基于四麦克风阵列的三维声源定位

设计了一个三维声源定位系统,提出了一个新的系统模型,并对传统的基于声波到达时间差TDOA的算法进行了优化。通过检测麦克风接收到信号的时间差,结合已知的阵列元的空间位置确定声源的位置。该系统声源采集部分由4个阵列成正四面体的麦克风组成。算法的硬件实现由TMS320C5416DSP芯片完成''整个系统实现了声源定位的功能。     

基于雷声到达时间差的单站闪电通道三维定位系统

利用麦克风阵列采集雷声信号,设计了一套由麦克风阵列和便携式数据采集存储设备组成的单站闪电通道三维定位系统,采用CCF相关函数法计算了雷声脉冲信号到达不同麦克风的时间差,通过最小二乘法获得声源的方向角和仰角信息,并结合声源与麦克风阵列的距离定位声源的三维位置。对一次包括8次回击的人工触发闪电过程进行了观测,得到多个声源点的三维定位信息。系统的定位结果与高速摄像的观测结果具有较好的一致性,定位方法合理、可行,为进一步研发便携式闪电通道三维定位系统奠定了基础。     

基于线性约束最小方差对角加载的稳健频率不变波束形成算法

针对实际环境中因麦克风阵列失配误差导致宽带波束形成器性能下降的问题,提出基于线性约束最小方差对角加载的稳健频率不变波束形成算法.该算法首先在线性约束最小方差准则的基础上,结合空间响应偏差函数,并对波束形成器权矢量的二范数施加不等式约束,再通过拉格朗日乘子法和凸优化工具箱CVX(ConVeX)分别在不等约束条件下求得权矢量的解析解和全局最佳解,以有效解决麦克风的增益、相位和位置等的不确定性造成的失配误差问题,提高频率不变波束器的稳健性.仿真结果表明:采用拉格朗日乘子法求解该算法的最优权矢量所得到的波束形成器对失配误差最不敏感,性能最稳健.     

基于声光信号的单站式闪电三维通道定位系统

目前基于雷声的三维定位系统多停留在实验阶段,从业务化运行的角度考虑,改进了单站式闪电三维定位系统的麦克风阵列,设计了定位算法,利用该系统采集了2014年夏季南京地区的部分闪电数据,并从计算耗时的角度对三维通道实时定位的可行性进行了研究。结果表明,基于声光信号的单站式闪电三维通道定位系统可重构闪电的三维通道;对连续的雷声信号进行分帧,帧长取0.03 s时,声源定位点可描绘出清晰的闪电主通道;采用分组保存和处理闪电声光信号的方法,可实现实时定位,当一组数据的保存时间为50 s时,计算耗时为46.507 s。     

基于位置信息的多用户MIMO下行调度算法

基于移动台的位置信息,提出了基于移动台与基站之间的距离信息的多用户调度算法.针对特定的信道模型,分析了所提出的调度方法所需的吞吐量、反馈开销以及计算复杂度.理论和仿真结果表明:该调度方法所需反馈量明显降低且其所需计算量明显小于基于最大信干噪比的调度方法.     

基于双目视觉的船舶跟踪与定位

设计了基于双目视觉的船舶跟踪与定位系统,并且完成对应算法设计.算法分为摄像机标定、目标跟踪、立体匹配、视差定位4个模块,其中,跟踪模块以目标窗口的形式给出跟踪结果,匹配模块在跟踪结果中进行左右目立体匹配,定位模块根据左右目匹配点对的像素位置计算其在物理空间的坐标,减少了匹配时间.实验结果表明,该方式可实现实时跟踪目标并给出目标的准确位置,满足应用要求.该定位系统可同时完成动态目标跟踪和定位,提供三维图像的丰富信息,具有很强的推广应用价值.     

规范状态空间系统辨识方法

因为状态空间模型既包含了未知状态,又包含了未知参数,且二者是非线性乘积关系,使得辨识问题变得复杂.针对这一问题,详细研究了规范状态空间系统的状态与参数联合估计方法.采用交互估计理论,即采用递推方法或迭代方法实现系统状态与参数的交互估计.基本思路是在计算参数估计时,辨识算法信息向量中的未知状态用其估计值代替,然后利用获得的参数估计,设计基于参数估计的状态观测器或基于参数估计的Kalman滤波算法估计系统的状态,二者形成一个交互计算过程(递阶计算过程).沿着这条思路,分别从递推方案和迭代方案,研究和提出了基于状态观测器和基于Kalman滤波状态估计的随机梯度辨识算法、递推最小二乘辨识算法、多新息随机梯度辨识算法、多新息最小二乘辨识算法,以及模型分解的辨识算法,并给出了几个典型算法的计算步骤、流程图和计算量.     

