究了应用非线性最优估算法的痕量气体垂直廓线反演算法中权重函数、 先验廓线及其协方差矩阵的计算方法, 设计了适合于痕量气体垂直分布变化剧烈地区的迭代方案. 通过计算机仿真, 研究了算法重建盒子型和抬高型NO₂廓线的效果, 研究表明两种典型分布下算法都可以较好地重建2 km以下的NO₂分布, 在近地面的反演精度达到0.6%. 然后在低气溶胶、高气溶胶和抬高型气溶胶三种典型条件下, 研究了算法重建同一NO₂廓线的效果, 研究表明不同气溶胶条件下反演算法都可以得到相似的结果. 分析了错误的气溶胶状态对于NO₂廓线反演的影响以及反演算法的误差来源. 在合肥地区开展连续观测实验, 并将观测的NO₂垂直柱浓度与卫星对比, 相关性系数达到了0.85. 将MAX-DOAS反演的近地面NO₂ 浓度与长程DOAS 结果对比, 相关性系数达到0.76. 此外简化的MAX-DOAS痕量气体垂直柱浓度反演方法中常采用固定典型的气溶胶状态, 将两步法结果与简化方法结果进行对比, 两者的最大相对偏差为112%. 因此准确获取气溶胶状态, 尤其是气溶胶光学厚度, 对准确反演对流层NO₂垂直柱浓度十分必要. 关键词： 多轴差分吸收光谱 2垂直廓线')" href="#">对流层NO₂垂直廓线 2垂直柱浓度')" href="#">对流层NO₂垂直柱浓度 最优估算法     

基于视频遥感卫星的空间目标光度测量

基于"吉林一号"视频系列卫星开展空间目标光度测量试验,阐述了视频星对空间目标成像以及光度反演原理,利用相机探测器输出图像的灰度值反演计算目标光度学特征。根据误差传递原理分析了辐射定标系数偏差和目标图像噪声对反演精度的影响,并以恒星作为标准辐射源对反演精度进行验证,结果表明恒星类点目标光度反演误差小于0.15Mv。列举了空间目标拍摄及反演结果样例,并对视频星观测试验结果进行了统计和说明,得到视频星的极限探测距离、捕获概率以及观测效能,分析结果表明视频星的灵活成像模式可较好地适用于空间目标观测任务。     

循环流化床多分离器返料系统颗粒分布特性实验研究

多旋风分离器及返料系统是保证循环流化床锅炉高效燃烧的关键设备,是循环流化床大型化研究的关键部件之一。本文采用电容层析成像技术结合压力测量,对多旋风分离器返料系统内部气固两相流场进行实验研究。通过六旋风分离器冷态循环流化床电容层析成像浓度分布和压力测量,揭示循环流化床多分离返料系统颗粒流动分配特性,为循环流化床锅炉大型化,特别是超临界锅炉多旋风分离器的优化布置提供科学依据,基础实验数据库和技术手段,研究内容将电容层析成像技术的应用扩展到工程设计中,对实际工程起到理论指导的作用。     

利用多种信息源的可靠性评估方法

进行小样本可靠性评估的关键是充分利用由科学分析和专家经验得到的主观信息以及输入参数的基本试验信息.主观推断一般仅能得到可靠性的不完全先验信息,这些信息通常以可靠度均值或可信区间的形式存在.针对成败型及正态型试验,用最大熵原理将不完全信息转化为相应的共轭型先验信息,而输入量的试验信息通过功能函数和统计理论被转化成输出量的先验信息.先验信息和试验信息的融合则通过贝叶斯理论来实现.介绍了计算方法,通过算例分析了非试验信息对可靠度后验分布、试验次数以及可靠度评估结果的影响.