高频地波雷达单站测量表层海流的原理

运用高频地波雷达测量表层海流矢量,一般均采用双站测量方案,因而,需要大量的人力和昂贵的设备投入。该项研究在分析双站测量原理的基础上,结合海洋学原理和合理的假设,推导并给出了利用单站地波雷达测量表层海流的原理和公式,从而使单站测量表层海流成为可能。可预期该方案虽然在一定程度上,适当降低了空间分辨率,但却可以大幅度降低观测成本,减少人力物力的投入,并显著提高现场观测效率。     

不同小波基对水泥路面脱空信号时频特征的影响

水泥路面脱空是导致路面板块断裂的主要因素,及早确定脱空区域的范围,可为水泥路面结构安全性的力学分析提供依据,避免断板现象．以水泥路面脱空病害为研究对象,采用正演模拟方法研究了脱空形状和深度对探地雷达（Ground Penetrating Rada,GPR）响应信号的影响．使用连续小波变化（Continuous Wavelet Transform,CWT）提取脱空区域信号的时频域特征,并用CWT时频特征重构脱空区域的3D模型．在此基础上,研究了不同小波基对脱空特征的影响,并在室内模型上进行验证实验．结果表明,正演模拟与室内模型的脱空特征一致,且脱空与正常路面的GPR信号在时频域差异明显,CWT图谱能量集中区域可表征脱空的深度和范围;不同小波基函数的CWT处理结果不同,相比于morse小波和bump小波,amor小波的CWT的处理结果更精确,更能反映脱空的时频特征;CWT时频特征可实现脱空病害的3D可视化,为分析脱空区域范围提供参考,这为后续开展道路养护提供理论依据．     

基于中国中东部多站流星雷达的二维风场观测研究

全天空流星雷达广泛应用于中间层-低热层大气水平风场的观测,为研究该区域大气风场的变化特征提供了重要数据支持.目前流星雷达主要采用单站观测模式,没有水平分辨率,并且只能探测流星区域的大气平均水平风场.为了得到更加丰富且精准的中间层-低热层大气风场信息,本研究介绍了建设在中国安徽地区的多站流星雷达系统,该系统包括安装在蒙城（33.36°N, 116.49°E）的一台单站流星雷达和长丰（31.98°N, 117.22°E）的一台远程接收机,两地直线距离约为167km.相比于单站流星雷达,多站流星雷达系统探测到的前向散射流星数目增加了约70%,并且一般可以提供400 km×400km以上的水平观测区域.除此之外,多站流星雷达系统还可以提供更加丰富的流星观测角度.新多站系统可以实现中间层-低热层大气二维水平风场的观测,在获取平均水平风场以及风场水平梯度的同时,还可以估计水平风场的散度、相对涡度和拉伸、剪切形变信息.多站流星雷达能够提供更多的水平风场参数,对进一步研究中间层-低热层区域的大气动力学过程具有重要意义.不仅如此,未来即将建成的多站流星雷达观测网将会实现中国中东部地区上空的中间层-低热层...     

基于变分自动编码器的探地雷达噪声压制及双曲线识别

受仪器设备和环境的影响,使用探地雷达(GPR)进行数据采集的过程中会引入各种不同的噪声,从而干扰目标体反射信号,对数据处理及解释造成困难.由此,本文提出了一种能够同时实现GPR剖面数据噪声压制及双曲线异常识别的变分自动编码器(VAE)神经网络结构.首先,详细阐述了模型结构、数据集建立及网络参数选择;然后,通过合成数据实验验证该算法的有效性及模型的泛化能力,相比于深度卷积自动编码器(CDAE),本文算法在噪声压制能力和双曲线识别能力上均表现更优;最后,通过对隧道衬砌和管线的实测数据进行处理,验证了本文算法的实用性.     

地理知识可视化中知识图特征与应用——以小流域淤地坝系规划为例

依据心智表达的双重编码理论、地理的空间图形思维特点以及支持可视化知识探析需求,讨论地理知识可视化中知识图的定义与特点,并把地理知识图分为地理概念命题图与地理相似图解图,地理相似图解图又可分为逻辑拓扑相似图、空间结构相似图、变量关系相似图以及地理过程相似图.以黄土高原的小流域淤地坝系规划为案例,研究了支持坝系空间规划知识图中的概念命题图与相似图解图的形式、种类及其相互关系.     

