容错信息融合滤波算法的研究

本文针对容错组合导航的特点，提出一种新的信息融合滤波算法，该算法既能提高系统的容错性能，使系统具有良好的实时故障检测、隔离和重构的能力，又能使系统出现故障时，重构的系统由于获得了融合的系统信息，以较高的精度工作。文中证明该算法与集中卡尔曼滤波器等效，因而是最优的。     

SINS/GPS/DVL组合导航系统的容错研究

结合SINS／GPS／DVL组合导航系统各子系统的特点，提出了一种新的容错设计方案。此方案采用并列运行的滤波器族结构，该结构可以提供不受污染的最优解，且具有容错性好和系统输出数据热备份等优点。仿真结果表明，此方案既可有效地监测和隔离系统故障，同时保证了系统的精度。     

两相流显微PIV/PTV系统的开发

开发了一个能同时测量两相流中两相速度和细颗粒尺寸分布的显微PIV/PTV系统,其硬件系统包括大功率连续激光器、显微镜、高速摄像机;软件系统由改进的球形颗粒图像识别算法、各种图像处理算法和各种先进的PIV/PTV算法组成。其中改进的圆弧识别算法能够进行更准确地进行曲线分割而能对充满噪音并相互重叠的颗粒图像给出较好的识别结果。应用该PIV系统,可以在微秒和微米数量级上捕获细颗粒/气泡图像,并能较准确地同时得到两相速度、颗粒尺寸和浓度分布。对焚香可吸入颗粒物进行了速度和尺寸的同时测量,得到了较满意的结果。     

Nanospherical Surface‐Supported Seeded Growth of Au Nanowires: Investigation on a New Growth Mechanism and High‐Performance Hydrogen Peroxide Sensors

In this paper, a novel strategy with a new growth mechanism for fast and large‐scale growth of Au long nanowires on high‐curvature SiO₂ nanospherical surfaces has been developed. The synthesis includes three steps, i.e., amino modification of SiO₂ nanospheres, Au seed loading on aminated SiO₂ nanospheres and subsequently, Au seed‐mediated nanowire growth on SiO₂ nanospheres. The prepared Au nanowires (Au NWs) (exhibit long length, high aspect ratio, and good flexibility, and can naturally form the dense nanowire film, which is promising as a stable conductive electrode. In addition, the effect of synthetic conditions such as reactant feeding order, Au seeds and SiO₂@Au seeds on the morphology of Au nanostructures (nanowires, nanoteeth, and nanoflowers) has been investigated. It is found that Au seeds and high‐curvature SiO₂ nanospherical surfaces are necessary conditions for the successful preparation of Au NWs and nanowire films. The different growth mechanisms for Au NWs and nanoteeth have been proposed and discussed. Moreover, the novel nonenzymatic H₂O₂ sensor based on Au NWs exhibits much enhanced performance such as higher sensitivity, stability, and selectivity, wider linear range and lower detection limit, compared with that of Au nanoparticles‐based H₂O₂ sensor.     

红外无损探测中多宗量多热源反演问题的研究

为研究红外无损探测稳态多热源反演逆问题, 建立不同形状的均质与非均质稳态热传导模型, 其中内热源个数、位置、强度、面积均为未知项. 基于数值算法中有限元算法对模型进行离散分析, 化简有限元矩阵方程, 最终转化为对Ax = b高度欠定方程的求解. 首次利用分段多项式谱截断奇异值分解法处理内热源逆问题, 并对算法进行改进, 有效改善了该算法在处理多热源反演时存在的严重的热源叠加效应. 根据反演出的内热源信息, 利用有限元算法计算重构出整个模型内所有节点的温度分布. 运用数值仿真Comsol软件和具体实物实验对算法进行有效性评估, 并验证算法在不同热传导模型中的表现. 结果表明, 算法能够准确反演出多热源各参量信息, 在非均质材料模型中仍能准确地反演出热源项, 并有效重构出模型内温度场. 该算法可应用于材料无损检测及人体红外医学成像等领域.     

