光电经纬仪异面交会测量及组网布站优化设计

提出了一种基于空间两异面光轴公垂线估计目标真实位置及组网布站站址几何的优化设计方法.通过光电经纬仪观测目标方位角、俯仰角和基线长度,计算两光轴在待估目标上的两交点,得到目标位置的公垂线.依据两台光电经纬仪的测角准确度作为权系数,估计目标真实位置.通过误差仿真及定位准确度分析,研究了组网测量中交会角、方位角、高低角和基线长度对定位准确度的影响.     

方位和径向速度联合的浅海目标运动分析方法

提出了一种利用目标方位和径向速度联合的浅海目标运动分析方法。该方法克服了传统纯方位目标运动分析方法要求观测站机动的局限性。将浅海传播条件下径向速度的宽带和窄带估计结果与目标方位相结合,利用卡尔曼滤波原理得到了一种目标跟踪定位方法。仿真结果表明,在观测站非机动和低信噪比情况下,该方法利用单个观测站即能够对宽带或窄带的运动目标进行准确地跟踪定位。利用1996年5月的实验数据对算法性能进行了验证,估计结果与真实目标距离符合较好,距离跟踪误差在10%以内。      

平面阵的方位估计算法及其误差分析

提出了一种基于信号相位匹配原理的平面阵方位估计的奇异值分解(SVDSPM)算法.推导了方位搜索需要的时延计算的一般公式,仿真分析了几种典型平面阵的方位估计性能,仿真结果表明: SVDSPM方位估计算法的性能优于MUSIC算法;理论分析了目标距离、传声器位置误差和接收通道幅度和相位不一致性等对定向性能的影响;以十字平面阵为例,仿真分析了上述几种因素对方位估计精度的影响,仿真结果表明:当传感器安装误差小于10 mm,接收通道幅度不一致性小于1.5 dB,接收通道相位不一致性小于10°和目标初始俯仰角大于45°时,方位估计的标准差小于0.5°.     

虚拟源阵估计浅海目标噪声源强度

针对浅海目标噪声源强度测量估计受波导影响产生偏离的问题,提出一种虚拟垂直源阵浅海目标噪声源强度估计方法,通过被测目标噪声源在浅海波导中移动形成虚拟垂直源阵,利用简正波特征函数的正交性,消除浅海目标噪声场的干涉,以及声源和接收点深度对声源强度测量的影响,获取了更为接近自由场测量的目标噪声源强度估计。理论分析和数值仿真表明,浅海波导中采用本方法测量估计得到的目标噪声源自由场强度和预设真实值相近,同一噪声源在不同浅海波导测量估计结果相同。仿真结果证实了方法的可行性,并显示:南海某实际波导中, 100 Hz以上频段目标噪声源强度估计和真实值相差小于0.5 dB, 40 Hz至100 Hz频段,相差小于1.0 dB, 20 Hz误差约为3.0 dB; 30 Hz以上频段,同一源4种波导环境中测量估计值的标准差小于0.5 dB。文中还就所提方法的主要误差来源以及导致低频段误差增大的原因进行了理论分析和仿真。文中所提虚拟源阵方法,为提高水中目标噪声源强度的测量估计精度提供了一种思路,并可为波导参数的准确反演估计提供参考。     

联合方位-径向速度的粒子滤波目标运动分析

纯方位目标运动分析方法要求观测平台有效机动才能估计目标运动状态,针对这一问题,联合径向速度与方位角作为测量信息对目标进行运动分析,但基于卡尔曼滤波算法进行解算需要已知粗略的目标状态初始值,且收敛时间较长、误差较大,不利于目标实时跟踪.针对以上问题,提出了一种基于粒子滤波的方位径向速度联合目标运动分析方法,建立目标运动状态分析的粒子滤波算法模型,对目标位置和速度等运动要素进行估计.在目标初始状态未知的情况下,一定程度上缩短了收敛时间,减小了估计误差,海试数据处理结果显示:相同条件下,与原有方法相比,本文所提方法收敛时间从35.1 min缩短至30.0 min;跟踪精度从6.1%提高至3.8%,且无需已知目标状态初始值。      

