系统辨识(5):迭代搜索原理与辨识方法

递推辨识与迭代辨识构成了两类重要的参数估计方法.递推辨识的递推变量与时间有关,因而可以用于在线估计系统参数;迭代辨识的迭代变量是自然数,与客观世界的时间无关,通常用于离线估计系统参数.基于辅助模型辨识思想、多新息辨识理论、递阶辨识原理、耦合辨识概念等辨识方法都可以用递推算法和迭代算法实现.迭代方法渊源很早,如求解矩阵方程Ax=b的雅可比迭代、高斯-赛德尔迭代等.迭代辨识方法主要使用梯度搜索、最小二乘搜索、牛顿搜索原理来实现.为此主要研究了CARMA系统和Box-Jenkins系统的最小二乘迭代辨识方法与梯度迭代辨识方法.这些方法也可推广到其他所有方程误差类系统和输出误差类系统,以及非线性系统.迭代辨识方法通常用于有限量测数据的系统辨识,其收敛性证明是辨识领域极具挑战性的研究课题.     

输入非线性方程误差系统的多新息辨识方法

针对输入非线性方程误差系统,即输入非线性受控自回归系统,研究了基于过参数化模型的多新息辨识方法和基于过参数化模型的递阶多新息辨识方法;研究了基于关键项分离原理的多新息辨识方法;使用辨识模型分解技术,研究了基于关键项分离原理的两阶段多新息辨识方法和三阶段多新息辨识方法.这些方法可以推广到其他输入非线性方程误差系统、输入非线性输出误差类系统、输出非线性方程误差类系统、输出非线性输出类系统、反馈非线性系统等.同时,给出了几个典型辨识算法的计算量、计算步骤和流程图.     

主振荡型（POP）分析方法原理

对离散化场的时间序列，详细推导了主振荡型分析方法的两个导出量；主振荡型（POP）及其伴随相关型（ACP）。通过热带太平洋SST距平均时间序列POP及相应区域850hPa风场ACP的计算例子，给出了它们的实际算法。     

北非高压的气候特征及其对中国夏季降水的影响

以北非高压的5个指数为基础，分析了北非高压的气候特征：北非高压强度越强，范围越广，东伸越明显且脊线偏南，反之偏西偏北；北非高压的强弱趋势、南北位置和东西位置具有显著的季节变化，其中5月下旬和6月下旬有两次明显的跳跃，在时间上比西太平洋副高两次北跳提前2-3候。北非高压对中国夏季降水影响主要表现为我国东部地区以长江为界的南北降水具有反相分布特点，西藏高原上东、西部降水存在相反分布。最后，讨论了北非高压与西太平洋副高及东亚环流的关系，发现：两个高压的强度、范围和南北及东西位置的变化趋势基本一致，从西亚到太平洋呈现正、负、正的波列分布特征。这种特征组成了亚洲地区纬向型的遥相关分布，这可能是造成中国夏季降水时空分布的原因之一。     

青岛市短时强降水的气候特征和天气系统分型

利用1981—2012年4—10月青岛市7个观测站逐时降水量资料和同期NCEP再分析资料,统计分析青岛市短时强降水的时空分布特征,建立青岛市短时强降水天气概念模型。结果表明:青岛市年短时强降水日数无明显变化趋势;4—10月均有短时强降水出现,7—8月是多发月份;短时强降水的日变化有2个多发时段,主峰在下午到傍晚时段,次峰在凌晨时段;即墨、平度、黄岛为青岛市短时强降水的多发区域,其中黄岛为连续性短时强降水出现最多的区域;青岛市产生短时强降水的天气系统可分为六种类型,西风槽型、横槽型、冷涡型、热带低值系统型、西北气流型、切变线型,其中西风槽型出现次数最多。     