物联网环境下的差异网络数据库异常数据检测

当前的物联网环境下,各个智能网络的数据库的使用没有统一标准,不同生产商的数据库中的异常数据标准也不同,这就使得传统的以模式识别为基础的网络数据库异常检测方法在进行异常阀值设置时,无法形成统一标准,数据库数据量庞大且存在无序性,无法保证检测的准确性和检测效率。提出基于混沌特征分析算法的物联网环境下的差异网络数据库异常数据检测方法。依据混沌特征分析相关理论构建物联网环境下的差异网络数据库模型,构建一种异常数据的偏差函数,对不同数据库下的异常数据进行偏差统计,通过对偏差函数的统计结果进行最小值求解,根据求解描述最小化的阀值请求,实现物联网环境下的差异网络数据库异常数据的检测。实验结果表明,利用改进算法进行异常数据检测,能够提高检测的有效性与准确性。     

S波段微波热致超声成像系统研究

微波热致超声成像技术通过向物体发射微波脉冲, 导致物体吸收电磁波温度迅速升高, 产生瞬时压力波, 从而激发产生超声波信号, 通过传感器对产生的超声波信号进行采集并成像, 最终还原了反映物体吸收电磁波能量特性的图像, 由于此方法兼具了微波成像的高对比性和超声成像的高分辨率特点, 理论上验证了热声成像技术对早期乳腺肿瘤检测的可行性. 本实验兼顾系统成像深度和分辨率, 采用S波段的微波脉冲信号源对物体进行辐射, 利用圆形扫描方式对待测物体进行检测, 同时为了更好的验证成像性能, 本实验同时使用了肿瘤仿体及实际生物组织进行成像实验. 通过实验分析, 验证了该系统对肿瘤仿体和生物组织检测的有效性, 以及系统的高分辨率和高对比度特性, 为早期乳房肿瘤检测提供了进一步的理论支撑.     

基于背景最佳滤波尺度的红外图像复杂度评价准则

提出一种基于背景最佳滤波尺度的红外图像复杂度评价准则来解决传统方法评价背景效果较差的问题. 同时, 这种方法还可以为红外图像滤波提供最佳高通滤波尺度信息, 从而对红外图像进行性能最佳滤波. 首先, 生成高斯仿真目标并与红外图像进行融合, 获得包含仿真目标及真实红外背景的图像. 然后, 在不同高斯滤波尺度下对图像滤波, 并计算滤波后仿真目标的信噪比. 最后, 取滤波后目标信噪比最大时的滤波尺度作为背景最佳滤波尺度, 使用该尺度可评价红外图像的复杂度. 另外, 本文还使用数学模型推导了红外图像最佳滤波尺度, 得出最佳滤波尺度的数学表达式. 大量实验表明: 1) 本文推导的最佳滤波尺度数学表达式与实验曲线吻合. 2) 这种方法在评价红外图像复杂度方面比传统的基于信息熵的方法效果要好很多. 并且这种方法获取的红外背景复杂度为滤波最佳尺度, 可以直接利用这项指标对图像进行最佳滤波从而更好地检测弱小目标. 3) 仿真目标尺度越大, 最佳滤波尺度也会相应增大. 因此, 在评价图像复杂度时, 应使用相同尺度的仿真目标, 不同图像之间才具备可比性. 同时, 最佳滤波尺度与仿真目标的强度无关. 4) 本文算法使用的滤波器宜用高斯及Butterworth高通滤波器实现. 5) 本文提出的方法不仅可以有效分析红外视频的复杂度, 并且可以通过复杂度的变化分析图像内容的突变.     

金属目标原子晶格结构对其量子雷达散射截面的影响

量子雷达散射截面是描述光量子态照射下目标可见性的重要参数. 本文对量子雷达散射截面的推导进行了扩展, 使其可以应用于非平面凸目标的QRCS计算. 针对面心立方、体心立方以及密排六方三种金属原子晶格所构成的目标的量子雷达散射截面进行了计算, 结果表明不同的原子排列方式下, 目标QRCS主瓣基本不变, 而量子旁瓣在原子排列稀疏的目标中更为明显.     

基于O2-O2吸收的非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法研究

针对传统非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法的定量结果易受镜片反射率标定误差的影响问题, 提出了一种基于测量大气O₂-O₂吸收的浓度反演方法. 该方法是将非相干宽带腔增强吸收光谱技术的光学增强腔等效成吸收光程不随波长变化的多次反射池, 首先根据测得的宽带腔增强大气吸收谱和参考谱计算出光学厚度, 并应用差分光学吸收光谱算法拟合修正后的气体吸收截面到光学厚度, 反演得到大气中O₂-O₂以及被测气体的柱浓度, 然后根据O₂-O₂在大气中的含量已知且相对稳定这一特性, 确定出等效多次反射池的吸收光程, 最后从被测气体的柱浓度中扣除吸收光程信息得到被测气体的浓度值. 以监测大气中NO₂实验为例, 应用该方法在454-487 nm波段反演得到了大气NO₂的浓度(1-30 ppbv范围内), 并将反演结果与传统浓度反演方法的结果进行了对比, 发现两者的不一致性在7%以内. 实验结果表明, 非相干宽带腔增强吸收光谱技术可以利用大气O₂-O₂的吸收来定量其他被测气体的浓度, 而且定量结果对镜片反射率的标定误差不敏感.