基于能量强度测量的多声源目标位置线性估计方法

基于能量强度的多声源定位模型,本文提出了一种声源发射能量强度未知下的多声源目标位置线性估计方法。将多声源定位模型转化为线性最小二乘估计问题,估计方法以代数解形式表示多声源目标位置初始值。对初始估计值进一步优化,得到了精确的多声源目标位置估计值。该定位计算方法将定位结果以代数解形式表示,避免了数值计算过程中因初始解选择不当而导致的局部最优问题。仿真测试了所设计算法的定位精度,并由此分析了噪声及声音能量强度增益对定位误差的影响。结果表明优化后的计算结果较初始估计值有较大改进,在一定噪声范围内其定位精度可以接近于克拉美罗（CRLB）下界值。     

基于白光干涉的光学薄膜物理厚度测量方法

设计了一套利用白光干涉理论测量薄膜厚度的系统,主要包括迈克耳孙白光于涉系统和光纤光谱仪.对干涉信号进行频域分析,结合拟合测试与理论能量曲线的方法并选择合适的目标函数,进一步精确反演得到待测薄膜样品的物理厚度,使用上述方法对多组不同厚度的薄膜样品进行计算,并对结果进行了详细的精度及误差分析.将本实验装置测试所得到的数据与传统的光度法相比较,结果表明使用该测试方法测量光学薄膜物理厚度的误差可以小于1 nm.与传统的光度法和椭偏法相比,提供了一种测量光学薄膜厚度的较为简单、快速的解决方案,同时保证了较高的精度.     

圆合成孔径声呐多点定位运动补偿

圆合成孔径声呐(CSAS)的成像性能受平台运动误差影响而下降,利用单侧回波可估计CSAS基阵的斜距误差,但单侧回波在小测绘带时无法估计升沉误差,针对此问题,提出了一种利用单侧回波信号的声呐平台三维运动估计和补偿方法。首先,对CSAS在不同观测角度的目标回波取极大值获得目标回波的到达时间;其次,基于多个点目标的到达时间建立CSAS三维定位模型;然后利用列文伯格-马夸尔特方法对声呐三维坐标进行估计;最后将位置估计结果与时域反投影成像方法结合实现对目标的成像.仿真结果表明:该方法能精确估计声呐平台运动误差,其空间坐标的估计误差小于仿真信号波长的1/8,从而精确补偿了CSAS在不同空间采样点上的阵元回波时间差,显著提高了目标成像质量。湖上试验结果表明,该算法能够实现对CSAS的运动误差补偿。仿真和试验结果均验证了方法的可行性和有效性。      

基于广义正交迭代算法的立体视觉定位

提出了一种新的基于广义正交迭代算法的立体视觉定位.该算法通过提取CenSurE局部特征和相应的U-SURF描述符,采用SAD方法进行子像素立体匹配,并利用U-SURF描述符匹配进行前后帧图像特征跟踪.在RANSAC框架下对匹配点进行3D-3D运动估计获得了运动参量的初始值.由于3D-3D运动估计使3D点集间欧式距离误差最小,而3D特征点坐标受噪音影响很大,因此运动估计误差也较大.本文把广义正交迭代算法应用到立体视觉定位方法中,得到使立体相机目标空间共线性误差最小的运动估计参量,由于共线性误差比3D-3D运动估计算法中的共点误差受噪音影响更小,从而大大较少了运动估计误差.仿真实验和户外真实实验表明：本文算法获得了较高的计算准确度、鲁棒性和实时性,优于传统方法.     

单声阵列的低空目标轨迹估计方法

针对低空飞行目标轨迹估计问题,提出了一种单传声器阵列的目标运动轨迹估计方法。该方法利用窄带信号的多普勒效应估计出匀速直线运动目标飞行参数,结合波达方向估计计算目标的轨迹方向、水平偏置和高度,依据几何模型确定其运动轨迹,并对信号传播时延造成的估计误差进行修正。仿真和实验结果验证了算法有效性,实现了小孔径单声阵列对目标轨迹的估计。      

