光谱辐射测量仪器温度修正方法的研究及验证

光谱辐射定标是光学遥感仪器研制中的关键环节。深入分析实验室定标的光谱辐射测量仪器至户外应用的不确定度来源，环境温度是限制仪器户外高精度测量的最主要因素之一。传统的光谱辐射度实验室定标通常在室温（~25 ℃）下进行，而户外光谱辐射测量处于不同温度环境，严重影响仪器测量的准确度。设计搭建实验测量系统，采用遥感辐射领域常用的光谱辐射测量仪器，研究环境温度对光谱辐射测量的影响。实验结果显示：常用光谱辐射计（CR-280）的测量结果受温度影响明显，在10～40 ℃之间变化时，仪器光谱辐射亮度测量值在400～700nm波段内的偏差为±5%左右，而700～1 050 nm内的偏差高达±15%左右。这主要由于仪器采用硅探测器，红外波段恰好与硅的带边接近，硅探测器易受温度影响，温度增加硅的带边会向长波方向移动，光谱辐射计的响应度也随之增加。基于实验数据统计分析，提出一种适用于不同类型光谱辐射计的温度修正方法，相对于传统的斜率/截距（S/B）算法适用性更广，还可由公式计算出任意温度下的修正结果。修正后CR-280红外波段的偏差（950 nm左右）由±10%降低为±1%，明显减小了因户外使用与实验室定标温度不同造成的测量结果偏差。此外，利用不同类型光谱辐射测量仪器（Avantes及SVC HR-1024）对温度修正方法进行验证。环境温度变化时光谱仪Avantes（VIS/NIR）的测量结果存在较大偏差（1 060 nm高达±17%）。通过温度修正方法运算，仪器修正值与定标值的偏差在±1%以内。光谱辐射计（SVC HR-1024）不同波段的测量值，与定标值的偏差受温度影响不同。这主要由于：仪器由Si、制冷型InGaAs及扩展InGaAs探测器组成，Si探测器受温度影响大，950～1 000 nm波段测量值与定标值的偏差高达±10%。而制冷型InGaAs可有效控制探测器温度，受温度的直接影响相对小。但随温度增加，InGaAs探测器制冷效果受限（制冷最佳工作温度为20 ℃），测量结果产生偏差（1%~3%）。同样，利用温度修正公式对不同温度下SVC HR-1024的测量结果进行修正运算，仪器因温度变化引起的偏差可降低至±1%以内。     

离散数学的翻转课堂教学法研究

离散数学是计算机专业的重要的基础课程.但是离散数学课程抽象难懂、教学模式单一、理论实际结合能力差,从而影响了这一课程的教学效果.为了提升离散数学的教学效果,面向学生翻转课堂的教学模式被引入.翻转课堂通过视频、示例或者项目、以及拓展等方式充分发挥学生为中心,教师辅助的教学理念,提升学生学习的主动性,提升离散数学的教学效果,为后续计算机专业课程奠定良好的基础.     

Tracking and reconstruction methods for moving-interfaces

A simple, efficient and accurate high resolution method to tracking moving-interfaces——the characteristic integral-averaging finite volume method on unstructured meshes is proposed. And some numerical tests and evaluation of six main efficient methods for interface reconstruction are made. Through strict numerical simulation, their characters, advantages and shortcomings are compared, analyzed and commended in particular.     

J-TEXT 托卡马克高速单色成像系统研制

在 J-TEXT 托卡马克上研制了一套高速单色成像系统用于研究等离子体杂质行为与磁流体力学(MHD) 不稳定性之间的关系。用 STRAH 代码模拟估算了碳杂质(CV227.09nm,CIII464.7nm)辐射强度。采用光纤耦合方 法设计了系统光路结构,光路覆盖高场侧区域 0.3a~0.95a(a 为小半径),其空间分辨率为 1.3cm。选用光电倍增管 (PMT)作为系统的探测器,结合跨阻电路与有源滤波器的电路方案,系统实现 5×10⁵VA^-1 电流增益,其电路带宽 为 100kHz,时间分辨率达到 10μs。初步实验结果表明,系统可以监测到 J-TEXT 中等离子体 MHD 不稳定性放电 中 CV 分布的变化。      

基于高光谱成像的小麦白粉病与条锈病识别

小麦白粉病和条锈病是我国两种最普遍、最具破坏性的小麦病害，且田间常常混合发生。由于病源和发病机理不同，有必要对这两种病害进行准确区分和识别，以采取不同的防治措施。基于ImSpector V10E高光谱成像系统采集的条锈菌侵染叶片、白粉菌侵染叶片和健康叶片(共计320个)在375～1 017 nm范围内的高光谱图像，利用高斯平滑等预处理方法得到三种小麦叶片的平均光谱曲线，发现小麦白粉病和条锈病的敏感波段均集中在550～680 nm的色素强吸收位置，且趋势基本一致。针对两种病害的响应波段交叉重叠的问题，通过主成分分析-载荷法(PCA)、连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS)对小麦叶片的光谱信息进行有效降维，分别优选出3、6、30个敏感波段和特征波长；在此基础上，采用最小二乘-支持向量机和极限学习机两种分类算法分别基于全波段、PCA、SPA和CARS的优选波段，建立白粉病、条锈病和健康叶片的判别模型。结果表明，8种模型的准确识别率均在94.58%以上。其中，主成分分析-载荷法结合极限学习机模型最优，训练集与校正集的正确识别率分别为99.18%和100%，且结构简单，仅含有三个变量(占全波段的1.1%)。最后，通过对小麦白粉病、条锈病以及健康叶片的显微结构分析，发现病菌入侵叶片，破环细胞结构，导致叶绿素含量减少，光合作用效能降低,进而使得小麦在可见光波段光吸收程度减弱，反射率增大。可见，利用作物的高光谱图像信息能够准确地识别不同类型的小麦病害，为研发作物病害在线识别的多光谱系统提供重要的理论依据。     

