基于波前传播时间插值的三维声线追踪算法

研究了先正向计算波前传播时间,再根据波前传播时间反向确定声线路径的三维非均匀介质声线追踪算法。在正向步骤,根据程函方程,使用基于水平集的GMM(Group Marching Method)波前扩展算法,从声源开始,逐步计算离散介质网格节点上的波前传播时间。在反向步骤,利用正向步骤计算出的网格节点上的波前传播时间,从接收点开始,向声源方向逐单元追踪声线路径。在每个长方体单元内,首先把任意点上的波前传播时间用该单元网格节点上的已知波前传播时间的线性插值函数来表示,再根据Fermat原理,提出了确定三维声线路径的方法。实验结果表明,本文方法提高了三维声线追踪的精度和计算速度。     

扰动声线声压敏感核用于浅水前向散射小目标定位

针对收发合置声呐在浅水信道中对小目标的定位能力受强混响制约的问题,开展了利用目标前向散射的声屏障实验研究,通过计算扰动声线的声压敏感核实现了在自然环境中、非等声速条件下的小目标定位。扰动声线的声压敏感核反映的是因目标进入探测区域而扰动到的声线所包含的目标位置信息.首先,从众多本征声线中确定可以用于目标定位的扰动声线;然后,利用扰动声线的声压敏感核的空间特性实现定位。将该定位算法用于湖试数据,实现了利用20~28 kHz的线性调频信号对直径0.4 m目标球的定位。并且通过比较不同参数假设下的计算结果,发现该定位算法对于目标材质和尺寸的失配均具有较好的鲁棒性.     

求三维本征声线的一种新方法

本文采用\     

一种考虑声线弯曲的温度场重建算法

声波在非均匀温度场中传播时会由于声波的折射而产生声线弯曲现象。为提高非均匀温度场声学CT (Computer Tomography)重建精度,提出一种考虑声线弯曲的重建算法。首先用最小二乘法获得一个不考虑声线弯曲的重建温度场,然后用打靶-插值法确定本征声线出射角,用三角形前向展开法追踪声线,获得此温度场中声波发射/接收器间的本征声线,建立本征声线上声波传播时间与温度分布间的关系,进而实现考虑声线弯曲的最小二乘法温度场重建。单峰、双峰温度场仿真重建结果表明:所采用的本征声线追踪法计算简单运行速度快;考虑声线弯曲后,可明显提高温度场重建精度。因此所提重建算法能更好地适应实际温度场重建需求。     

大气湍流三维波前探测模式层析算法分析

大气湍流三维波前探测是实现多层共轭自适应光学技术的关键和前提. 对湍流三维波前探测中最常用的模式法层析技术进行理论研究与分析, 提出该算法存在原理性限制, 并基于此对模式法层析技术产生误差的原因展开分析, 最后针对不同类型的模式层析重构误差给出数值仿真实验结果.分析表明, 模式层析重构中使用了Zernike分解基的一部分作为新的分解基进行波面拟合, 从而引入模式混淆和模式耦合两个方面的误差; 部分Zernike分解基不相关是避免模式混淆误差的必要条件, 模式耦合误差则无法避免. 最后结合仿真结果提出大视场探测、小区域重构的方法, 很好地抑制了模式耦合误差. 关键词： 三维波前探测 大气层析 模式法 误差分析     

不同插值算法在波前构建射线追踪中的应用与对比

针对波前构建法射线追踪中遇到的波前非网格节点处速度及速度导数的插值问题,对比分析目前在数字地形、数字导航中常用的几种插值算法(邻近域、双线性、分片线性、二维三次卷积)的插值误差.并结合波前构建法的特征,针对不同的插值算法,采取合理的程序设计思想,对同一模型应用不同的插值算法进行射线路径和计算效率的对比.通过对比分析可以得出,在波前构建法射线追踪中应用二维三次卷积插值,不但提高了射线路径的准确度,而且提高了射线追踪的效率,为下一步做偏移成像提供了精确的数据.     

基于标准序列浮动前向特征选择的改进算法研究

随着信息技术的高速发展,信息特征的表述方法和内涵不断扩充,高维特征大幅涌现。这些高维特征中可能存在许多不相关和冗余特征,造成了维度灾难,对分类识别算法提出了更高的要求,需要利用特征选择算法,降低特征向量维数并消除数据噪音的干扰。针对高维特征向量引入的维度灾难等问题,围绕目标分类识别的具体应用,对标准的序列浮动前向特征选择算法进行了研究,并通过优化正确分类样本数目的置信上限及交叉验证的重复次数,提出了一种改进的序列浮动前向特征选择算法。通过仿真实验表明,在利用贝叶斯分类器开展识别时,改进算法能够在确保分类识别正确率的前提下,有效提升特征选择的计算速度,并随着特征选择步骤的增加,能够维持一个相对更为收敛且稳定的置信区间,具备良好的准确度。     

基于预条件LANCZOS算法快速实现三维地电场正演计算

针对三维地电场正演计算过程中形成的超大规模稀疏线性方程组,采用不完全Cholesky分解方法进行预条件处理,经过条件数改善后形成的新线性方程组的系数矩阵变为一个近似的单位矩阵,再应用Lanczos算法将会提高数值计算的稳定性,加快迭代收敛的速度,通常在迭代次数远小于系数矩阵阶数时就能得到较好精确解的近似值,为下一步的电阻率三维反演计算打下了非常好的基础.     

