基于替代模型和贝叶斯推理的EIT电阻率反演

在生物组织电阻抗成像(EIT)技术中,介质电特性分布具有不确定性,因而研究概率框架下的重建方法具有重要意义.针对EIT中电阻率的不确定性反演及正问题调用过程中计算负荷庞大的问题,提出了基于替代模型和贝叶斯推理的参数反演方法.首先,针对4层同心圆头模型,采用拉丁超立方抽样方法进行训练,建立了EIT正问题计算的Kriging模型、BP神经网络模型和径向基函数(RBF)神经网络模型,并且甄别出精度最高的RBF神经网络替代模型.结果表明,替代模型在保证计算精度的条件下大幅提高了计算效率.然后,基于贝叶斯推理框架下的差分进化自适应多链并行DREAM_zs算法和在此基础上加入卡尔曼激励建议分布的DREAM_kzs算法,对EIT中的电阻率进行反演.结果表明,两种算法均能进行有效反演,DREAM_kzs算法有着更快的收敛速度和更高的识别精度,且灵敏度越高的参数反演效果越好,即头皮的反演效果最好,其次依次为颅骨、大脑和脑脊液.进一步,构造了基于真实CT图像的胸腔仿真模型,采用RBF模型作为正问题替代模型,利用DREAM_zs算法和DREAM_kzs算法对正常肺部组织和两种病变情况进行电阻率分布的图像重构.结果表明,两种方法均能有效反演,DREAM_kzs算法的性能均优于DREAM_zs算法,且外层单元的反演效果整体上要优于内层单元.仿真实验结果表明,基于替代模型和贝叶斯推理的方法可实现EIT电阻率的有效反演,可望为临床应用提供依据.

基于DREAM_ZS算法的EIT电阻率反演方法研究

针对电阻抗成像(EIT)中的电阻率反演及其不确定性量化问题,提出基于贝叶斯理论的不确定性分析方法.首先,利用反向传播(BP)神经网络模型作为正问题替代模型,取得了计算精度高的结果,并且大大提高计算效率.然后,采用基于贝叶斯理论的自适应差分进化Metropolis抽样(DREAM_ZS)算法对电阻率进行反演,并对不同激励模式和不同先验分布进行了对比分析.对模拟头部的4层同心圆模型的反演结果显示,DREAM_ZS抽样算法能够对4个参数进行准确识别,相对激励模式的反演效果最优.4个参数的不确定性程度不同,头皮电阻率不确定性最小,敏感性最强,其次是颅骨,大脑和脑脊液的不确定性较大.进而,对高维参数的圆模型进行仿真,采用相对激励模式,DREAM_ZS抽样算法能够准确反演二维圆模型的各个参数.参数的先验分布为正态分布时,与均匀分布相比,其反演结果不确定性小,对算法的识别效果更强.

利用点电流源和Tikhonov正则化的潜艇稳恒电场反演方法

为了评估潜艇水下腐蚀相关稳恒电场分布特性,从潜艇水下腐蚀相关稳恒电场产生机理出发,基于等效点电流源建立潜艇水下腐蚀相关稳恒电场正演模型,并利用Tikhonov正则化根据已知电场数据求解等效点电流源电流强度,对潜艇周围海水空间的腐蚀相关稳恒电场进行推算。将某型潜艇的COMSOL软件仿真结果作为模拟试验数据,对所提方法有效性进行验证。结果表明:由水深38 m电场值向水深42.5 m和水深33.5 m进行反演时,相对均方根误差、最大值相对误差、峰峰值相对误差均不超过0.06;由较近平面向较远平面进行反演时,即使推算深度达到45 m,相对均方根误差仍然在0.21以内;噪声标准差为实际电场最大值的0.1倍时,反演误差仍然小于0.1。该算法抗噪声能力强,精度较高,能较好地用于工程实践。

