高光学效率相干多普勒激光雷达的测风性能分析与测试

近期研发了一套高光学效率全光纤化相干激光雷达设备,可用于风场的实时探测。该相干激光雷达工作于1.55μm波段,望远镜直径50 mm,时间分辨率和距离分辨率分别是1 s和30 m。系统集成了光纤结构的接收单元、可编程扫描模式的两轴扫描头及一个用于实时信号处理的多核数字信号处理器。对系统的测风性能进行了理论分析并同实验结果进行了对比,验证了系统测量距离达到5 km。之后,通过将激光雷达与超声波风速仪数据进行对比验证系统的测量精度。经过数据分析水平风速相关系数达0.980,标准差为0.235 m/s,风向数据相关系数达0.993,标准差为3.105°。表明该相干激光雷达具有优良的性能,可以应用于大气边界层内的风场探测。

60km瑞利多普勒激光雷达及其风场探测

临近空间风场的探测,在大气动力学研究和提高数值天气预报的准确性,以及航空航天保障等方面具有重要意义。研制基于瑞利散射双边缘技术的60 km多普勒激光雷达用于临近空间大气风场的测量。激光雷达主要分为垂直指向测量系统和两台斜指向测量系统。工作波长355 nm,探测距离15-60 km。为验证系统的可靠性和积累风场观测数据,于2014年下半年进行了外场实验,并与当地的探空气球数据进行对比,结果显示60 km瑞利多普勒激光雷达风场测量数据与探孔气球数据具有良好的一致性。

多普勒激光雷达中种子激光注入的一种鉴别方法

多普勒测风激光雷达以其高分辨率、高精度、大探测范围、能提供三维风场信息的能力,吸引了多国学者的关注,并投入了大量的人力、物力进行研究。所研究的多普勒测风激光雷达采用种子注入的方式获得单纵模、窄线宽、高功率的激光输出。激光器中心频率的缓慢漂移、环境噪音、激光棒温度变化或者振动干扰都有可能导致激光器种子光的注入不成功,出射激光光谱由注入成功时的单纵模输出变为多纵模输出。激光单纵模输出时线宽约为200 MHz,而多纵模时激光线宽很宽。而种子注入不成功时所出射的多纵模激光脉冲将导致瑞利后向散射谱变宽,会增加风速测量误差。该脉冲筛选电路在数据采集环节实现对多纵模激光脉冲的筛选,有效降低了风速测量误差,提高测风准确度。

基于高阶统计量滤波器的离子浓度信号测量

使用选择性离子电极测量水质分析样品中的离子浓度时,由于溶液中各种离子的相互作用,使信号不可避免地混入超高斯噪声和亚高斯噪声。为了提高离子浓度信号的信噪比和测量精度,采用基于四阶累积量均方误差准则的高阶统计量自适应滤波器(HOSRLS),以抑制离子浓度信号的超高斯噪声和亚高斯噪声。仿真结果表明:较之于低阶统计量的递归最小均方误差自适应滤波器(RLS)方法,HOSRLS方法可有效地消除离子浓度信号的非高斯噪声分量,具有较高的信噪比和收敛速度。

浅析城市森林公园规划

随着社会的进步和人们的生活水平的不断提高,人们回归自然的愿望越来越强烈,近年来国内各城市森林公园建设的加速,也体现出城市决策者对改善城市生态环境、城市景观形象和市民休闲游憩条件的重视。当代城市森林公园在规划设计方法上除保留与继承传统城市公园的规划设计方法外,还应表现出一定的变化与发展。文章从三个方面对城市森林公园规划进行分析,即"城市森林公园"、"城市森林公园规划原则"、"城市森林公园规划应注意的问题"。

新西兰视觉艺术成就测评探析及启示

美术教育是艺术素质教育的重要组成部分。在当前大力推行艺术素质测评的背景下,如何有效地开展美术测评成为相关教育者探讨的重点。新西兰学生学业成就监测项目中的视觉艺术成就测评,是在新西兰高校、教育部门和相关基础教育学校等教育力量的共同努力下开发的国家级测评方案,其题目设置、实施方式等具有鲜明的特点。对新西兰学生学业成就监测项目中的视觉艺术成就测评展开探究,能够为我国的美术测评设计与实施提供建议。