基于光场成像的三维粒子追踪测速技术

将光场成像理论与三维颗粒追踪测速(PTV)技术相结合,实现了单相机三维流场的测量。结合高斯光学和相似原理,推导出了深度与最优重聚焦系数的关系。搭建了光场标定与流场测量系统,提出基于光场成像理论模型的深度标定方法,并与泰勒多项式拟合方法进行对比,证明了其具有较高的稳健性。利用清晰度最大原理,获得原始光场图像的全聚焦图,采用最小特征值角点检测算法对全聚焦图上的颗粒进行定位,结合三维粒子追踪技术,得到颗粒的三维速度。形成了光场PTV的图像处理流程,并对后向台阶流场进行了实测,结果表明光场PTV技术能够较好地测量三维流场。     

基于相位追踪的水中物体三维面形测量

提出一种基于相位追踪和光线迫迹算法测量水中物体三维形貌的新方法.该方法利用正弦面结构光来记录物体的三维面形数据,首先由投影仪投出止弦条纹图来调制淹没于水中物体的三维信息,摄像机拍摄获得物体表面的变形条纹图,然后利用相位追踪算法确定投影条纹和变形条纹之间的对应点,最后对相应的匹配点对进行光线追迹计算后,可以恢复出物体的三维形貌.由于使用面结构光进行测量,无需移动装置来实现对物体的一维或二维全场扫描,这样既节约了经济成本又缩短了测量时间.利用该方法进行了实际测量,得到了较好的重建结果,证明了本方法的正确性和可行性.     

国外核弹头销毁前的核查与追踪技术

为了真实削减核弹头，核查的健全措施必须保证：（1）除一致同意的数量外，不得在库存中增加任何核弹头（衡算）；（2）对于行将拆卸的弹头，必须建立一套完整的库存保管措施（来源）；（3）要拆卸的弹头，必须得到确认（认证）；（4）拆卸过程尽可能做到不可逆（处置）。     

基于匹配追踪算法的激波信号特征提取

针对时域重叠、噪声混合等情况下从多弹头激波信号中提取时延特征参数问题,利用匹配追踪(Matching pursuits,MP)算法的自适应分解特性对激波混合信号进行特征提取,并针对运行时间长和内存占用大等问题提出"粗提取—精提取"两步改进算法,通过"粗提取"获得各个激波信号的长度,触发位置等先验知识,利用"分库"、"总库"思想重构过完备原子库进行精提取。仿真结果表明,该改进算法不仅能以较高精度提取时延特征参数,而且能有效提高提取速度和减小内存占用。     

正交匹配追踪算法的近红外光谱定量分析

压缩感知(CS)是一种新兴的信号压缩和采样技术,正交匹配追踪(OMP)是一种贪婪追踪算法,广泛用于压缩感知领域中的稀疏信号重构.针对近红外光谱信号高维小样本以及信号稀疏先验的特点,为进一步提高小样本近红外光谱变量选择的灵活性和可靠性,基于压缩感知理论,提出了一种新颖的光谱变量选择方法正交匹配追踪变量选择(OM PBVS...     

基于体素锥追踪的全局光照算法

提出一种全局光照的计算方法,使用体素结构存储简化场景的光照信息,并通过体素锥追踪方法来收集光照信息,计算间接光照。在计算过程中,每帧只更新动态场景的体素结构,既可以支持动态光源,又避免了更新静态场景的时间消耗。通过各向异性过滤生成的方向性层级结构,将简化的体素场景及光照信息压缩存储在三维纹理的渐近贴图中,从而减少存储开销。利用体素锥追踪收集体素结构中存储的出射辐射度及遮蔽值来计算环境遮蔽、软阴影等全局光照效果。实验结果表明,所提方法可计算多种全局光照效果,并具有较好的绘制效率,在复杂的场景下单帧时间少于33.3 ms。     

基于匹配追踪的拉曼光谱信号重构算法

拉曼光谱技术是一种高灵敏度、无损伤、振动分子光谱技术,在医药、生物、分析化学等诸多领域有着重要的作用。然而,由于拉曼散射强度低,实际测得的拉曼信号容易被噪声所污染。特别是在较短的曝光时间,收集到的拉曼光谱的信噪比很低。因此,提出了一种基于匹配追踪算法的信号重构方法,用于提取低信噪比的拉曼信号。该方法首先通过阈值循环迭代的方法在平均谱上找出特征峰的位置、估计峰的区间。根据峰的位置区间等信息,用高斯密度函数生成字典。在噪声谱上,根据特征峰位置和区间,将其区分为有信号区间和无信号区间,在有信号区间上利用匹配追踪算法重构被噪声所掩盖的拉曼信号。该算法不仅能够很好的逼近掩盖在噪声中的拉曼信号,且在重构信号的过程中也会对基线进行扣除,无须作基线校正处理。在仿真和实验中对该算法与常规算法进行了比较,结果证明,该算法在低信噪比条件下能够较好的恢复拉曼信号。该算法不同于传统光谱去噪算法,能同时对拉曼光谱进行了基线扣除以及噪声的处理,且能取得较为理想的结果,不需要使用不同的算法对基线和噪声分别处理。其次,在算法上我们创造性地将匹配追踪算法用于拉曼光谱信号的稀疏逼近求解。     

