基于GPR正演技术的路面反射裂缝图像解译研究

为了解决探地雷达图像的病害识别问题,基于有限元法求解三维电磁波波动方程,并编写MATLAB代码进行数值模拟,依托汉十高速路面芯样检测数据建立三维道路真实模型,并建立多种不同损伤程度、形状的反射裂缝,分析电磁波在反射裂缝不同发展阶段的传播规律。结果表明:随着反射裂缝深度的变化,探地雷达图像存在显著的差异,反射电压与裂缝深度存在一定的线性关系,通过实际电压图像可以计算路面反射裂缝的深度。研究结果为分析高速公路路面裂缝病害图像提供理论基础。

双层钢筋衬砌质量检测正演模拟与试验

采用基于时域有限差分法的开源模拟软件gprMax和中心频率1500 MHz的天线对双层钢筋衬砌质量检测过程进行了正演模拟,并制作了双层钢筋衬砌模型进行检测。结果表明:两者雷达图像中钢筋的反射波幅度、相位相似,钢筋均呈现出开口向下的双曲线特征;由于电磁波的趋肤效应,表层钢筋产生多次反射波,导致正演模拟雷达图像中第二层钢筋信号被遮蔽。

一种求解陆基雷达地面反射区域面积的模型

根据菲涅尔原理、基于建立的直角坐标系推导出计算陆基雷达地面反射区域的仿真模型，并结合实际情况对摸型进行了简化，得出计算反射区域的公式和相关结论．

基于ICCD的微光成像建模与仿真

分析了ICCD相机的光谱辐射响应和空间响应特性,建立了ICCD相机的数学模型,包括:亮度模型、MTF模型和噪声模型。研究了地面光谱反射特性和光照强度对微光图像对比度的影响,导出了包含ICCD相机综合特性的图像仿真方程。并在此基础上,提出了基于日间航拍图像的微光图像仿真方案。仿真实验结果说明了该方案的有效性。

低轨卫星通信电波传播的双线模型

从陆地移动通信中电波传播的双线模型出发,根据低轨卫星通信的特点,提出了一种适用于低轨卫星通信电波传播的双线模型。通过对模型的分析和计算,得出了自由空间衰减随卫星仰角变化的规律。在仿真过程中,假设了接收机在卫星轨道面内和轨道面外两种情况,分别对TE波和TM波的路径增益进行了讨论。结果表明,由于地面反射的存在,自由空间的衰减在只有直视路径的基础上产生了起伏振荡。合理利用这些规律,对于低轨卫星信道建模和卫星通信接收机设计具有一定价值。

具有打底油墨的半色调印刷品的Clapper-Yule模型

通过经典的Clapper-Yule模型的应用,对已有的点对点的半色调印刷品进行扩展,在忽略油墨渗透的条件下,建立起能具有打底油墨的半色调印刷品的呈色规律的理论模型。在假定油墨是非散射介质以及油墨的折射率与纸张的折射率近似相等的近似下,利用光在油墨与纸张中散射迁移路径长短不同的分程理论,建立了具有打底油墨的半色调图像的分程Clapper-Yule光谱反射率模型。

无人机测控与信息传输信道的建模与仿真设计

分析了无人机测控与信息传输系统中传输信道的特点,针对无人机飞行中不同的状态和环境条件,建立了不同的信道模型,并在此基础上,设计了一个可用于无人机测控与信息传输系统设计的信道仿真器,该仿真器通过设置不同的参数,可对无人机飞行中所处的不同通信信道进行仿真,以全面验证无人机测控与信息传输系统中所采用的传输技术性能及接收机性能。

基于ASHRAE模型的客舱表面太阳辐射量分析

为解决飞机在航前、航后及经停阶段,桥载空调过度使用导致其寿命缩短并浪费能源问题,采用ASHRAE太阳辐射模型,并按照中国实际情况对太阳常数进行了修改,对影响飞机客舱能耗的太阳辐射进行分析.分析结果表明客舱右上、右下、左上、左下等四个曲面受到的太阳直射辐射、地面反射辐射、天空散射辐射随着太阳高度角和方向按一定规律进行变化,由于各曲面朝向不同,变化规律也不同.太阳总辐射量中太阳直射所占比例较大,右上曲面和左上曲面的太阳直射辐射分别在10时和14时达到峰值。掌握客舱能耗变化的规律,对于合理控制桥载空调的运行有指导意义,便于引入预测控制,避免桥载空调过度使用,延长其使用寿命,同时节约电能.