基于有限体积HWENO格式的一维溃坝流模拟

基于浅水波方程组建立一维溃坝流模型,并给出数值模拟结果.其中,空间离散采用HWENO(Hermit Weighted Essentially Non-Oscillatory) 格式,时间离散采用四步TVD(Total Variation Diminishing)Runge-Kutta模拟堤坝溃决时洪水演进过程。模拟结果表明：较采用WENO格式所得数值解更精确-同时,相比WENO格式的相应算法,该算法解决一维溃坝流问题能更有效地减弱振荡,对间断具有更高的分辨率     

基于G.729的固定码书搜索的改进性研究

在详细阐述G.729协议的CS-ACELP算法工作原理的基础上,分析了该算法各功能模块的算法复杂度,针对其总体复杂度较高,对硬件实现条件要求较高的问题,对复杂度相对较高的固定码书搜索部分采用减少脉冲搜索位置和补充搜索相结合的方式进行了改进,加快了码书的搜索速度,降低了算法复杂度.通过对改进后的算法进行实验仿真,验证了其可行性和有效性.     

基于遗传算法与模式搜索的混合优化算法

为了更好地实现全局优化,提出一种遗传模式搜索(Genetic Pattern Search,GPS)算法,该算法结合了遗传算法(GA)的强全局搜索能力与泛化模式搜索算法(PS)的强局部搜索能力.算法流程分为两步:首先是GA与PS联合实现粗搜索;其次是PS实现细搜索.实验对Hump、Powell、Rosenbrock、Schaffer、Woods测试函数进行搜索,表明GPS算法的成功率明显优于改进遗传算法与改进模式搜索算法,可作为一种有效可行的全局优化算法.     

改进的互功率谱相位法在雷声声源定位中的应用

互相关函数法是一种常用的时延估计方法,但在低信噪比和闪电存在多分叉的情况下,该方法的效果不理想。针对这一问题,该文选取广州地区2009年8月24日19:08:04和2012年5月5日08:01:00的两次闪电过程的雷声记录,结合高速摄像资料,比较了互相关函数法和改进的互功率谱相位法在雷声声源定位中的应用效果。首先,利用互相关函数法和改进的互功率谱相位法计算声源点的方向信息,定位结果与高速摄像照片对比具有较好的一致性,证明了定位方法的可靠性,对比结果表明:在低信噪比环境和多分叉闪电情况下,改进的互功率谱相位法能够获得比互相关函数法更好的定位效果。最后给出了综合利用改进的互功率谱相位法计算得到的方向信息和声源点与观测点的距离信息得到的雷声声源三维定位结果。     

二维傅里叶变换在露点仪镜面图像偏移修正中的应用

图像式露点仪在采集镜面图像时由于温度波动和振动冲击会使采集图像发生偏移,本文针对偏移造成露点图像识别率低的问题,基于二维傅里叶变换的空间位移性,建立相对关联函数(RCF)对偏移量进行计算和修正,通过寻找其能量分布在低维空间的峰值响应,从理论上推导了偏移量的计算方法,并结合实际设计了算法。将算法应用到露点图像识别中,通过实验测试和对比分析表明该图像偏移检测方法精度较高,可行性好,对熵值法的识别准确率提高有明显的作用。     

Nelder-Mead单纯形算法改进及在气象上的应用

Nelder-Mead Simplex (NMS)算法是一种查找多元函数局地最小值的无微分算法,在现代科学计算中得到广泛应用,该文提出了一种对NMS算法的改进方法.改进后,大大简化了其计算过程,提高了该算法的收敛速度.利用改进后的算法对陆面过程参数进行了拟合计算,结果表明:改进的NMS算法对非线性公式具有非常高的拟合精...     

基于PPP和双差网解法的GNSS水汽反演效果分析

基于2021年5—7月GPS卫星资料,采用精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)和双差网解两种算法进行了大气可降水量（Precipitable Water Vapor,PWV）反演,利用同址探空水汽资料,对比分析了PPP算法与双差网解法计算的PWV反演精度。结果表明,PPP算法和双差网解法反演出的PWV随时间变化的趋势基本一致。两种算法反演出的PWV结果合理,与探空PWV相比,采用PPP和双差网解两种算法反演的PWV相对偏差均小于2.4 mm、绝对偏差在4 mm以下,均方差约4 mm,与探空PWV相关系数均在0.87以上,均能较好地反映大气中水汽含量的变化情况,两种算法均具备较强的水汽反演能力,双差网解法反演的PWV在相关性、精度上略优于PPP算法。PPP算法可实现单站水汽高时间分辨率反演,对于获取台站高时效、高精度的大气水汽探测产品具备优势。     

南京市浦口区气象灾害应急管理体系建设研究

以南京市浦口区为研究区域,从应急管理、优化方案设计两方面完善了该区域气象灾害应急预案体系,给出了11个适用于各类气象灾害事件的普适性GIS优化算法,并通过事件编码实现子事件和算法的对接,为各类气象灾害事件的应对方案提供了算法设计基础。通过对南京浦口一次暴雨灾害应急处置案例进行剖析,证实了完备的预案体系和优化的算法设计能明显提高灾害应急管理效率,显著减少生命财产损失。     