基于法兰同轴的材料电磁脉冲屏蔽效能测试改进方法

为合理评价材料对强电磁脉冲的屏蔽效能,分析了材料对电磁波的屏蔽机理,在此基础上,给出了一种基于法兰同轴的材料电磁脉冲屏蔽效能改进测试方法,实现了对测试波形、材料透射波形和材料反射波形的准确监测。利用该方法测试了厚度为80,100,200,300μm的某石墨烯材料的时域屏蔽效能,测试结果表明,反射波形以反射损耗为主,随材料厚度的增加透射脉冲波形前沿变缓,脉宽变宽,呈现出低通滤波特性。基于测试波形,进一步计算了材料的时域峰值和能量表征的屏蔽效能,计算结果表明,变化规律与平面型材料屏蔽效能理论模型的变化规律相吻合。该方法不仅可以直观评价材料的时域电磁脉冲屏蔽效能,而且能够准确变换得到材料的频域屏蔽效能曲线,并可以得到材料的时域反射损耗等细节信息,具有较好的普适性。

绝缘子电场有限元分析法的影响因素及其优化

某些因素对基于有限元法的电场分析结果有重要影响,为了提高基于有限元法的绝缘子电场分析的准确性,以表面洁净、染污、覆冰和有分离水珠的110 kV瓷支柱绝缘子为研究对象,在ANSYS中分别建立它们的模型,研究了电场分析类型、远场单元及面积、基于轴对称的简化建模方式对有限元法算得的绝缘子电场分布的影响。结果表明:洁净、表面有干污层情况下选择静电场或电准静态场分析时算得电场分布没有差别,但表面有湿污层、湿污层和干燥带、分离水珠或干/湿冰层情况下二者算得电场分布的差别较大;湿污层电阻率越小则差距越大,介电常数对二者差距影响不大;绝缘子有湿污层、湿污层和干燥带、分离水珠、干/湿冰层时应该采用电准静态场分析;建模时远场单元应该使用,否则得到的结果误差很大,相比之下远场区域面积对电场分析结果的影响要小很多;轴对称的三维体可用其轴截面的一半的以轴对称方式建模,用轴截面直接建模误差很大。

双阵列结构电离器件放电动态特性二维仿真

基于纳米尖阵列的场致发射放电结构是电离式器件的核心,能有效降低放电电压,但同时也决定了该放电结构的放电电流较小难以被精确感知。本文提出了一种双阵列结构电离器件,该器件在相同激励下能够进一步提高放电强度。本文利用有限元方法,对双阵列结构下N_(2)-O_(2)空间的动态电场进行了数值模拟,对纳米尖阵列的放电过程进行了仿真计算。通过计算发现,在双阵列结构下,正负离子对电场强度的时空分布有着较大影响;通过对电子温度发展规律的计算,发现空间电子通过空间电场的焦耳热效应获取能量;最后,通过对电子流及离子流密度变化情况的计算,发现放电电流密度由电子流密度和离子流密度叠加而成,且二次电子发射是空间放电能够自持的重要因素。研究揭示了双阵列结构电离器件的放电机理,为常压微等离子体效应在气体放电领域的应用和推广提供参考。同时,研究涉及的理论和方法还可推广至微等离子体调控及混合离子检测等领域,具有重要的实际意义。

土壤结构对流入变压器中性点直流电流的影响

当直流输电系统单极大地回路运行时,会在直流接地极附近的中性点接地变压器中流过较大直流电流,从而导致变压器直流偏磁等一系列后果。采用复合分层土壤结构模型,基于特定的计算模型,对直流接地极流入直流电流时引起的地中电流场分布和地电位分布进行计算,分析流入变压器中性点的直流电流。同时通过改变土壤结构模型参数,分析不同土壤结构配置下流入变压器中性点直流电流的变化。研究表明,土壤结构对流入变压器中性点的直流电流影响较大,因此在精确计算流入变压器中性点的直流电流时应考虑土壤情况的复杂性。研究结果为实际工程中直流接地极附近变电站选址提供理论参考。

