光纤传感的后起之秀——分布式传感

随着对光纤中非线性效应研究的不断深入,光纤分布式传感器得到了广泛的研究和应用.本文介绍了光纤传感的应用领域,综述了基于布里渊散射、拉曼散射及瑞利散射3种散射光实现不同类型光纤分布式传感的原理,最后从光纤分布式传感优势方面对其未来发展方向进行了展望.     

带网络攻击识别机制的传感器网络分布式滤波算法

研究了面向网络攻击的无线传感器网络的分布式目标估计问题.由于测量范围有限,网络中只有部分传感器能测量到目标,而且节点受到随机的攻击从而使得测量值被注入虚假信息.在此背景下,本文提出了基于攻击检测识别策略的改进分布式卡尔曼滤波算法.在该算法中,节点首先基于设计给出的攻击识别阈值来判断其是否受到攻击,生成识别因子;然后以估计误差协方差的迹最小为信息融合原则来设计一致性卡尔曼滤波算法,对处于监测域内的运动目标进行分布式状态估计.同时,分析了算法的收敛性,明确给出了网络估计误差均方有界的随机攻击概率的充分条件.最后用数值仿真验证了算法的有效性和优越性.     

欺骗攻击环境下带有传感器故障的大规模电网分布式状态估计

本文研究了欺骗攻击环境下带有传感器故障的大规模电网分布式状态估计问题.通过引入拓扑关系来描述分布式传感器节点之间的相互关系,使用随机Bernoulli序列描述欺骗攻击模型及其随机特性.基于Lyapunov方法证明了带有传感器故障的系统在遭受欺骗攻击环境下的均方稳定及H_∞稳定的充分条件,并基于LMI设计了满足H_∞性能指标的分布式状态估计器.最后通过数值仿真验证了所设计估计器的有效性.     

气象要素探测机器人的设计及测距准确度

将气象传感器引入到机器人系统中,自主研发了一种气象要素探测机器人,该机器人基于C8051F120内核,能够实时检测声纳、温度、湿度、气压、风速、风向等气象要素以及机器人自身的位姿,通过对位姿的判断可进一步进行自主导航和环境建模.采用中值滤波和曲线拟合,可以准确计算气象探测机器人与障碍物的距离,为进一步的研究提供了可靠保障.     

一种无线传感器网络应用系统的中间件设计与实现

为了降低获取异构传感器网络数据的复杂性,通过对无线传感器网络(WSN)接入异构网络技术的研究,提出了一种无线传感器网络应用系统的中间件设计方案.该方案是以S3C6410为主处理器的嵌入式开发板作为硬件开发平台,通过AODV路由协议,使多个监测区域的WSN网关和Adhoc网关组建成Adhoc类型的网络,从而解决了无线传感器网络与外部公网无缝隙连接的问题.该方案不但实现了经过WSN网关处理加工后的无线传感器网络数据上传至远程服务器的功能,而且为多个异构无线传感器网络同时接入外部网络提供了一种可靠的解决方法.     

夏玉米生长过程曲线重建研究——以鹤壁市为例

增强型植被指数(EVI)时间序列数据(即植被生长曲线)是整个生育期内植被各种生物学特征的综合反映。由于太阳位置、大气、地表和传感器位置与性能等的影响,根据遥感数据计算的EVI值往往比实际值偏低(存在大量噪声),并不能反映植被生长的真实情况,应用前需进行去噪重建工作。针对目前生长曲线重建研究大多是针对MODIS等国外遥感数据的情况,在综合分析重建方法的基础上,利用风云3号卫星的MERSI中分辨率遥感卫星数据构建鹤壁市夏玉米的EVI生长过程曲线。首先,用最大值合成法(MVC)对原始EVI时间序列数据进行初步的去云处理。接着,利用基于时间域的Savitzky-Golay滤波(简称SG滤波)对该EVI序列进行进一步的平滑去噪处理,结果发现,在噪声点EVI数值提高了,但同时在其他不是噪声点的地方EVI的值降低了。针对这种不合理的情况,利用基于SG迭代滤波取上包络线的改进方法进行处理,很好地克服了上述缺陷,在非噪声点EVI数值适当提高,且曲线平滑,达到了生长曲线重建的目的。然后,采用基于频率域的小波变换方法进行实验对比,结果发现,小波变换存在着与经典SG滤波类似的缺陷,而且在曲线末端存在突变情况。经过比较分析发现,针对研究区的实际情况,改进SG迭代滤波是较优的去噪方法。     

基于非线性滤波的风廓线雷达数据处理

针对实际工程中风廓线雷达风向、风速随高度分布取值的非线性特性以及非气象干扰因素,基于非线性化方法——扩展卡尔曼滤波法,对风廓线雷达探测数据进行滤波处理.先利用泰勒展开式的一次项对非线性方程作线性化处理,再结合经典的卡尔曼滤波进行滤波估计,将非线性滤波问题转化为一个近似的线性滤波问题.仿真实验结果表明,该方法可以有效去除风场数据中掺杂的噪声干扰,很好地发挥了其非线性特性,滤波效果优于传统的卡尔曼滤波,具有一定的工程应用前景.     

