Multi-Symplectic Wavelet Collocation Method for Maxwell's Equations

In this paper, we develop a multi-symplectic wavelet collocation method for three-dimensional (3-D) Maxwell's equations. For the multi-symplectic formulation of the equations, wavelet collocation method based on autocorrelation functions is applied for spatial discretization and appropriate symplectic scheme is employed for time integration. Theoretical analysis shows that the proposed method is multi-symplectic, unconditionally stable and energy-preserving under periodic boundary conditions. The numerical dispersion relation is investigated. Combined with splitting scheme, an explicit splitting symplectic wavelet collocation method is also constructed. Numerical experiments illustrate that the proposed methods are efficient, have high spatial accuracy and can preserve energy conservation laws exactly.     

基于小波变换的多组分药物计算光度分析法

本文将小波变换与主成分回归法相结合，提出一种新的多组分药物计算光度分析方法。通过有效去除原始数据中所含的噪声，提高了多组分光度分析计算的准确性和稳定性。将其用于氯霉素、醋酸地塞米松以及尼泊金乙酯药物体系分析，与主成分回归法相比，分析计算结果总平均相对误差由１．４８％下降到０．４６％。     

Posteriori Error Estimation for an Interior Penalty Discontinuous Galerkin Method for Maxwell's Equations in Cold Plasma

In this paper, we develop a residual-based a posteriori error estimator for the time-dependent Maxwell's equations in the cold plasma. Here we consider a semi-discrete interior penalty discontinuous Galerkin (DG) method for solving the governing equations. We provide both the upper bound and lower bound analysis for the error estimator. This is the first posteriori error analysis carried out for the Maxwell's equations in dispersive media.     

Spectral Element Discretization of the Stokes Equations in Deformed Axisymmetric Geometries

In this paper, we study the numerical solution of the Stokes system in deformed axisymmetric geometries. In the azimuthal direction the discretization is carried out by using truncated Fourier series, thus reducing the dimension of the problem. The resulting two-dimensional problems are discretized using the spectral element method which is based on the variational formulation in primitive variables. The meridian domain is subdivided into elements, in each of which the solution is approximated by truncated polynomial series. The results of numerical experiments for several geometries are presented.     

Finite Element Analysis of Maxwell's Equations in Dispersive Lossy Bi-Isotropic Media

In this paper, the time-dependent Maxwell's equations used to modeling wave propagation in dispersive lossy bi-isotropic media are investigated. Existence and uniqueness of the modeling equations are proved. Two fully discrete finite element schemes are proposed, and their practical implementation and stability are discussed.     

光在苹果组织中传输的光谱特性

用Monte-Carlo方法模拟研究了激光波长632 nm与750 nm的高斯光束在苹果组织中传输的吸收、散射光谱特性。结果表明：高斯光束特殊的能量分布特性对激光在苹果组织中的传播有重要的影响,苹果组织对750 nm激光的反射、吸收、透射都较低,有更多的光子在组织内部与组织相作用,能够更清楚的反映组织内部信息。因此,在生物组织中近红外光波的传输性比较好,便于应用于研究生物组织。     

挥发性盐基氮的光谱分析方法

报道了一种挥发性盐基氮(TVB-N)测定方法。通过奈斯勒试剂处理的分子筛吸收挥发性盐基氮,形成NH₂Hg₂IO固相显色体,采用漫反射光谱装置直接测定。探讨了测量原理、条件及影响因素,表明该方法具有操作方便,灵敏度高,试剂用量少等优点。方法的线性范围为1～8 μg·mL-1,检测限达0.1 g·mL-1。用于鱼、肉食品新鲜度的监测,发现鱼肉随放置时间的延长,挥发性盐基氮迅速增加,表明鱼肉的腐败变质是一个加速过程,并且鱼的变质速率相对猪肉更快一些。     

Mathematical Simulation of Cloaking Metamaterial Structures

In this paper we present a rigorous derivation of the material parameters for both the cylinder and rectangle cloaking structures. Numerical results using these material parameters are presented to demonstrate the cloaking effect.     

光谱反射比的实际删节方法研究

为了将测量间隔较小的光谱反射比数据删节或者压缩成间隔较大的数据,给出了三种方法,即：直接选取法、线性删节法和三阶删节法,并对其特性进行了仿真验证.从仿真的结果可以看出：若将测量间隔为5 nm的数据压缩成间隔为10 nm、20 nm或30 nm的数据,则采用三阶删节方法误差最小;若将测量间隔为10 nm的数据压缩成间隔为20 nm或30 nm的数据,则直接选取法似乎结果更好一些.另外,还给出了三阶删节方法与"向量子空间法"在光谱图像压缩方面的特性比较,比较的结果发现,三阶删节方法要比"向量子空间法"更好一些.可以看出,删节方法无论是对光谱反射比的删节还是对光谱图像的压缩,其结果都能很好的满足工业需求.     