近红外光谱谱线特性对物质浓度分析误差影响的研究

为解决近红外光谱法分析物质浓度过程中缺乏可测度分析而导致测量过程存在一定盲目性问题,研究在已知测量条件、样品种类、被测组分以及建模分析方法的条件下,利用近红外光谱谱线特性作为参数,在大量样品近红外光谱采集和标准法测得浓度数据等工作前,对被测物质浓度的分析误差做大致估算。经过大量尝试和试验提出等效信噪比（ESNR）和谱线重叠系数（OC）两个重要参数,其中ESNR反映待测组分吸光度占总吸光度的比重,而OC则反映待测组分近红外光谱曲线间的重叠程度。通过理论仿真得到光谱分析中用经典的偏最小二乘回归建立定量分析模型时谱线特性与物质浓度分析误差的关系,分别计算ESNR和OC与被测组分浓度分析误差（RMSE）的关系,并且研究两个谱线参数的独立性。利用理论分析得到结果对浓度为8%~12%乙醇水溶液进行可测度分析,并与近红外光谱法分析的实际结果进行比较。研究通过理论仿真得到使用光谱分析中经典的偏最小二乘回归建立定量分析模型时谱线特性与物质浓度分析误差的关系,其中ESNR与RMSE成反比关系,而OC与被测组分分析误差成非线性的单调关系,并且验证了ESNR和OC两个参数的独立性。通过理论计算和乙醇水溶液近红外光谱检测实验对等效信噪比和谱线重叠系数与光谱分析浓度误差的定量关系进行讨论,通过理论分析得到的乙醇浓度RMSE预估值为0.30%,近红外光谱分析实际RMSE为0.32%,相对误差6.67%,二者结果相符。实现了在测量条件、样品种类、被测组分以及建模分析方法已知的条件下基于近红外光谱分析的待测组分含量理论误差的定量计算和实验验证。该研究明确了对近红外光谱法分析物质浓度有明确定量关系的两个谱线参数,给出了使用光谱分析中经典的偏最小二乘回归建立定量分析模型时的分析误差经验曲线,以及利用曲线进行近红外光谱法待测组分浓度可测度分析方法。结果表明所提出的ESNR和OC两个谱线特性参数的有效性,以及分析误差预估方法的有效性。为近红外光谱法待测组分浓度定量分析提供了有效、快捷的预估方法,完善了近红外光谱法成分含量可测度分析理论,对近红外光谱法物质浓度定量分析研究具有一定指导意义。     

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     

基于并行蚁群算法的长基线定位方法*

为了降低各个误差源对水声目标导航定位精度的影响,该文将水声目标导航定位问题抽象为带约束条件的非线性优化问题,并论证了最优化表达式参数求解过程与降低误差源干扰的过程具有同一性;设计了并行蚁群算法求其最优解。海试数据处理结果表明,该方法具有收敛速度快、解稳定和定位精度高等优点,能有效地降低各个误差源对水声目标导航定位精度的影响。     

An Approximate Approach for Systems of Singular Volterra Integral Equations Based on Taylor Expansion

In this article, an extended Taylor expansion method is proposed to estimate the solution of linear singular Volterra integral equations systems. The method is based on combining the m-th order Taylor polynomial of unknown functions at an arbitrary point and integration method, such that the given system of singular integral equations is converted into a system of linear equations with respect to unknown functions and their derivatives. The required solutions are obtained by solving the resulting linear system. The proposed method gives a very satisfactory solution, which can be performed by any symbolic mathematical packages such as Maple, Mathematica, etc. Our proposed approach provides a significant advantage that the m-th order approximate solutions are equal to exact solutions if the exact solutions are polynomial functions of degree less than or equal to m. We present an error analysis for the proposed method to emphasize its reliability. Six numerical examples are provided to show the accuracy and the efficiency of the suggested scheme for which the exact solutions are known in advance.     

基于Bootstrap-SVM在小样本条件下光谱定量分析研究

提出了一种在小样本条件下建立光谱定量分析的新方法-Bootstrap-SVM模型。以道路沥青为研究对象,共收集29个来自6个不同单位的沥青样本,利用所提方法建立了沥青针入度定量分析模型。Bootstrap-SVM由Bootstrap重抽样、噪声注入及SVM三个步骤组成。为了对比所提方法的优势,对比了目前常用的PLS模型以及SVM模型。研究结果表明Bootstrap-SVM,PLS,SVM预测均方根误差分别为0.773 5,2.889,1.784 4,所提方法预测精度最好,为小样本条件下光谱定量分析提供了一种新的有效方法。     