探地雷达电磁波正演模拟研究

利用探地雷达技术对路面结构层进行检测时,根据探测要求而采用不同频率的天线,尝试建立了雷达电磁波在结构层中传播的正演模型,通过得到的合成波模拟了其在结构层中传播的规律。根据经典电磁理论,利用傅立叶积分变换,通过典型激励和实测雷达入射波模拟了雷达电磁波在结构层中的传播情况,得到了合成的反射波,并与实际结构层测试雷达波做了比较。结果表明:频率低的情况下,雷达的分辨率较低,结构分层不明显;随着频率的增大,可以清晰区分出结构分层,但只有在高频率的条件下,结构厚度分层的反射信号才是合理的,能比较真实地反映实际情况。

衰减夹层GPR模拟的时频域全局反射误差

全局反射误差分析是深入研究探地雷达(GPR)吸收边界条件吸收效率的有力工具.基于常规完全匹配层(PML)的标准交错网格有限差分算法必须满足严格的CFL条件限制,即在单位时间步长内,不容许电磁波传播的距离超过单元网格尺寸.为了提高主区域所有网格节点的计算效率,并有效地吸收传播后期出现的低频隐失波,提出基于非分裂递归卷积完全匹配层(UCPML)的旋转交错网格(RSG)GPR正演算法.该算法采用不同的网格交错策略,并在边界条件中引入了吸收低频隐失波的自由可变因子,使得该算法允许选取较大的时间步长,提高了计算效率,并且实现了对低频隐失波的高效吸收.本文首先给出了RSG差分格式,推导了基于UCPML的RSG差分更新方程,探讨了数值色散的稳定性条件,然后以绕射现象严重的衰减夹层数值模拟为例,分别从波场快照、单道波记录、时间域反射误差(TDRE)、频率域反射误差(FDRE)四个方面分析了UCPML与常规PML的全局反射误差,说明了基于UCPML和RSG的GPR正演算法能更有效地吸收低频隐失波.

地面视距传播的临界距离

在地面视距传播中，可能会出现满足自由空间传播条件的情况，但自由空间模型的应用必须考虑传播距离的限制。对限制自由空间模型应用的临界距离进行了理论上的探讨，对临界距离的计算公式进行了推导，并对其物理意义和应用范围进行了分析说明。

基于时空融合技术的森林火灾遥感动态监测

针对单一时空融合方法或使用单一中等空间分辨率影像(如Landsat影像)和MODIS影像时空融合的不足,本文提出综合利用经典的STARFM算法、基于地物内组分时相变化模型的地表反射率时空融合算法,联合使用多种空间分辨率更优(≤30 m)的传感器影像,以“时间最邻近及空间分辨率优先”为原则对传统单一中等空间分辨率影像预测周期(如Landsat影像为16天)进行分段独立预测,并优化组合两种预测方法的预测结果,进而获取更为精确的逐日中等空间分辨率预测影像。基于上述方法所得结果,可应用于森林火灾监测场景中。以四川凉山木里县3·30森林大火为例,综合利用MOD09GA、Landsat8 OLI、Sentinel-2、GF-1 WFV遥感影像数据进行实验研究,基于预测所得逐日中等空间分辨率影像提取火灾指标因子(燃烧面积指数和归一化燃烧指数),分析森林火灾演化态势。结果表明:(1)多类型中高空间分辨率遥感影像的综合利用,有利于解决传统单一中等空间分辨率影像预测周期跨度过长、总体精确度低的问题,可获取更为精确的逐日中等空间分辨率预测影像;(2)两种算法在不同类型遥感数据融合应用中各有其局限性,两种方法联立使用具有理论价值与实际意义;(3)基于时空融合影像分析火灾演化态势时,归一化燃烧指数计算结果更敏感、更有效。研究认为,基于时空融合技术的森林火灾遥感动态监测具有可行性,具有进一步深入研究的价值与意义。

双面光伏组件发电特性实证及模拟研究

研究了双面光伏组件的发电模型,同时对双面光伏组件在不同场景下的发电特性进行了分析和研究。结果表明:与单面光伏组件相比,双面光伏组件在白漆和白石子场景下的发电量增益分别为17.82%和18.34%。应用PVsyst软件对实证系统进行发电量模拟,对比模拟数据和实证数据后发现,背景反射率对模拟结果的影响较大,通过调整地面反射率参数,可使模拟结果更接近于实际情况。

