星载激光测距仪全波形测距技术

激光全波形测距以宽带高灵敏探测技术高保真获取、记录激光探测主回波信号,进行全数字处理和子波分析,解析其时域、空域、频域信息,获取高精度距离、目标分布特征,是提高星载测距仪测距精度、能力、空间配准精度的重要手段。文章对比分析了全波形和阈值法2种激光测距的原理,总结全波形测距的优势,梳理了其技术难点,重点对全波形回波数据处理进行了研究,给出了数据处理算法,实现了复杂多峰回波波形的高斯分解,得到光斑区域内目标相对高程分布,仿真验证了算法的可行性,通过计算不同信噪比下的高程解算误差,得到了误差随信噪比的变化趋势。

一种改进的GMSK全数字正交调制算法

高斯滤波最小频移键控(GMSK)作为一种常用的调制技术,具有包络恒定、相位连续及频带利用率高等优点,但工程实现较复杂。为降低硬件实现难度,本文以GMSK正交调制常规算法为依据,通过对该算法中求解相位的核心公式进行变形处理,重新确定相位表里面的波形存储值,改进后的算法合理可行、节省硬件资源且易于工程实现,与传统算法性能相当。

基于Born敏感核函数的速度、密度双参数全波形反演

速度、密度之间的相互耦合使得密度在多参数全波形反演中较难获得.本文将截断高斯-牛顿法用于声介质速度、密度双参数全波形反演,通过考虑近似Hessian矩阵中反映速度、密度相互作用的非主对角块元素,有效解决了多参数全波形反演中速度、密度之间的耦合问题,在不采用反演策略的情况下,仍能够获得精度较高的速度、密度反演结果.常规的截断牛顿类全波形反演通常利用一阶伴随状态法求取目标函数对模型参数的梯度,利用二阶伴随状态法或有限差分法求解Hessian-向量乘,在每一步内循环迭代过程中需要额外求解两次正演问题,计算量较大.本文基于Born近似,将梯度计算中的核函数-向量乘表示为具有明确物理意义的向量-标量乘的累加运算,同时将Hessian-向量乘转化为两次核函数-向量乘,无需额外求解正演问题,有效降低了计算量.数值实验证明了本文提出的方法的有效性.

地震反射波反演二阶优化方法及其应用

常规地震数据大都缺乏低频成分与长炮检距信号,经典的全波形反演方法不易获取中、深层弹性参数模型的长波长分量,波动方程反射波形反演作为替代方法近来受到极大关注.然而,现有的反射波形反演方法几乎都采用梯度类的一阶优化算法,收敛性和精度都有待提高.本文在二阶优化理论框架下,推导弹性参数背景与扰动模型的反射波敏感核、泛函梯度以及海森算子,揭示海森矩阵对泛函梯度的去模糊化作用和改善反演的工作机制.推覆体模型合成数据实验表明,相比于常用的共轭梯度法,利用近似海森矩阵的高斯-牛顿法明显提升了反射波形反演的收敛性与宽谱建模能力.在东海实例中,本文方法超越常用的反射走时层析技术,通过改善中、深层偏移速度建模,支撑逆时偏移高分辨率刻画长江坳陷内部复杂的断裂系统,改善了深部基底的成像质量.

几种优化方法在频率域全波形反演中的应用效果及对比分析研究

全波形反演方法是一个有效求解参数重建问题的方法,其本质是一个寻找最优解的优化问题,目前多用局部最优方法求解,如最速下降法、共轭梯度法、高斯-牛顿法、拟牛顿法等.文中给出了常用的优化方法,基于二维声波方程,将这些方法应用于部分overthrust模型的反演,通过对各方法所得反演模型的精度和计算时间的对比分析,对各个方法的优缺点进行总结,为后续多参数反演或高维方程参数反演提供方法选择上的参考;针对所要求解的反问题,选用的优化方法需要在收敛速率、计算存储量和算法的稳定性之间进行权衡,以得到一个最优的反演结果.

各向异性介质弹性波多参数全波形反演

各向异性介质弹性波方程全波形反演过程中多参数之间的相互耦合,使得弱参数在反演过程中难得到理想的结果.本文以VTI介质为例,在各参数辐射模式分析的基础上,基于改进的散射积分算法实现目标函数梯度的直接求取,进一步构建高斯牛顿方向,实现Hessian矩阵的有效利用,以考虑Hessian矩阵非主对角线元素包含的各参数间的耦合效应,在不使用任何反演策略的情况下实现高精度的VTI介质弹性波方程多参数同步反演.同时,该方法在计算过程中无需存储庞大的核函数矩阵,且无需传统截断牛顿法中额外的正演计算,因此内存占用小,计算效率高.本文数值试验验证了该方法的有效性,为各向异性多参数全波形反演提供了一种新的解决方案.