连续相干探测激光风速仪设计与测试

为实现近距离风场的精确实时观测,基于连续相干探测技术,选取人眼安全的1.55μm为工作波长,设计了一台激光风速仪。系统光路采用全光纤结构增强运行稳定性,望远镜采用同轴透射式结构,有效口径为70 mm,测量光束聚焦距离为80 m。利用A/D采集卡上板载现场可编程门阵列芯片处理大气回波信号,并设计了谱质心算法估计径向风速,提高了系统运行的精确性和实时性。长期径向风速测量结果表明,所设计激光风速仪输出信号稳定,时间分辨率为1 s,风速测量范围下限约为0.915 m/s。与一台校准过的脉冲相干测风激光雷达进行对比实验,两设备测得风速数据相关系数为0.997,标准差为0.090 m/s,最大相差0.480 m/s。

旋转机械振动信号的Kalman滤波及故障诊断

对于一个稳定运行的旋转机械系统,其振动响应信号可以由自回归(AR)模型来描述。在此基础上提出了一种基于Kalman滤波原理的旋转机械振动信号处理方法。利用Kalman滤波算法估计出稳定系统振动响应信号的AR模型参数,并利用此模型建立Kalman滤波所需的状态空间方程,再结合Kalman递推算法构建一种新的振动信号滤波处理方法。并将此方法应用到旋转机械系统故障诊断中。研究结果表明:所用的方法能够有效地消除旋转机械振动信号中的噪声和检测出振动信号中的微弱突变信息。

我国中纬度地区多普勒激光雷达准零风层多季节观测与分析

一台基于分子双边缘鉴频技术的车载瑞利多普勒激光雷达系统,于2014年至2016年先后在山西忻州(38.42°N 112.72°E)和甘肃酒泉(39.74°N 98.49°E)地区对平流层风场进行连续观测。观测结果表明:18~25 km范围内,酒泉春、秋季节以及忻州冬季均出现了准零风层大气结构,并伴有明显的上下浮动现象,该准零风层结构与2011年夏季新疆乌鲁木齐(42.1°N 87.1°E)多普勒激光雷达系统观测到的结果具有明显差异。分析认为:由于5月与10月处于短暂的季节过渡时期,中纬度地区平流层东风环流尚未稳定导致零风线的上下浮动;2015年1月忻州地区出现平流层准零风层与平流层爆发性增温有关。

瑞利激光雷达超窄带滤光器参数设计及性能分析

白天太阳光背景辐射严重降低雷达系统的信噪比,从而影响探测高度和精度。为实现对中高层大气相关参数的全天时测量,利用Nd:YAG激光器产生的355 nm激光束作为光源,研制了用于全天时的超窄带滤光器。从原理出发,利用FP标准具透过率曲线单支具有超窄带宽的特性,设计了一款用于进行白天观测的级联式超窄带滤光器;给出了该超窄带滤光器近似透过率函数形式,定义了滤光器性能评价函数,给出了设计方法;通过定义的滤光器性能评价函数,对超窄带滤光器主要参数进行了优化设计,给出了各光学部件具体参数,给出了超窄带滤光器的信噪比提升效果;最后,通过具体实验对各标准具及级联状态下的系统透过率进行了标定,经曲线拟合表现出较好的一致性。

基于高斯拟合的相干激光雷达风速估计算法

分别利用高斯拟合估计算法(Gaussian fitting estimation algorithm,以下简称Gauss估计算法)和最大似然(Maximum Likelihood, ML)离散谱峰值(Discrete Spectral Peak, DSP)估计算法(ML DSP)处理实测回波信号,计算得到风速扰动的功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)。根据Kolmogorov湍流理论中PSD与频率的-5/3关系,比较不同距离门下的PSD,采用高频区域的风速误差作为风速估计性能参数,分析比较不同距离情况下风速误差,并利用自相关系数分析风速时间变化的相关性。结果表明:在距离较低的探测区域Gauss估计算法的风速误差微弱小于对应的ML DSP估计算法,二者之间的风速误差差值最多不超过0.05m/s。而在距离较高的区域,两种算法的风速误差差值从820m处的0.06 m/s增加至1 200 m的0.16 m/s。在风速的时间相关性分析上,Gauss估计算法的风速时间自相关系数明显大于对应的ML DSP估计算法,说明Gauss估计算法处理的风速数据更具有稳定性。