应变梯度理论自然邻近混合伽辽金法

应变梯度理论考虑了位移二阶梯度对应变能密度函数的贡献，在本构关系中引入了与材料微结构特征尺寸相关的参数，可以唯象地解释尺度效应现象。基于约束变分原理，把位移与位移一阶梯度作为独立场变量，使用拉格朗日乘子法引入二者的协调关系，放松对试探函数连续性与完备性的要求，建立了二维及三维问题的应变梯度理论自然邻近混合伽辽金法。通过算例对方法的计算性能进行了考查，结果表明，该方法具有良好的数值精度，能够模拟材料力学性能的尺度效应。     

Advances in theoretical and experimental XAFS studies of thermodynamic properties,anharmonic effects and structural determination of fcc crystals

Thermodynamic properties, anharmonic effects and structural determination of fcc crystals have been studied based on the theoretical and experimental Debye–Waller factors presented in terms of cumulant expansion up to the third order, thermal expansion coefficient, X-ray absorption fine structure (XAFS) spectra and their Fourier transform magnitudes. The advances in these studies are performed by the further development of the anharmonic correlated Einstein model primary only for approximating three first XAFS cumulants into the method using that all the considered theoretical and experimental XAFS parameters have been provided based on only the calculated and measured second cumulants. The obtained cumulants describe the anharmonic effects in XAFS contributing to the accurate structural determination. Numerical results for Cu are found to be in good agreement with the experimental values extracted by using the present advanced method and with those obtained by the other measurements.     

Self-assembly of 5,11,17,23-tetranitro-25,26,27,28-tetramethoxythiacalix[4]arene with neutral molecules and its use for anion recognition

Methylation of 5,11,17,23-tetranitrothiacalix[4]arene with diazomethane leads to the tetramethoxy derivative, which was studied using single-crystal X-ray crystallography. It revealed that this compound, albeit in the 1,3-alternate conformation, can form the inclusion complexes with various solvent molecules possessing acidic methyl groups (ethyl acetate, nitromethane, acetone, acetonitrile) and creates interesting infinite channels filled with solvent molecules. The subsequent transformation of nitro groups into the ureido moieties gave receptors capable of anion recognition even in a highly HB-competitive solvent like DMSO.     

特征提取算法在福美双表面增强拉曼光谱定量分析中的应用

表面增强拉曼散射(SERS)技术具有快速、指纹效应与极低的检测限等优点,被越来越多地应用到有害污染物、有毒物质、危险物质的检测与分析中。在SERS光谱的测量过程中,易受基底、仪器、宇宙射线与测量环境等因素影响,出现波动现象,对后续的分析与检测造成较大的干扰。基于农药福美双SERS光谱数据,尝试利用多种特征提取算法,如主成分分析(PCA)、离散余弦变换(DCT)、非负因式分解(NMF),对光谱的主分量进行提取,以减弱光谱数据波动对其后续的定量分析结果的影响。然后将提取后的分量分别结合线性回归算法——偏最小二乘法回归(PLSR),非线性回归算法——支持向量机回归(SVR)建立定量模型。最后,利用5-折交叉验证方法对比不同特征提取算法在不同类型的回归算法下的效果。通过实验验证可知,SVR对福美双溶液的分析精度要明显高于PLSR,这主要是由于SERS光谱强度与被分析物浓度之间为非线性关系。同时针对两种类型回归算法,特征提取算法都能明显地提升了分析结果,主要是由于其提取了源数据的主体信息,去除干扰信息。其中在线性回归中使用PCA效果最佳,在非线性拟合中使用NMF结果最佳,分析误差最好时可降低近3倍。最优回归模型(NMF+SVR)的交叉验证均方误差(RMSECV)为0.0455μmol·L-1(10-6 mol·L-1),达到国家对福美双的检测标准,为农药快速检测提供一种新的方法。     

不同烟草生物质热解释放致香物质的研究

采用烟叶和烟梗为原料,使用热裂解气相色谱法对烟草的燃烧时间、燃烧温度进行控制,精确模拟实际烟草致香物质释放环境,精确捕获、并半定量物质,从而在实验室模拟、分析、研究烟草燃烧物中致香物质的组成和特点。研究分别考察了两种生物质在500℃、550℃下释放的致香物质组成。结果表明,烟梗、烟叶中元素组成中硫、氮两种元素含量低,而C/H比值两种烟草生物质均较高。两个热解温度下烟叶的热解产物中致香物质的含量均明显高于烟梗。升高热解温度均有利于获得更高相对含量的热解成分。烟叶热解产物中烯烃类物质相对含量比烟梗中多,而烟梗热解产物中酚类物质含量比烟叶中多。提高热解温度有利于酮类致香物质含量产生。