独立分量分析在探地雷达信号处理中的应用初探

针对探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)信号信噪比低、背景杂波强,事先对探测目标的信息所知甚少,近乎处于“盲”状态,因而实际处理难度大等实际问题,提出了将独立分量分析(In-dependent Component Analysis,ICA)这种盲信号处理技术应用于GPR信号处理,并利用ICA中的Fast-ICA算法,对ICA法在GPR信号处理中的应用进行了初步探索,实现了GPR信号中弱目标信号和强背景杂波的有效分离,并初步解决了对所分离目标信号的正确排序,以及由ICA方法本身带来的所分离目标独立分量信号符号的不确定性等问题,使GPR信号信噪比大幅提高,从而使GPR的目标检测性能也得以显著改善。在对诸如地雷、地下管线等局部目标的时域有限差分法(Finite-dif-ference Time-domain,FDTD)、仿真GPR数据和室外试验观测GPR数据进行ICA处理后,都取得了理想的结果。      

基于SMVF的高频雷达自适应多目标检测

针对高频雷达强海杂波和干扰环境下的多目标检测问题,结合S-method时频分布和Viterbi算法提出了一种多分量线性调频信号瞬时频率估计方法——SMVF法(S-method viterbi fitting),然后根据所提取的瞬时频率的直线拟合性能,提出了一种自适应多目标检测算法。实测数据的处理结果,表明了该算法在低信噪比时,与WDM法(wigner distribution maxima)、WDV法(wigner distribution viterbi)相比,估计精度提高约20%,验证了该算法的可行性和有效性。     

2021年9月通辽一次龙卷形成机理和雷达回波特征分析

2021年9月8日午后分别有两个EF1级龙卷对内蒙古通辽市科尔沁区左翼中旗、科尔沁区造成严重影响。为深入认识东北冷涡背景下内蒙古东南部平原地带龙卷的形成机理和特征,利用常规观测资料、ECMWF-ERA5的0.25°×0.25°再分析资料、多普勒雷达探测资料等对本次龙卷过程进行分析。结果表明：龙卷发生于东北冷涡底部、低空冷切南部的西南暖湿气流、地面辐合线南侧偏南气流中,龙卷发生前中低层有干空气入侵,增强大气对流不稳定度;较低的抬升凝结高度,低层位温随高度减小,0～3 km有较强的风垂直风切变、强的垂直上升运动,低层存在正垂直螺旋度大值中心,均是龙卷形成的有利条件;辐合线和干线相伴作用共同触发龙卷。通辽多普勒雷达探测出两龙卷钩状回波、入流缺口、有界弱回波区、气旋性风场辐合、中气旋特征;分析雷达数据反演的风场得出,龙卷发生在近地面辐合线附近的偏南气流中,位置在发展阶段钩状回波移向的东南侧、入流缺口附近;龙卷发生前中低层具有气旋性辐合,气旋性辐合中心逐渐下降,垂直方向上具有较强的垂直风切变,呈现低层辐合高层辐散特征;在低层和中低层的辐合中心接近时,龙卷形成并逐渐接地。     

“6·23”江苏阜宁EF4级龙卷超级单体风暴中尺度结构研究

2016年6月23日14—15时,江苏省阜宁县突遭"增强藤田"4级龙卷、强风、短时强降水和冰雹等强对流天气,致使99人罹难,800多人受伤,属极其罕见的极端天气事件.本文利用加密自动站数据、探空数据、单部雷达观测数据以及双多普勒雷达三维风场反演数据,研究了此次龙卷发生的天气背景、龙卷超级单体的三维结构及其演变特征.研究表明：（1）龙卷发生期间,阜宁处于地面暖湿舌内、地面有γ中尺度气旋和辐合线;环境大气抬升凝结高度很低、中低层有很强的水平风的垂直切变;这有利于龙卷的生成.（2）此次龙卷超级单体左移风暴的低层有钩状回波和入流缺口,有界弱回波区位于垂直剖面中低层、悬垂回波位于风暴前部高层.（3）龙卷发生前,风暴质心高度、最大反射率因子高度和风暴回波顶高度均持续增加,风暴垂直累积液态含水量激增;龙卷发生在上述参数的数值首次同时减小时.（4）双多普勒雷达反演的三维风场揭示,超级单体形成之前的对流风暴内部中低层已经有中尺度气旋形成,中尺度气旋伴随着超级单体的生成、发展和强化的各个阶段.中尺度气旋位于钩状回波顶端、其南端有反气旋,此涡旋偶对于中层动量下传、龙卷生成、发展、加强和触地具有重要作用.     

基于卷积完全匹配层的非规则网格时域有限元探地雷达数值模拟

复频移完全匹配层(Complex Frequency-Shifted PML,CFS-PML)在长时间时域计算中对凋落波、倏失波具有好的吸收效果,并被广泛应用于时域有限差分模拟中.而本文采用卷积方法将CFS-PML应用于时域有限元求解GPR波动方程的数值模拟中.论文以TM波为例,推导了基于CPML(Convolutional PML)边界的时域有限元GPR波动方程求解公式,采用Newmark-β方法对时间导数进行离散,有效改善了时域有限元GPR数值计算程序的稳定性.并以狭长模型为例,开展了CPML边界中关键参数m、R和κ的选取实验,通过对比反射误差大小确定了综合最优参数组合.相同时刻UPML与CPML波场快照、3个检测点的反射误差比较,说明CPML较UPML具有更好的吸收效果.最后,采用非规则四边形网格对1个复杂GPR模型进行剖分,应用加载CPML边界条件的FETD程序对该模型进行了正演,得到了二维剖面法、宽角法正演GPR剖面图,说明非规则四边形对复杂模型的良好适应性,基于CPML边界条件的FETD可有效减少边界反射误差,能实现对任意复杂不规则模型的正演模拟.