三曝光三相关PIV技术研究

对不等间隔三次曝光单幅记录的PIV粒子图像,本文提出一和中三相关位移诊断方法,三相关函数有两个次大峰,且不对称地人布在最大峰两侧,本方法可同时获得位移值及判别位移方向,可有效解决位移方向二义性问题,对线性涡流模拟粒子图像,应用本方法进行粒子位移诊断,结果证实了本方法对含涡复杂流动速度方向判别的有效性。     

Multivariate curve resolution-particle swarm optimization: A high-throughput approach to exploit pure information from multi-component hyphenated chromatographic signals

Multivariate curve resolution-particle swarm optimization (MCR-PSO) algorithm is proposed to exploit pure chromatographic and spectroscopic information from multi-component hyphenated chromatographic signals. This new MCR method is based on rotation of mathematically unique PCA solutions into the chemically meaningful MCR solutions. To obtain a proper rotation matrix, an objective function based on non-fulfillment of constraints is defined and is optimized using particle swarm optimization (PSO) algorithm. Initial values of rotation matrix are calculated using local rank analysis and heuristic evolving latent projection (HELP) method. The ability of MCR-PSO in resolving the chromatographic data is evaluated using simulated gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS) and high-performance liquid chromatography–diode array detection (HPLC–DAD) data. To present a comprehensive study, different number of components and various levels of noise under proper constraints of non-negativity, unimodality and spectral normalization are considered. Calculation of the extent of rotational ambiguity in MCR solutions for different chromatographic systems using MCR-BANDS method showed that MCR-PSO solutions are always in the range of feasible solutions like true solutions. In addition, the performance of MCR-PSO is compared with other popular MCR methods of multivariate curve resolution-objective function minimization (MCR-FMIN) and multivariate curve resolution-alternating least squares (MCR-ALS). The results showed that MCR-PSO solutions are rather similar or better (in some cases) than other MCR methods in terms of statistical parameters. Finally MCR-PSO is successfully applied in the resolution of real GC–MS data. It should be pointed out that in addition to multivariate resolution of hyphenated chromatographic signals, MCR-PSO algorithm can be straightforwardly applied to other types of separation, spectroscopic and electrochemical data.     

超声动态测距的一种直接数字解调处理方法

为了减少传统的相位差超声动态测距的复杂性,提出了一种基于直接数字解调的信号处理方法。运用STM32内部两路A/D同步采集超声测量信号与参考信号,对这两组信号数据通过最小二乘椭圆拟合方法,计算[-π,π]单周期范围内的实时相位差。在此基础上,对实时相位差进行解包裹运算,得到绝对相位差。最后,通过绝对相位差的变化量与距离变化量成正比的关系,计算出实时的动态变化距离值。实验结果表明:当目标速度不超过2.5 m/s时,该方法能够准确地将距离值直接解调出来,满足动态变化条件下跟踪测距要求。     

MCR-BANDS用于高光谱成像分辨中旋转模糊度的评估

自建模曲线分辨用来将双线性光谱数据矩阵分解成具有明确物理或化学意义的曲线,一方面反映了复杂体系中各个主成分对应的纯光谱,同时也能够解析得到其对应的相对浓度。这一方法在高光谱解析中充分发挥了其优势,成为了高光谱分析中的重要方法之一。然而,双线性结构数据多元分辨模型在约束不充分的条件下往往不能获得唯一解,这一问题是由顺序模糊、尺度模糊和旋转模糊引起,其中旋转模糊最难消除。在高光谱成像中,如果不能明确浓度分布情况,将导致在成像领域难以确认目标的准确位置或形貌。为了充分了解旋转模糊带来的影响,评估非唯一解情况下可行解的范围,并进一步为实际应用中需要解析获得的每个主成分的纯光谱或波谱信号,以及其对应的浓度信息提供客观的评估依据,在以往的研究中,研究人员分别使用网格法、蒙特卡洛法进行抽样,以计算曲线分辨结果中可行解的范围,也有科研人员使用了几何多边形内部和外围面积的形式表示结果,但是这些结果往往面临运算时间过长,或者无法实现高维可视化而不适用于大于四个主成分的数据等问题,而且通常这些方法很难将曲线分辨过程中施加的除非负约束之外的其他约束方法加以利用,导致可行解范围计算不准确。为了解决以上问题,采用MCR-BANDS对MCR-ALS（多元曲线分辨-交替最小二乘）分辨获得的结果进行了旋转模糊程度的评估,并将其应用到遥感高光谱成像的解析中。首先以美国地质勘探局矿物光谱库中的纯光谱为基础的模拟数据集对MCR-ALS和MCR-BANDS的结果进行了评测,在模拟数据中能够方便地控制噪声的影响,控制选取主成分之间的纯光谱差异、仿照真实环境中浓度渐变特征等因素,考查了特定条件下MCR结果中旋转模糊的水平。随后为了证实所用方法的可行性,进一步采用MCR-ALS分析了机载可见/红外成像光谱仪（AVIRIS）获得的遥感高光谱图像数据,并首次采用MCR-BANDS对MCR-ALS的分辨结果的旋转模糊进行了分析,实现了对遥感高光谱数据成像浓度分布的受到旋转模糊影响的可视化表示。可以发现真实解和MCR-ALS获得的可行解均在MCR-BANDS计算得到的可行解范围之内。结果表明,MCR-BANDS方法基于最大和最小的信号贡献对旋转模糊的范围进行计算,能够适用于不同主成分的体系中,并且完美对接MCR-ALS中使用到的诸如非负、单峰、封闭和选择性约束等。MCR-BANDS的分析结果可以为MCR-ALS的解析结果提供相应的旋转模糊水平估计,有利于对MCR-ALS结果的解释;在充分约束条件下,能够有效减少甚至消除旋转模糊对MCR-ALS分辨结果的影响,为精确确定遥感高光谱中解析得到的目标物位置提供了客观的范围。     

基于改进人工鱼群算法的DGPS整周模糊度快速固定

为提高DGPS整周模糊度的搜索效率,将改进人工鱼群算法引入模糊度固定解搜索环节。在解算中首先根据GPS双差载波相位观测方程,利用卡尔曼滤波估计模糊度浮点解,针对短基线解算问题,以基线长度为约束确定模糊度搜索范围,进而采用LLL降相关算法对模糊度浮点解作降相关处理,最后利用附加整数约束的改进人工鱼群算法搜索整周模糊度固定解。算例分析结果表明,在与遗传算法的100次对比实验中,改进人工鱼群算法搜索平均用时1.6617 s,比遗传算法缩短2.4987 s,算法搜索速度更快,搜索效率明显提高。算法的模糊度搜索成功率为92%,高出遗传算法9%,搜索成功率得到有效提升。因此,与遗传算法相比,改进人工鱼群算法能够更为快速地得到整周模糊度固定解,且具有更高的搜索效率和成功率。