变电站接地网模拟计算

基于复镜象法提出了一种模拟计算变电站接地网的方法，该方法适用于多层大地模型中任意结构接地网的模拟。对于多层媒质模型，若利用经典镜象法求解，则需要设置无穷多个镜象来模拟边界及分层特性；而利用复镜象法，则只需几个镜象即可。复镜象法中镜象的大小和位置一般为复数。复镜象法的计算效率和计算精度远远高于经典镜象法。文中给出了多层大地模型中复镜象法的格林函数和接地网的数值计算技术。基于所介绍的方法开发了变电站接地系统模拟计算软件，并应用该软件分析计算了几种实际接地网系统，得到了满意的结果。

分层土壤中点电流源电流场计算的递推算法

提出了一种适用于具有任意分层的水平或垂直土壤结构的计算点电流源电流场的递推算法。详细地分析了利用递推法获得水平或垂直多层土壤中的电流场的过程。与以往的方法相比,该方法的优点在于无需将每层土壤中的电位表达式具体写出,避免了极为复杂的公式表达,非常便于开发任意分层土壤结构的接地网接地性能数值分析软件。为了验证其有效性和正确性,对任意一段线电流进行了分析计算,并将分析结果与已有的计算结果进行比较,相对偏差很小。

GIS盆式绝缘子气隙缺陷下电场变化规律仿真研究

为了研究气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子存在气隙缺陷时的电场变化规律,以800 kV GIS盆式绝缘子为研究对象,建立了三维仿真模型,基于有限元原理仿真计算了GIS盆式绝缘子内部分别含有气泡及缝隙等典型气隙缺陷时的电场分布,并分析了气泡位置及大小、缝隙分布方向及宽度对盆式绝缘子电场的影响规律。仿真结果表明:电场畸变主要出现在缺陷处,气泡表面最大场强比无气泡时增大50%左右,较高场强区气泡表面的场强能够引起气体电离;气泡半径对场强变化的影响不到6%;横向裂缝场强最大增大约1.78倍,远大于径向裂缝场强的变化;径向裂缝越宽,裂缝最大场强越大;横向裂缝越宽,场强畸变越小。

500 kV线路ZnO避雷器电位分布计算与试验分析

采用一种新的模拟面电荷—表面电荷法对研制的两种５００ｋＶ悬挂式ＺｎＯ避雷器阀片柱沿面电位分布进行了计算。计算与现场实测结果进行对比，验证了计算结果的正确性。

真空断路器灭弧室外表面绝缘及其电场计算

用 ANSYS有限元软件分析计算了一种真空灭弧室外表面的电场强度 ,给出了不同绝缘介质时的电场强度数值及分布曲线。分析结果表明

雷电电磁场的空间分布

基于传输线 (TL )闪电回击模型计算了闪电回击产生的空间电磁场 ,根据计算结果总结了闪电电磁脉冲(L EMP)

BLT方程的时域扩展及其在微带线中的应用

以微带线为应用背景,使用拉普拉斯逆变换将频域BLT方程中的乘积运算转换为时域卷积,结合级数运算,将频域BLT方程扩展到时域BLT方程,并应用该时域BLT方程计算了均匀有耗微带线的瞬态终端响应电压。数值仿真结果表明,时域BLT方程与频域BLT方程的计算结果一致,从而验证了扩展得到的时域BLT方程的有效性,仿真结果也为微带线的集总源激励效应研究提供了参考。

混响室复合搅拌方式的搅拌效率分析

为了评价混响室在不同搅拌方式下的搅拌效率,提高相关测试的精确度,对独立采样数这一重要指标的计算方法做了简单介绍,并在某大型混响室内,对200,500,1000MHz频点下的机械搅拌与频率搅拌方式的搅拌效率进行了试验分析。结果表明:二者的搅拌效率均与工作频率成正比;在机械搅拌方式下,多个搅拌器在不同转速比下能够显著提高搅拌效率;频率搅拌的搅拌带宽选取越大搅拌效率越高;两种搅拌方式提供的独立采样点数均存在一个上限值。通过分析对比,提出了基于机械搅拌与频率搅拌相结合的复合搅拌方式,并对该方式的搅拌效率进行了重点分析,给出了该方式下独立采样点的计算方法,试验结果表明该复合搅拌方式可显著提高测试样本的独立采样数。