铝合金薄板高斯脉冲MIG焊

提出了GAUSS-MIG焊模型,成功在2 mm和3 mm厚度的铝合金薄板进行了焊接试验.通过分析试验采集的信号,发现焊接电流电压波形规整、分布有规律,重复性好,能量输入集中,弧长稳定,证明了GAUSS-MIG焊的焊接过程平稳.GAUSS-MIG焊焊缝的力学性能比传统的铝合金双脉冲焊有一定的提高,并且焊缝外观鱼鳞纹清晰工整,表面光亮,熔高和熔深合适,焊接过程几乎无飞溅发生,电弧声柔和,焊接质量好.

平面等角螺旋天线脉冲辐射实验

在超宽频带内,自互补结构平面螺旋天线的输入阻抗值约188.5Ω(满足巴比涅-布克原理);在高斯微分脉冲的激励下,辐射电场波形具有高斯二次微分特性,可用于超宽带通信或雷达系统中。在高斯微分脉冲的激励下,用平面螺旋天线进行了收发天线实验,实验结果显示:天线的S11小于-10dB的频率带宽范围与理论分析输入阻抗保持恒定值的范围一致;方向图的实验结果与理论也比较一致。研究表明平面螺旋天线可作为脉冲天线。

高斯—牛顿法与梯度法波形反演比较研究

经典的地震波形反演采用梯度算法,该方法计算量小,但收敛速度慢,不容易重建速度场的低波数成分。我们在文中讨论了雅可比矩阵的计算,实现了高斯—牛顿法反演。数值例子表明,与梯度法相比,高斯—牛顿法收敛迅速,反演精度高,是一种更加有效可行的物性反演策略。

采样频率和激光脉宽对全波形激光雷达测距精度的影响

全波形激光雷达测距精度,又称测距重复精度或测距标准差,受激光器出光稳定性、激光脉宽、探测器响应时间抖动、电路噪声、波形形态、波形采样频率和波形处理算法等因素影响。理论分析了不同采样频率和不同脉宽对全波形激光雷达测距精度的影响,并采集不同的采样频率(1.25、2.5、5 GHz)和不同脉宽(1、2、3、···、10 ns)条件下的波形数据,经滤波、插值、波形提取等预处理后,利用线性高斯拟合、加权线性高斯拟合、迭代加权线性高斯拟合、期望最大化算法、和Levenberg Marquardt算法共5种算法计算测距值并统计测距精度。实验结果表明,EM算法获得的测距精度相比其他4种算法受到波形畸变的影响最小;加权线性高斯拟合算法获得的测距精度受采样频率变化的影响最小;相同波形幅值条件下,实际脉宽增加2.47倍,利用EM算法获得的测距精度从0.97 mm下降至1.18 mm,因此增加脉宽会降低测距精度;在光脉宽为4 ns的情况下,5 GHz采样频率数据在EM算法获得的测距精度分别为2.5 GHz、1.25 GHz采样频率数据的测距精度的1.71倍和3.07倍,而当2.5 GHz和1.25 GHz采样频率数据分别插值2倍和4倍至5 GHz后,仅为1.17倍和1.29倍,因此提高采样频率能够提高测距精度,而对低采样频率数据进行插值能够获得接近高采样频率数据的测距精度。

基于高斯脉冲的超短波电台波形设计研究

针对GMSK基带信号的特点,在未引入编码条件下将Viterbi算法的思想运用于超短波高斯波形的最大似然序列估计中,相比逐符号检测达到最佳检测性能,获得了相应地功率增益,并仿真了不同BT值、定时偏差和抽样点数的波形性能。仿真结果可为超短波通信子网物理层波形设计提供理论基础,有较大的工程参考价值。

基于GPU加速的高斯牛顿法全波形反演

针对高斯牛顿法地震全波形反演计算量大、计算速度慢的问题,采用图形处理器（GPU）对其加速.高斯牛顿法全波形反演耗时主要集中在波形正演模拟和矩阵乘法计算两个方面,而波形正演算法和矩阵乘法计算在算法特性上都满足并行性的要求.对于波形正演模拟的加速,研究并实现了基于CUDA平台的时域有限差分（FDTD）正演算法.对于矩阵乘法的加速,直接使用计算能力很强的CUB-LAS 库来完成计算.在台式PC 上对不同模型大小的反演区域做合成数据反演,所用显卡型号为GTX650ti,程序速度提升10-30倍,且随着模型增大,程序的加速比将进一步提高.二维Overthrust截取模型反演算例表明时间成本已经不再是影响高斯牛顿法全波形反演发展的主要问题.

脉冲超宽带系统的波形设计研究

超宽带无线通信技术是利用极窄脉冲传输的系统,其中脉冲波形是其中的重要内容.通过MATLAB仿真分析研究,发现组合脉冲与单个脉冲相比,具有一些优点,可以满足某些特定的要求,能够改善超宽带无线通信系统的性能.