Letter: A Solution of the Weyl–Lanczos Equations for the Schwarzschild Space-Time

The spin coefficient form of the Weyl–Lanczos equations is analysed for the Schwarzschild space-time. The solution obtained yields an alternative form of Lanczos coefficients to the one currently known for this particular metric.     

正常星系光谱的一种谱线自动提取方法

正常星系的光谱是天体光谱谱线自动提取中最难处理的一种。文章针对正常星系光谱给出了一种新的谱线自动提取方法。首先,定义了两条光谱间的Max操作,Max操作的结果是生成了一条光谱,该光谱在每个波长处的强度取为在相应波长处强度较大的那一个光谱的强度;然后,通过迭代处理拟合连续谱,在每一步迭代中,先对原始光谱和前一步拟合出的连续谱进行Max操作,再对Max操作生成的光谱进行传统的连续谱拟合;最后,联合采用整体阈值处理和自适应的局部阈值处理提取谱线。实验结果表明：该方法的性能较之传统的小波方法有显著提高,这将对后续的基于谱线的光谱分类和参数测量非常有利。     

一种光谱识别的新方法

提出了一种对光谱信号识别的新方法。针对光谱信号的特征 ,我们设计了基于径向基函数神经网络组成的统计混合模型 ,并构造了识别系统的代价函数。通过优化系统的代价函数 ,导出了类EM算法去估计混合模型的参数 ,从而构建对光谱特征识别的识别器。利用实际的拉曼光谱 ,对本文所提出的估计模型参数的算法与建立的光谱识别器进行了检验。我们还讨论了利用特征波长与相应的光谱强度 ,以及利用主分量分析组成输入特征矢量 ,及其这些输入特征矢量对光谱识别器应用的效果。实验结果表明 ,所提出的算法可以有效地估计模型参数 ,其建立的光谱识别模型具有较高的识别准确率。所提出的对光谱信号识别的方法通用性强 ,因此具有较为广阔的应用前景。     

Mathematical Simulation of Metamaterial Solar Cells

In this paper, we propose several solar cell designs based on metamaterials. Extensive numerical simulations of various designs with different materials are carried out. Our tests show that metamaterial solar cells are quite efficient, and over 80% and 90% absorption rates can be attained for solar spectrum and visible rays, respectively.     

基于新型光谱相似度量核的高光谱异常检测算法

提出一种新型光谱相似度量核函数,并应用于高光谱异常检测.由于高斯径向基核函数是基于光谱向量间欧式距离的度量,其对于光谱向量间距离变化的适应性较强,而对于因光照强度变化,阴影和遮挡等引起的同种地物光谱变化的适应性较弱,使得基于高斯径向基核的高光谱异常检测算法性能下降.为解决该问题,从光谱曲线形状描述出发,基于光谱相似度量提出了光谱相似度量核函数.通过理论分析和真实高光谱数据异常检测实验检验,实验结果说明相对于高斯径向基核函数,光谱相似度量核函数具有一定的优越性,能改善基于核方法的高光谱异常检测算法的性能.     

光谱拟合矩阵投影-卡尔曼滤波法校正稀土基体对钙光谱干扰的研究

在高纯稀土ICP－AES分析中,稀土基体光 地痕量钙的光谱干扰是影响钙分析准确度的主要原因。本文提出光谱拟合矩阵投影－卡尔曼滤波来校正峰形简单的稀土基体峰对钙峰的光谱干扰,并把此法用于校正高纯稀土氧化铽和氧化镝对痕量钙的光谱干扰,取得了满意的结果。     