气象无线传感网观测节点的设计与实现

针对传统自动气象站对电力和通讯基础设施依赖性强,应用环境受到限制的问题,设计并实现了一种基于无线传感器网络的气象观测节点。气象观测节点的硬件系统以CC2530芯片为核心,使用锂电池供电,通过模拟和数字接口连接气象传感器,射频部分工作在2.4 GHz。软件系统以TinyOS操作系统为基础,开发了基于LEPS协议的多跳路由协议和气象传感器驱动程序。在野外环境中对气象观测节点的功耗、通信距离、传感器及组网性能进行了测试。测试结果表明,气象观测节点在没有电力和通信基础设施的环境中能够形成一个稳定的多跳自组织数据采集与传输网络,适合在高山、海岛、沙漠等艰苦地区进行部署和应用。     

基于Cassandra的实时气象数据分布式存储系统

介绍了Cassandra关键技术、实时气象数据存储模型。湖北省运行MICAPS4采用基于Cassandra的分布式数据存储环境。对分布式存储系统高可用性、读取性能的测试结果表明,系统提高了MICAPS客户端对实时气象数据的检索效率,并极大减轻了各级台站的维护压力。     

基于仿生硬件的无线传感器网络节点自修复方法

针对现有无线传感器网络节点硬件固定,不能重新配置的问题,设计了一种全新的基于仿生硬件的无线传感器网络节点自修复方法,采用仿生硬件实现动态可重构无线传感器网络节点,以使节点能够自主地、动态地改变自身的结构和行为,在其部分硬件失效情况下进行节点的仿生自修复.该研究提出了相关节点的仿生自修复方法,研制了基于现场可编程阵列的仿生自修复节点,并通过实验验证了节点的自修复能力.对于提高无线传感器网络的鲁棒性和安全性具有重要意义.     

分布式传感器网络系统的网络预测控制

本文针对分布式传感器网络系统的Fornasini-Marchesini （FM）状态空间模型,对系统的预测控制器设计问题进行研究.特别是针对所考虑的二维FM传感器网络系统,提出了一种新的网络预测控制方案来补偿通信时滞.首先,根据李雅普诺夫稳定性理论,给出了二维系统保持稳定的充分条件;然后利用稳定性条件,提出了一种新的预测控制器设计策略并保证系统的控制性能;最后,通过一个数值实例验证了所设计控制器的有效性.     

基于生成对抗网络的异质人脸图像合成:进展与挑战

异质人脸图像合成旨在生成逼真、可识别的多种视觉形态的人脸肖像,包括画像、漫画等多种模态.异质人脸图像合成在公共安全和数字娱乐领域具有广泛的应用前景和重要的研究价值,已成为当前研究热点之一.近年来,随着生成对抗网络的发展以及其在多种图像风格转换任务中的成功,研究人员利用生成对抗网络构建了多种异质人脸图像合成的新方法.本文简要回顾了异质人脸图像合成的发展历史,并从异质人脸图像合成的应用进展、模型结构、性能评估、数据集和定性分析等方面综述了该领域最新的关键技术的发展情况,展望了异质人脸图像合成面临的挑战以及其关键技术的发展趋势.     

近年来关于西北太平洋热带气旋和台风活动的气候学研究进展

本文主要综述和回顾了近年来季风系统研究中心关于西北太平洋热带气旋和台风(TCs)活动的气候学研究进展及有关的国内外研究.文中不仅回顾了最近关于夏、秋季西北太平洋利于TCs生成的大尺度环流型及其与涡旋的正压能量交换、西北太平洋TCs活动的年际和年代际及季节内的变化特征、以及今后全球变暖背景下西北太平洋TCs活动的变化趋势的气候学研究进展,而且综述了西北太平洋季风槽及热带对流耦合波动对西北太平洋上TCs生成的动力作用的研究.此外,文中还指出今后有关西北太平洋TCs活动一些亟需进一步研究的气候学问题.     

Parameterization and Micrometeorological Measurement of Air–Sea Gas Transfer

Because of the combination of smallconcentrations and/or small fluxes, the determinationof air–sea gas fluxes presents unusual measurementdifficulties. Direct measurements (i.e., eddycorrelation) of the fluxes are rarely attempted. Inthe last decade, there has been an intense scientificeffort to improve measurement techniques and to placebulk parameterizations of gas transfer on firmertheoretical grounds. Oceanic tracer experiments,near-surface mean concentration profiles, eddyaccumulation, and direct eddy covariance methods haveall been used. Theoretical efforts have focusedprimarily in the realm of characterizing the transferproperties of the oceanic molecular sublayer. Recentmajor field efforts organized by the U.S.A. (GASEX-98) andthe European Union (ASGAMAGE) have yielded atmospheric-derivedresults much closer to those from oceanographicmethods. In this paper, we review the physical basisof a bulk-to-bulk gas transfer parameterization thatis generalized for solubility and Schmidt number. Wealso discuss various aspects of recent sensor andtechnique developments used for direct measurementsand demonstrate experimental progress with resultsfrom ASGAMAGE and GASEX-98. It is clear that sensornoise, sensitivity, and cross talk with other speciesand even ship motion corrections still need improvement foraccurate measurements of trace gas exchange over theocean. Significant work remains to resolve issuesassociated with the effects of waves, bubbles, andsurface films.     