差分像移大气湍流廓线激光雷达的研制

大气折射率结构常数在自适应光学系统、天文观测以及大气湍流模型等研究领域都有着重要的意义。基于差分像移的大气湍流廓线的测量原理,研制了一套距离分辨的大气湍流廓线激光雷达。差分像移湍流廓线激光雷达相比传统湍流测量技术对仪器误差,比如震动和离焦不敏感,可以对目标进行实时的主动探测,并能够得到测路径上随距离分布的大气湍流廓线。介绍了差分像移湍流廓线激光雷达的基本原理与系统结构,利用该湍流廓线激光雷达进行了外场探测实验,探测距离信号发射点200～8 000 m的目标大气,距离分辨率为200～1 000 m,共13个采样点。采用50 Hz帧率的ICCD相机获取信号,每个采样点测量20 s,获得1 000张图像,计算出对应的差分像移,并进一步反演出对应的折射率结构常数,得到了大气湍流的距离分布廓线,最后对实验的结果与过程进行分析,验证了该激光雷达系统的功能性。

用于风力发电机偏航控制的激光测风系统设计与试验

为实现风力发电机迎风信息的精确测量,采用连续波相干探测技术,设计了针对风力发电机偏航控制需求的激光测风系统。该系统的扫描装置中由直驱电机带动15°顶角楔形镜旋转实现激光对大气的圆锥扫描,设置扫描一圈用时为15 s,每圈采样点数为30个,利用正弦拟合方法反演风力发电机前方的风场信息。将激光测风系统安装在深圳市气象观测梯度塔下,与塔上超声波风速仪进行了对比测风试验。经过数据分析,水平风速相关系数达0.98,标准差为0.22 m/s,风向相关系数达0.97,标准差为3.04°,表明所设计的激光测风系统性能优良,工作稳定可靠,能够为风力发电机提供精确风场参数,提高风能的利用效率。

推进高水平对外开放与产业链供应链安全发展--江苏省世界经济学会2022年年会暨学术研讨会综述

2022年12月3日,江苏省世界经济学会2022年年会暨学术研讨会在南京白金汉爵大酒店召开,此次会议以“推进高水平对外开放与产业链供应链安全发展”为主题,旨在深入学习贯彻党的二十大精神,持续推进高水平对外开放。会议由江苏省世界经济学会主办,南京财经大学、江苏省社会科学院世界经济研究所承办,以线上线下相结合的形式进行。来自南京大学、东南大学、河海大学、南京理工大学、苏州大学、南京林业大学、扬州大学、南京财经大学、江苏省社会科学院、常熟理工学院等高校和科研机构的专家学者以及博士、硕士研究生共70余人参加了本届年会。

基于非线性能量收集的认知WPCN性能优化

考虑了一个基于点对点主通信链路的认知无线供电通信网络(Wireless Powered Communication Network,WPCN),该认知WPCN由一个多天线混合接入点组成,该接入点将无线能量传输给一组低功耗无线设备,并接收来自这些无线设备的传感数据。为了解决认知WPCN中固有的用户不公平问题,同时考虑到同相/正交不平衡、非线性放大幅度和相位噪声对低成本传感器节点物理收发器的影响,提出了一个基于非线性能量收集的簇协作协议,从而平衡不同无线设备的能量消耗,提高了认知WPCN系统的吞吐量性能。为了保证主系统的性能,考虑了主系统的温度干扰约束,在三种实际网络环境下进行了仿真,结果表明,该方法能有效提高认知WPCN的吞吐量公平性,同时保证了主网络的通信质量。

基于μC/OS-Ⅱ的无线传感器网络节点低功耗设计

针对无线传感器网络节点存在的能源受限问题,从操作系统层面对节点进行了低功耗设计,提出了一种基于μC/OS-Ⅱ的无线传感器网络节点的功耗管理方案,分别从节点微处理器、外围设备以及电池能量3个方面进行了电源管理设计.并在STM32F103ZET6微处理器的节点上进行了试验.结果表明:该方案能够有效降低系统功耗,当系统处于空闲状态时,功耗相比于正常运行时有了明显的降低,且系统运行稳定.