基于DBSCAN与网格搜索的雷电定位算法

定位精度是评价雷电定位网络的重要指标之一,定位算法直接影响雷电探测结果的精度。雷电监测系统探测数据误差不可避免,传统定位算法不具备抗误差干扰能力,迭代计算易发散,定位结果精度不高。为了满足实际应用需求,提出一种新的雷电定位算法DG-LLA（DBSCAN and grid-search lighting location algorithm）,在定位计算中引入DBSCAN（density-based spatial clustering of applications with noise）方法与网格搜索方法。通过仿真与国家雷电监测网实际定位结果对比分析定位算法性能。结果表明:到达时间差（time difference of arrival,TDOA）法和Taylor级数展开法定位误差较大,仿真区域的均方根误差分别为982 m和668 m;定位中引入DBSCAN方法后,均方根误差明显减小为406 m,引入DBSCAN方法和网格搜索方法后,均方根误差减小为349 m;在相同回击数据条件下,算法DG-LLA与国家雷电监测网相比定位数量更多,回击数据的利用率从43.4%提升到51.5%,新增定位结果周围雷达回波特征较强,定位精度更高。     

最优小波尺度空间的图像边缘检测方法

根据图像和检测算子的特性,以相关性为准则,使用遗传算法对图像小波变换的尺度进行选择,从而构成一种自适应的高斯小波尺度空间.融合该空间下不同尺度检测的图像边缘,使得整幅图像的边缘细节丰富清晰,具有更好的抗噪性能.对测试图像使用Canny算法、单尺度、二进尺度和自适应尺度小波进行边缘检测,验证了该算法在去除噪声和准确定位方面的有效性.     

基于局部阈值插值的地基云自动检测方法

地基云自动化观测是当前气象业务发展的迫切需求.目前的地基云检测算法仍主要是以阈值为基础,针对固定阈值和全局阈值算法在云检测精度方面存在的不足,利用晴朗天空下天空呈蓝色、云呈白色的属件,提出了一种基于局部阈值插值的地基云自动检测方法.该方法在对云图进行重采样后,对云图蓝、红波段进行归一化差值处理,再将处理后的结果图像按空间像素位置自动分成互不重叠、大小相等的均匀子块,对每一子区域采用一定的规则并结合改进的最大类间方差自适应阈值算法计算局部阈值,然后对每一子区域形成的阈值矩阵采用双线性插值算法进行插值处理,形成与原始云图大小相等的阈值曲面,利用此阈值曲面与云图蓝、红波段归一化差值处理结果进行比较,即可完成地基云的自动检测.与固定阈值和全局阈值算法相比,局部阈值插值算法对一些细碎的云和与背景反差不大的云获得了更好的检测效果.定量的评估结果表明,固定阈值方法在正确率和精确度上都要远远低于全局阈值和局部阈值方法,而文中提出的局部阈值算法在正确率和精确度上相比全局阈值算法又有较大提高.     

一种新的温度传感器湿度补偿方法

针对温度传感器测量中易受湿度影响的问题,通过对思维进化算法（Mind Evolutionary Algorithm,MEA）中的趋同操作、异化操作及收敛条件进行研究改进,对趋同操作中的散布权值进行自适应调整,在异化操作中引入差分进化算法的变异操作,并考虑收敛条件中搜索平面平缓的情况,提出了基于改进思维进化算法的BP神经网络湿度补偿方法.由湿度影响检定实验得到的样本数据,利用此补偿方法建立湿度补偿模型,将补偿结果与未经优化的BP神经网络模型的结果进行比较研究.结果表明,基于改进思维进化算法的BP神经网络模型补偿精度较高,收敛速度快,计算量小,可有效提高温度传感器的测量精度和可靠性,便于实际应用.     

基于变分技术的天气雷达速度退模糊算法的改进研究

为有效地识别和提取多普勒天气雷达风场信息,对Gao和Droegemeier提出的基于变分技术的多普勒雷达径向速度数据退模糊方法进行了改进。原方法中将背景风场、方位和径向速度距离梯度信息同时作为约束条件,对Nyquist数进行校正。但是该方法在迭代过程中使用了大量的数值分析和偏微分方程计算,造成径向速度场过度平滑和数据失真。针对这个问题,改进算法在得到径向速度分析场后,结合原始径向速度观测场,通过图像变化检测法,自动识别存在速度模糊的区域及计算需要校正的Nyquist数,对观测场的模糊区域进行校正。利用强对流天气和台风过程的雷达体扫数据验证了改进算法的可行性,并与原始算法及业务应用的WSR-88D算法对比。结果表明:改进算法有效地解决了原始算法中的不足,恢复真实的风场结构和分布特征,改善了退速度模糊的质量,从而得到更为合理的径向速度观测场;并且该算法退模糊效果优于WSR-88D算法,有助于为科研和业务应用服务。