基于高阶残差量化的光谱二值编码新方法

光谱二值和多值编码技术能够实现目标光谱的快速匹配、识别和分类等应用,但这类量化编码方法会损失大量的光谱细节信息,且不能解码出与原始光谱近似的重构光谱,应用有限。为了解决上述问题,提出一种高阶残差量化的光谱编码新方法HOBC(high-order binary coding)。首先,对光谱向量进行去均值的规范化处理,得到值域为(-1, 1)的光谱序列;然后,求解规范化光谱的±1编码、编码系数和残差（即一阶残差）;基于一阶残差,逐阶解算2至K阶残差的±1编码及其系数;最后得到K个编码序列及其系数,即为HOBC的编码结果。选择典型波谱库数据集,对比光谱0/1二值编码BC01(binary coding with 0 and 1)、光谱分析编码SPAM(spectral analysis manager)、二值/四值混合编码SDFC(spectral derivative feature coding)和DNA四值编码等4种方法,进行了光谱量化编码和解码重构实验,分别统计了光谱形状特征和斜率特征编码的信息熵和存储量、光谱形状特征编码与原始光谱之间的光谱矢量距离SVD (spectral vector distance)、谱间Pearson相关系数SCC (spectral correlation coefficient)和光谱角SAM (spectral angle mapping)。结果表明,在编码存储量上,HOBC的1～4阶编码分别与以上4种编码相等;在编码信息熵上,HOBC的1～2阶编码分别与BC01和SPAM相等,而HOBC的3～4阶编码分别高于SDFC和DNA编码;在SCC上,HOBC1阶编码与BC01相等,而2～4阶编码均分别优于SPAM,SDFC和DNA编码;在SAM方面,HOBC 1～4阶编码均分别明显优于4种对比方法;4种对比方法不能明确解码重构,而HOBC可简便重构出与原始光谱近似的解码序列,且SVD逐阶递减。进一步,基于临泽草地试验站公开光谱数据集,进行了10类地物目标的光谱编码和监督分类实验,实验结果表明,在Kappa系数,总体分类精度和平均分类精度等3种性能评价指标上,HOBC均明显优于4种对比方法,尤其是,HOBC 4阶编码优于原始光谱的分类性能;对样本数量较少且类间相似性较高的难分类地物,HOBC亦具有优于其他算法的鲁棒性。说明HOBC编码在大幅压缩数据量的同时,其编码序列能保留较高的信息量,且具有较高的光谱可分性,可用于光谱高精度快速识别和分类;其解码重构序列与原始光谱序列具有较高的相似性,理论上可适用于目标识别和分类等应用。     

精确测量石英晶体旋光率的光谱分析法

提出一种精确测量石英晶体旋光率的光谱分析法。利用光学矩阵方法对测量原理进行了分析,指出通过测量由两个平行放置的偏光镜和石英晶体所组成系统的透射曲线就可以精确计算出石英晶体的旋光率;并利用分光光度计设计实验,验证了该方法的正确性。对实验数据进行了处理,拟合出了旋光色散方程,对比Lowry的公式,所得出的公式在可见光范围内的更为精准。对实验数据进行了误差分析, 结果表明：选取厚的石英晶体,长的测量波段、低的扫描速度、小的狭缝宽度都有利于提高测量精度。     

基于新型光谱相似度量核的高光谱异常检测算法

提出一种新型光谱相似度量核函数,并应用于高光谱异常检测.由于高斯径向基核函数是基于光谱向量间欧式距离的度量,其对于光谱向量间距离变化的适应性较强,而对于因光照强度变化,阴影和遮挡等引起的同种地物光谱变化的适应性较弱,使得基于高斯径向基核的高光谱异常检测算法性能下降.为解决该问题,从光谱曲线形状描述出发,基于光谱相似度量提出了光谱相似度量核函数.通过理论分析和真实高光谱数据异常检测实验检验,实验结果说明相对于高斯径向基核函数,光谱相似度量核函数具有一定的优越性,能改善基于核方法的高光谱异常检测算法的性能.     

解FOKKER-PLANCK-LANDAU方程的谱方法

利用谱方法和FFT技术对等离子体中带电粒子输运Fokker-Planck-Landau方程进行数值求解,研究空间均匀条件下粒子相空间分布函数随时间的演化.数值计算表明,所用计算格式能够很好地满足粒子数、动量和能量守恒要求,FFT技术的采用也使得运算工作量大为降低.     

基于稀疏表示的谱线自动提取方法

谱线提取在光谱分析中起着非常重要的作用,它对后续的光谱分类和参数测量有着直接的影响。文章提出了一种基于稀疏表示的谱线自动提取方法。首先,用基于稀疏表示的小波去噪方法去除噪声,该方法通过对光谱信号对应的小波系数进行稀疏化处理来达到去噪的目的,其优点是在处理小波系数时虽然将其作为整体进行考虑,但依然能保持小波系数的局部特性不变,所以在去噪的同时很好地保持了特征谱线的信息。其次,利用小波变换与样条拟合相结合的方法拟合出较为满意的伪连续谱,该方法在拟合过程中,先将强谱线扣除掉,从而使得拟合结果非常接近真实的连续谱。最后,通过对归一化后的谱线光谱设置自适应局部阈值来提取特征谱线。实验结果表明该方法切实有效。