精测雷达低仰角测角误差规律的研究

对精测雷达低仰角测角误差规律进行研究,分析了精测雷达回波测量原理,并计算其天线差波束波瓣能量分布情况;研究雷达直射地物回波及地面遮挡对雷达跟踪目标的影响,并与传统多路径效应模型进行对比,得出传统多路径效应模型对雷达低仰角误差的影响并不是主要的;最后结合精测雷达对地物回波的实测数据得出雷达低仰角测角误差的真实变化规律。

光的地表反射偏振特性分析及空间偏振模式计算方法

为研究和分析地表反射偏振特性,及其在空间中形成的大气偏振模式,本文基于单因素大气偏振模型,建立地表反射偏振模式模型,仿真三维空间大气偏振模式,研究地表反射及大气传输衰减对大气偏振模式的影响规律.结果表明水域和建筑对偏振度的影响较大,开阔地和植被的影响较小,大气衰减起到消偏作用,偏振方向保持良好对称性.实验结果符合实际测量数据,为大气偏振模式模型的建立提供理论方法.

基于模糊分形脉冲反褶积的探地雷达信号处理

为了提高探地雷达的分辨率,降低雷达探测过程中衰减、频散及其他干扰所造成的影响,提出了基于模糊分形脉冲反褶积应用于探地雷达信号的后处理,用分形特征取代反褶积中对反射系数功率谱为白噪的假设,并给出了具体的实现步骤;为了验证该方法的合理性,以直径为100mm的PVC塑料管为标定物,设计了将标定物以不同深度和不同间距埋置在沙体中的模型试验。理论分析和试验结果表明:基于模糊分形脉冲反褶积的原理处理雷达信号,对于降低噪声干扰和提高分辨率有着一定的优势,可作为雷达信号处理方法一种很好的补充。

基于地面激光强度校正数据的单木枝叶分离

由于受到角度、距离等因素影响,同种地物反射的激光强度数据存在较大的偏差,需要建立校正模型使强度数据能准确反映地物信息,并快速提取。从激光雷达测距方程出发,设计校正实验,运用多项式模型拟合强度数据校正方程,通过定义其标准值,改正距离和高度影响下的反射强度。采用阈值法和随机森林法进行立木枝叶分离。利用二次多项式对七类材质分别进行校正,校正后各材质强度数据级差均小于0.1,不受距离、高度影响,可以区分主干和叶片;活立木强度数据经过校正可以得到枝叶分离的阈值;随机森林法的最终分类效果较好,两树种叶模型校正分类精度分别为91.5%和84.3%。本研究建立的校正模型方法,对自然漫反射目标物的激光强度数据能够进行较为精确的校正,选用的自然立木验证实验校正成功,为进一步进行立木的枝叶分离提供了可能性。

地气解耦的Himawari-8卫星PM_(2.5)浓度估算深度神经网络方法

现阶段大气PM_(2.5)遥感反演方法大多数都基于卫星气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)产品,这些产品通常是从表观反射率(top-of-atmosphere reflectance,TOA)中反演而来.直接建立TOA产品和地面站点监测的PM_(2.5)浓度间的反演模型能够有效降低由AOD反演所带来的误差传递,但是现阶段反演PM_(2.5)所用到的TOA同时耦合了地表反射率和大气贡献值,想要进一步提升反演精度则需要设法将二者分离.基于此,本文利用Himawari-8(H8)卫星数据,由6S模型进行大气校正,继而统计得到H8前6个波段之间的地表反射率关系式,再运用卫星第六波段表观反射率与地表反射率接近的特性,估算得到前5个波段的地表反射率,并扣除地表反射率得到大气贡献值,以此来达到地气解耦的目的.随后,本文基于深度神经网络构建了PM_(2.5)、大气贡献值、卫星亮温数据、观测角等之间的关系.以安徽省为例,反演结果表明,与不考虑地气解耦的TOA-PM_(2.5)方法相比,本文提出的ATM-PM_(2.5)方法精度更高,在未参与训练的验证站点上,ATM-PM_(2.5)的R2和RMSE值为0.87和13.77μg·m^(-3),相对于未经过地气解耦的TOA-PM_(2.5),R2提高了20%,RMSE值降低了5.24μg·m^(-3).另外,利用H8卫星时间分辨率较高的特点,本文对安徽省域范围内进行了逐小时的PM_(2.5)监测,显示本文方法有潜力为PM_(2.5)实时监测提供数据支撑.