孤独症谱系障碍儿童血清生物学因子水平分析

目的分析孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)儿童血清铜蓝蛋白(ceruloplasmin,Cp)、同型半胱氨酸(homocysteine,Hcy)、叶酸、血氨(blood ammonia,BA)、铁蛋白(serum ferritin,SF)、乳酸(lactic acid、LA)、微量元素(Fe、Mg、Ca、Zn、Cu、Pd、Cd)及维生素(VA、VE、VD)水平,为ASD儿童的预防和诊治提供理论依据。方法选取2020年1月至2021年5月郑州大学第三附属医院确诊为ASD的184例儿童为ASD组,在儿童发育行为科就诊并最终排除神经发育障碍性疾病的96例儿童为对照组。采用电化学发光免疫分析法测定叶酸、VB12、SF和VD水平,终点法测定BA水平,色谱分析法测定VA、VE水平,酶循环法测定Hcy水平,免疫比浊法测定Cp水平,酶法测定LA水平,原子吸收法测定微量元素水平。结果ASD组儿童的血清Fe[(6.78±0.89)mmol/L比(8.04±0.86)mmol/L]、Mg[(1.56±0.20)mmol/L比(1.61±0.18)mmol/L]、Cu[(15.32±2.68)μmol/L比(18.91±2.77)μmol/L]、叶酸[(26.49±8.15)nmol/L比(33.35±5.40)nmol/L]、VA[0.33(0.29,0.38)mg/L比0.38(0.33,0.41)mg/L]、VD[(43.79±10.85)mg/L比(55.16±3.67)mg/L]和Cp[(304.85±37.11)mg/L比(337.31±37.71)mg/L]水平低于对照组。Ca[(1.79±0.16)mmol/L比(1.56±0.18)mmol/L]、VB12[(722.42±63.53)pmol/L比(700.02±77.45)pmol/L]、BA[(28.40±10.68)μmol/L比(22.98±3.39)μmol/L]、SF[(28.75±11.08)μg/L比(26.18±7.06)μg/L]、Hcy[(7.42±0.46)μmol/L比(6.59±0.61)μmol/L]、VE[(9.27±1.07)mg/L比(8.64±0.99)mg/L]和Pb[27.04(17.40,39.87)μg/L比18.51(7.36,34.20)μg/L]水平高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。将单因素筛查有意义的因子纳入二元logistic回归分析显示,Cp(OR=0.988,P=0.037)、Fe(OR=0.124,P=0.000)为ASD的保护性因素,VE(OR=1.704,P=0.008)、BA(OR=1.091,P=0.002)、Ca(OR=65.034,P=0.001)为ASD的独立危险因素。结论与正常儿童相比,ASD儿童Fe、Mg、Cu、叶酸、VA、VD和Cp水平更低,Ca、VB12、BA、SF、Hcy、VE和Pb水平更高;导致ASD发生的因素并不单一,可能有多种因素参与ASD的发病过程。因此寻找ASD的病因,建立有效的预警机制是治疗ASD的根本。

气浮工艺中微纳米气泡应用特性与检测技术研究

总结了不同文献中气泡尺寸的定义,根据其特性进行分类。概述了气浮工艺中微纳米气泡的应用特性,介绍了微气泡粒径分布和表面电荷对气浮工艺的影响。围绕微纳米气泡的尺寸分布、上升速度、气含率、Zeta电位等特性参数,总结了微纳米气泡的各种表征检测技术,同时概述了微纳米气泡在气浮技术中的应用现状及前景,并对其发展应用进行展望。

基于工程设计思维的STEM课程开发研究及启示——以NASA“宇宙飞船安全”课程为例

STEM已成为各国教育发展关注的重点,开发适用于实际教学的STEM课程是推动STEM教育在学校顺利实施的基础和关键。美国宇航局(NASA)在其科研开发的基础上,开发了众多基于工程设计思维的STEM课程。这些课程有一定的核心理论支撑,整体内容安排合理紧凑,能够较好地让学生在STEM学习中提升自己的工程设计思维。通过对NASA开发的STEM课程展开探究,能够为我国STEM课程开发与实施提供建议。

傅里叶域内双背景模型的海上红外序列图像目标检测

针对不同波动程度的海场景下红外目标检测的难点,提出一种傅里叶域内对海背景进行双模型建模的目标检测算法。由于不同的海场景具有不同的海水波动模式,用单一的模型较难准确的描述所有的海场景。海水在傅里叶域内幅度谱的稳定性较强,因此提出一种傅里叶域内的双海水背景模型,即概率单高斯模型和混合高斯模型。首先对海上红外图像进行行方向的傅里叶变换,获得图像的幅度谱和相位谱。然后利用训练阶段纯海水图像幅度谱序列的方差对海水的波动程度进行判别。若海水波动较剧烈,利用傅里叶域内的概率单高斯模型对海水进行建模。若海水波动较平缓,利用傅里叶域内的混合高斯模型对海水进行建模。将测试帧幅度谱和海背景模型进行比较,获得检测结果。实验结果表明,本算法在不同类型的海场景下,均能有效的抑制海背景和准确的检测出目标。