改进的正交匹配追踪图像快速重建算法

传统采样需要的采样间隔小,当信号过长时会增加采样量,消耗过多的时间,占用更多的存储空间。提出了以Daubechies小波变换基作为稀疏变换基,用高斯随机矩阵作为观测矩阵,采用基于Dice匹配准则的正交匹配追踪算法作为恢复算法对图像进行重建。在分析了正交匹配追踪算法的特点后,提出了一种基于Dice匹配准则的改进的正交匹配追踪算法。该算法在原子匹配过程中将几何平均值用算术平均值替代,使重要成份在向量中的作用更加突出,能更准确地从字典中挑选出与残差向量最匹配的原子。仿真结果表明,该算法在相同的观测条件下,能减少重构误差,可将图像的重构质量提高2%左右,重构概率提高7%左右,有较高的应用价值。     

改进的正交匹配追踪的语音增强算法*

为了提高传统正交匹配追踪（Orthogonal Matching Pursuit,OMP ）算法的语音增强性能和运算速度,本研究基于稀疏编码理论,提出了一种改进的OMP算法的语音增强算法。其一,将K-奇异值分解（K-singular value decomposition,K-SVD）算法与OMP算法相结合,通过设置能量阈值的方法,提高OMP算法的语音增强性能;其二,通过改进传统OMP算法中信号稀疏逼近的计算方法,提高算法的运算速度。改进的OMP算法的语音增强算法与传统K-SVD语音增强算法相比,采用PESQ评价增强语音的质量,NCM评价语音的可懂度。在NCM的值基本保持不变的情况下,PESQ的值平均提高约12.47%,取得了更好的增强效果。取得了更好的增强效果。改进的OMP算法的运算速度与传统OMP算法相比提高近一倍。     

基于三维射线追踪和HITRAN数据库的透过率仿真计算

星光掩星技术中,利用三维射线追踪方法模拟从地面到110 km高度红外辐射在大气中传输的路线。其中,设置频率为3.95×10~(14) Hz,地球形状为椭球状,模型为中性大气,且已知在地固系中目标恒星的三维位置坐标和低轨卫星轨道数据。再利用HITRAN数据库中高分辨率的氧分子吸收线参数,包括吸收线强度、低能态能量等,以天狼星的红外光谱作为原始的接收光谱,即去除地球大气的吸收散射等的作用,光谱能量随着波长的增大而降低,计算接收光谱在近红外氧气分子吸收A带(755～774 nm)的透过率。考虑到仪器小型化,选择氧气的特征吸收谱线760和762 nm,计算两谱线位置的大气透过率随高度的变化,并通过透过率计算接收光谱的信噪比,进行仪器设计的指导。另外,由于大气折射作用,必须将所得透过率进行折射修正。通过仿真计算可知:利用近红外波段755～774 nm,计算了80, 100和110 km三个高度的大气透过率,其随高度的逐渐增高而趋近于1。相比0.2 nm光谱分辨率, 0.1 nm分辨率条件下大气透过率的变化范围更大,为0.28～1,在110 km透过率为0.987,且探测的精确度可小一位。折射引起的透过率在60 km以上等于1,因此60 km以上可以忽略大气折射对大气透过率的影响,无需进行折射修正。利用760和762 nm的特征吸收线,得到光强度信噪比均大于100,且当分辨率为0.1 nm时,光强度信噪比的值更小,说明氧气对光谱的吸收作用更强。两种分辨率条件下所得相邻两高度的光子数变化量差别不大且大于1。最后,根据以上结果,可确定望远镜、 CCD、光谱分辨率、积分时间等参数,用以研究和测试星光掩星的反演算法,形成探测氧气从地面到110 km高度数密度变化的小型化仪器,也可预先分析探测误差等。     

基于SURF算法的在线三维测量方法

提出了一种采用加速鲁棒特征算法匹配运动物体的特征点,实现在线三维测量的方法.该方法只需投影一固定的正弦光栅到在线运动中的被测物体表面上,使投影光栅线垂直运动方向,当物体每移动相同的距离,由CCD采集到相应的变形条纹图,从中提出对应的背景光场,借助SURF算法对各帧背景光场的物体进行特征匹配,即可获得一组具有等步相移量的等效相移条纹图,从而采用等步相移算法可重构出在线运动物体的三维面形.实验验证了该方法的有效性和可行性,并与在线FTP方法进行了比较,所提方法的平均绝对误差小于在线FTP方法的二分之一,均方根误差小于在线FTP方法的四分之一.