一种高锌背景下痕量钴离子浓度分光光度测量法

在分光光度法分析高浓度锌溶液中痕量钴离子浓度的过程中,由于基体离子Zn(Ⅱ)与待测离子Co(Ⅱ)化学性质相近且基体离子浓度过高,导致Co(Ⅱ)的光谱信号与Zn(Ⅱ)的光谱信号重叠,大部分Co(Ⅱ)的光谱信号被Zn(Ⅱ)的光谱信号掩蔽,在部分波长段溶液的吸光度与浓度呈现很强的非线性,混合溶液加和性不佳,因此无法通过全波段信息实现痕量Co(Ⅱ)浓度的检测。该研究提出了间隔相关系数-偏最小二乘法对溶液的紫外可见光光谱进行波长点的筛选并建立吸光度-浓度模型。首先设计实验获取锌钴混合溶液光谱图;其后使用间隔分区的方法根据预测均方根误差这一指标挑选出Co(Ⅱ)的最优特征区间段,以减少高浓度锌液的掩蔽作用并去除空白信息;再在Co(Ⅱ)敏感区域使用相关系数法对吸光度矩阵进行波长点的精选,所筛选出的点能最大程度保留Co(Ⅱ)灵敏度和线性度; 最后利用筛选出的波长建立PLS模型并计算出Co(Ⅱ)浓度。将所提方法与全波段偏最小二乘,分区偏最小二乘,蒙特卡罗无信息变量消除偏最小二乘及竞争自适应加权偏最小二乘进行了分析比较,结果表明所提出的方法所需波长数分别减少89.1%,40%,72.3%和81.7%,模型精度分别提高64.6％,33.3%, 38.7%和24.3%,样本最大相对误差5.45%,平均相对误差2.21%,妥善的解决了高浓度锌液背景下痕量钴离子浓度检测问题。     

Accurate carrier-removal technique based on zero padding in Fourier transform method for carrier interferogram analysis

Based on interferogram zero padding and fast Fourier transform (FFT) methods, an effective, straightforward and stable carrier-removal approach in Fourier transform (FT) based method for carrier interferogram analysis is proposed. The spatial carrier interferogram is firstly extrapolated by zero padding method, and the carrier-frequency values within a small fraction of an integral (or a pixel) are estimated from the extrapolation interferogram with FFT method. Then the carrier-phase component is removed by subtracting a pure carrier-frequency phase constructed by the estimated carrier-frequencies in the spatial domain. Numerical simulations and experiments are given to demonstrate the performance of the proposed method and the results show that the proposed method is effective and stable for suppressing the carrier-removal error in the FT method for carrier interferogram analysis.     

交通拥堵相变问题的同伦分析法

利用同伦分析法研究了一类基于洛伦兹系统的交通拥堵相变问题的非线性方程. 通过选取不同的初始解和不同的线性算子,分别得到了问题的近似解和相应的残留误差. 通过与前人结果的比较得出,在研究该类问题时同伦分析法优于微分变换法; 在应用同伦分析法时,要选取尽可能接近原算子线性部分作为线性算子. 本文还给出了一种新的初始解选取方法(双同伦分析法). 数值模拟的结果证实了理论分析的正确性. 关键词： 同伦分析法 交通拥堵 近似解 残留误差     

Unified a Priori Error Estimate and a Posteriori Error Estimate of CIP-FEM for Elliptic Equations

This paper is devoted to a unified a priori and a posteriori error analysis of CIP-FEM (continuous interior penalty finite element method) for second-order elliptic problems. Compared with the classic a priori error analysis in literature, our technique can easily apply for any type regularity assumption on the exact solution, especially for the case of lower $H^{1+s}$ weak regularity under consideration, where 0 ≤$s$≤ 1/2. Because of the penalty term used in the CIP-FEM, Galerkin orthogonality is lost and Céa Lemma for conforming finite element methods can not be applied immediately when 0≤$s$≤1/2. To overcome this difficulty, our main idea is introducing an auxiliary $C^1$ finite element space in the analysis of the penalty term. The same tool is also utilized in the explicit a posteriori error analysis of CIP-FEM.     

A numerical scheme for the solution of axisymmetric radiative transfer problems in irregular domains filled by media with opaque and transparent diffuse and specular boundaries

This paper presents a new numerical scheme of the discrete ordinates method for the solution of axisymmetric radiative transfer problems in irregular domains filled by media with opaque and transparent diffuse and specular (Fresnel) boundaries and interfaces. New test problems of radiative transfer, which describe radiative transfer in domains with Fresnel interfaces, are proposed in this paper. These problems admit analytic solutions and can be used as benchmark ones. The proposed scheme is applied to the solution of the problems. Numerical results show that the presence of Fresnel interfaces leads to an appreciably larger error in numerical solution. This is connected with the “discontinuity” of the Fresnel reflectivity, which, through numerical diffusion, leads to the distortion of numerical solution. Modification of the scheme allows to reduce the numerical error.