EFFECTS OF A CLOUD FILTERING METHOD FOR FENGYUN-3C MICROWAVE HUMIDITY AND TEMPERATURE SOUNDER MEASUREMENTS OVER OCEAN ON RETRIEVALS OF TEMPERATURE AND HUMIDITY

For Microwave Humidity and Temperature sounder (MWHTS) measurements over the ocean, a cloud filtering method is presented to filter out cloud- and precipitation-affected observations by analyzing the sensitivity of the simulated brightness temperatures of MWHTS to cloud liquid water, and using the root mean square error (RMSE) between observation and simulation in clear sky as a reference standard. The atmospheric temperature and humidity profiles are retrieved using MWHTS measurements with and without filtering by multiple linear regression (MLR), artificial neural networks (ANN) and one- dimensional variational (1DVAR) retrieval methods, respectively, and the effects of the filtering method on the retrieval accuracies are analyzed. The numerical results show that the filtering method can improve the retrieval accuracies of the MLR and the 1DVAR retrieval methods, but have little influence on that of the ANN. In addition, the dependencies of the retrieval methods upon the testing samples of brightness temperature are studied, and the results show that the 1DVAR retrieval method has great stability due to that the testing samples have great impact on the retrieval accuracies of the MLR and the ANN, but have little impact on that of the 1DVAR.     

A rapid-response 2-D drag anemometer for atmospheric turbulence measurements

A rapid response drag anemometer for measuring streamwise and lateral components of horizontal windspeed is described. Theory of operation, design and calibration are discussed with emphasis on the electronic preconditioning of signals and problems associated with using a mechanically resonant system as a sensor. Field comparisons showed half-hourly means and standard deviations of the streamwise component to be within 8% and 5% of respective values obtained from a 3-dimensional sonic anemometer. The lateral component from the drag anemometer was significantly more noisy than that from the 3-D sonic due to induced oscillations arising from vortex shedding. After mechanical and electronic filtering, half-hourly standard deviation comparisons agreed to within 6% for this component. Friction velocities obtained from the drag anemometer in combination with a 1-D sonic, agreed with measurements from the 3-D sonic anemometer to within 4% over a measured range of 0.05 to 1.2 m s^-1     

分布参数高阶随机时滞Hopfield神经网络的指数稳定性

利用Lyapunov稳定性理论,积分不等式和Halanay不等式,研究了具分布参数的高阶随机时滞 Hopfield神经网络的均方指数稳定性,得到了保证系统指数稳定且与扩散项相关的充分性条件,并给出了指数收敛率,同时放松了现有文献中对变时滞的要求,因而在一定程度上了改进了现有文献的结果.最后给出了数值算例验证所得结果的有效性.     

大规模图中低复杂度分布式算法浅析

近年来大规模图分析问题在网络大数据领域发挥着重要作用.经典的图分析问题包括求图的直径、半径、围长、聚类系数、紧密中心度和介数中心度等.集中式算法求解这些图计算问题一般都需要问题规模的平方甚至立方以上复杂度,显然不适用于大规模图.本文旨在从分布式算法角度介绍对这些基本图计算问题具有最坏性能保证的低复杂度（线性时间）算法.此外,本文还将介绍如何通过通信复杂性理论证明分布式图计算问题的下界.     

基于双目成像云底高度测量方法

采用基线长为60 m的一对数字摄像机,构成双目成像云底高度测量系统,随着数字摄像技术和立体视觉传感器的发展,尤其是双目成像视觉传感器以结构简单、使用方便、测量精度高等诸多优点而被广泛应用。通过直方图均衡化方法对图像进行增强,利用亚像素角点检测器检测角点提高测量精度,并采用归一化互相关方法进行区域相关检测寻找同名点,将外极线约束引入图像匹配过程中进行同名点粗差去除,提高测量准确度;再根据匹配特征点得到相对视差,利用摄影测量原理计算云底高度;建立三维实验室标校场对相机进行内外方位元素标校,利用星星相对位置与相机姿态角的关系对相机进行现场标校,简化标校系统提高测量精度。利用2011年5月1日—6月30日采集的样本,在北京市观象台与维萨拉生产的CL31激光云高仪进行对比试验,并对产生云底高度测量系统误差的可能原因做出具体分析。