用传输函数构建的大气重力波传播理论模式

本文根据考虑大气热传导和黏滞的重力波复色散关系,采用传输函数的概念,基于重力波的线性理论,构建了用于研究对流层内重力波激发源与电离层响应之间的传输函数数值模式.在相空间中讨论了传输函数振幅的分布特性,并以地面单位脉冲源为例,分析了从地面到300 km高空的响应,得到了物理量的时空分布特征.结果表明：（1）对内重力波的传播而言,大气相当于一个滤波器,只有波动周期在15～30 min,水平波长在200～450 km之间的重力波扰动才最容易到达300 km电离层高度;（2）电离层的响应主要在与地面的激发源之间相隔较远的水平距离上发生;（3）黏滞和热传导系数在低层对上传重力波的影响较小,随着高度的增加它们对重力波的影响越来越大;（4）在低层计算的波动频率与Row理论的计算结果比较一致,然而到了高层却相差较大.     

基于单站多系统的GNSS硬件延迟估算方法及其应用

随着全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite Systems,GNSS）的不断发展,中国地区单个GNSS接收站在一个时刻可以接收到超过30颗GNSS卫星的信号,这为单站GNSS硬件延迟估算方法的研究提供了有利条件.本文首先通过GNSS硬件实验,分析了不同温度条件下GNSS系统硬件延迟的变化特征,研究结果显示：当温度快速变化时,硬件延迟变化比较剧烈,变化幅度可达12.53 TECU（1 TECU=10 ¹⁶el·m^-2）;在恒温条件或室温条件下,硬件延迟变化比较缓慢,变化幅度在1.00 TECU左右.在GNSS系统硬件延迟实验的基础上,充分利用单站多星观测的特点,提出了一种基于单站多系统的GNSS硬件延迟的估算方法——单站三角分解与差分消元法,并将该方法应用于河北保定站2015-2017年GNSS系统硬件延迟的求解中.通过对估算的GNSS系统硬件延迟进行分析显示：单站三角分解与差分消元法具有计算速度快、独立性好的特点;在北斗系统上硬件延迟的求解效果优于GPS、GLONASS系统,硬件延迟求解的结果整体上比利用欧洲定轨中心全球电离层地图校正的结果大2.50~3.00TECU左右;同时,该方法在消除GNSS系统硬件延迟后,获得的垂直总电子含量（Total Electron Content,TEC）能较好地反映电离层TEC的周日变化、日出增强、半年变化、年变化和春秋分不对称性等特征.     

北美地区夜间中尺度电离层行进式扰动的GPS台网监测研究

本文利用2007年6月～2008年5月期间北美GPS台站密集地区的TEC观测资料,对夜间中尺度电离层行进式扰动(MSTIDs)的传播特性进行了分析研究.结果表明:北美地区的夜间电离层行进式扰动一般发生在美国西部时间21:00～02:00LT(05:00～10:00UT)时段,表现在TEC中的最大扰动幅度为0.45～0....     

辅助模型辨识方法(5):最小二乘辨识

借助于辅助模型辨识思想,针对白噪声干扰的输入非线性有限脉冲响应系统,研究了辅助模型最小二乘辨识方法、辅助模型多新息最小二乘辨识方法、变递推间隔辅助模型最小二乘辨识方法、变递推间隔辅助模型多新息最小二乘辨识方法、等递推间隔辅助模型多新息最小二乘辨识方法,以及有限数据窗最小二乘辨识方法,包括引入加权因子（加权矩阵）、遗忘因子得到的一些相应辨识方法.     

月球电离层探测与研究

从20世纪60年代到本世纪初,人类发射了一系列绕月飞船,对月球大气和月球电离层进行研究。科学家发现,月球电离层主要出现在向日面。在表面几百米高度范围内,由太阳辐射导致的光致电离使得月球向日面出现密度不超过10^10／m2的电离层等离子体。进一步研究表明,由于月球没有内禀磁场,月球电离层与太阳风中的行星际电场耦合在一起,时刻处在“飘动”中。电离层密度的变化与月相、当地的月表剩磁、太阳风条件、当地的月壤特性等相联系。