有限公式法二维涡流场计算技术及其在电机集肤效应计算中的应用

有限公式法是基于全局量的电磁场数值计算方法,用代数方程取代微分和积分方程描述电磁场物理规律,具有物理意义明确,计算过程简单等优点。该文扼要介绍了有限公式的理论体系和应用现状,阐明了全局物理变量与原空间和映射空间元素的关系;采用基于正弦时变电磁场的复数模型,详细推导了有限公式法二维涡流电磁场的计算公式;并研究推导出了有限公式理论中二类齐次边界条件和非齐次条件的处理方法。结合电机工程中的具体实例,计算了鼠笼电机转子导条的集肤效应,通过与有限元计算结果的对比,验证了方法的正确性。该文的工作,丰富和完善了有限公式理论在涡流场方面的计算技术为在其他工程问题上的进一步应用打下了基础。

频率搅拌嵌套混响室场分布的统计特性

为明确频率搅拌方式下嵌套混响室内的场分布,在混响室电磁统计特性的基础上,对嵌套小室内外的场分布进行了理论研究,重点对小混响室开窗大小对场分布的影响进行了分析。当窗口为电大尺寸时,小混响室内外均服从瑞利分布;为电小尺寸时,参考车-车链路通信的统计特性,小混响室内部应满足双瑞利分布。在某大型混响室内,借助矢量网络分析仪,通过测试收、发天线间的散射参数S21,实现了样本数据的快速采集,并将样本数据与理论分布模型进行了拟合优度检验(KS检验),检验结果证明了假设分布的正确性。

轴对称建筑物形状对电场畸变影响的数值模拟

为了研究建筑物形状对大气电场畸变的影响,利用有限元法,计算得出不同形状建筑物周围的电位分布,进而讨论建筑物直径、弯曲度以及高度对大气电场畸变的影响.结果发现:建筑物顶端中心的电场畸变系数β随建筑物直径的增大而减小,且畸变系数与建筑物直径的关系式和建筑物弯曲度有一定的关系;电场畸变系数β随建筑物弯曲度的增大而减小,且最终趋于不变;电场畸变系数β随建筑物高度增加而增加,且建筑物的弯曲度不同,β随建筑物高度变化的趋势也不尽相同.对于具体的雷电防护设计,能够提供一些依据.

电磁混响室搅拌方式研究综述

电磁混响室是进行有限空间内电磁兼容、电磁效应测试以及无线信道模拟的重要设备。搅拌方式是混响室的核心内容。主要从改变混响室边界条件和激励源配置的角度,对国内外混响室搅拌方式的研究历史和现状进行分类介绍,列举了一些具有代表性的实现方案,总结了各种方式的特点,介绍了混合搅拌方式的研究进展。

基于粒子群优化算法的电阻抗图像重建

电阻抗成像的实际应用具有许多优越性,但电阻抗图像重建是一个严重病态的非线性逆问题。目前电阻抗成像的静态算法大多采用Newton-Raphson类算法,这类算法需要计算Jacobian矩阵、使用正则化技术等,算法复杂且稳定性较差。针对该问题,采用了一种新的求解逆问题的方法:粒子群优化算法(PSO)。PSO是一种基于种群搜索策略的自适应随机算法,具有算法简单、调节参数少、收敛速度快、易于实现等特点。给出了电阻抗成像的建模模型,并对粒子群优化算法做了适当的改进以适应电阻抗问题的求解。与牛顿类算法相比,它可以省去繁复的雅可比矩阵计算过程,而采用自适应搜索来求取最优解。仿真结果表明,应用PSO进行图像重构时,能够对突变区域进行准确的定位,图像分辨率较高。