Shenzhou-4 spaceborne altimeter waveform processing and significant wave height retrieval

The Shenzhou -4 spaceborne （SZ -4） altimeter waveforms were processed, and then the significant wave heights （SWH） was retrieved on the basis of waveform fitting and waveform retracking. Waveforms processing includes the waveform ls averaging, the elimination of thermal noise and the waveforms normalization. Double peaks were found on each SZ - 4 waveform, and it was pointed out that the region of waveforms with the second peak is abnormal and its effects on the whole waveform in the waveform fit should be taken into consideration. To obtain the width of the waveform leading-edge, a method was proposed to find the starting point of waveform, and the half-power point of waveform was found by retracking the waveform. The normalized wavefornis were fitted with the Haynes model by using the weighting least square fit method. Then the selections of the weighting coefficients and their effects on significant wave hight retrieving were discussed, and the optimal five-region weighting method was proposed. At last, the SWH data of SZ -4 altimeter retrieved by using the proposed method were compared with those of ERS -2 and Jason - 1 altimeter, and it was concluded that the SZ -4 altimeter can detect significant wave height.

GEDI星载激光雷达数据估测森林冠层高度精度评估

为解决现有研究针对GEDI数据产品不同算法估测森林冠层高度不充分的问题,利用机载激光雷达数据探究GEDI提取的佩诺布斯科特森林冠层高度精度,计算两数据的R^(2)、RMSE并开展显著性检验分析,用以探究不同算法以及数据获取时间对估测精度的影响。结果表明:6种算法中,算法4的精度最高,R^(2)=0.61,RMSE=5.74 m。对于不同时间获取的GEDI数据,与机载数据获取时间接近的GEDI数据估测精度较高。

激光切割调高器微距测量传感器设计

该文针对现有的激光切割调高技术需求,提出一种基于电容器原理的非接触式微距测量方法,该方法是通过克拉泼振荡电路将激光切割喷嘴与工件之间形成的电容器电容信号调制转化为一定频率的高频正弦波信号,并基于电流反馈型的运算放大器和波形转化电路实现高精度、无失真、极低时滞的信号放大与波形转化。最后通过实验分析,该传感器满足信号输出稳定、重复性良好、分辨率高和量程合适等要求,达到激光切割调高技术需求的理想测距效果。

Jason-3卫星高度计回波波形去噪及重定方法研究

针对传统波形重定方法无法有效处理近海区域卫星高度计回波波形中的噪声问题,提出基于奇异谱分析的Jason-3高度计回波波形重定新方法,以进一步提高波形重定数据质量。通过奇异谱分析方法滤除回波波形中包含的噪声信息,提取出主要波形信息,然后进行波形重定处理。对原始波形及去噪后的波形分别进行波形重定处理,比较分析重定海面高。结果表明,本文提出的基于奇异谱分析的Jason-3高度计回波波形重定方法是有效、可靠的,对进一步拓宽卫星测高技术在近海区域的应用具有一定的借鉴意义。

点云密度对激光雷达估计森林样方平均树高的影响

以吉林省长春市净月潭国家森林公园为研究区,分别于2012年5月和10月进行飞行数据和野外数据采集。首先通过对小光斑激光雷达离散点云数据进行随机稀释操作,获得四种不同点云密度数据,再对点云数据进行分层处理并拟合伪波形,从波形中提取冠层半能量高用于估测森林的样方平均树高。结果表明:在研究的点云密度范围内无论点云密度的高低,冠层半能量高模型均能够较好的估测森林样方平均树高;四种点云密度情况下,0.125倍点云密度时,模型结果相对较好,拟合相关性R=0.971,精度P=0.97;不同点云密度对模型拟合相关性及精度的影响差异不大,且落叶松的估测精度高于樟子松。

基于ICESat-GLAS波形估测平均树高的研究

以吉林省汪清林业局经营区域为例,基于星载激光雷达ICESat-GLAS回波参数,构建了平均树高回归模型,预估精度为84.05%;利用反距离加权法,对ICESat-GLAS光斑平均树高估测值进行差值运算,得到初始CHM(Canopy Height Model),实现了平均树高空间连续分布制图;再利用坡度校正和3×3移动窗口差分滤波平滑初始CHM,得到研究区平均树高修正CHM,预估精度达到91.52%。研究结果表明,坡度校正和移动窗口差分滤波方法能有效削弱坡度影响,剔除异常点,提高平均树高估测精度。

基于机载小光斑全波形LIDAR的作物高度反演

为了填补利用激光雷达反演作物冠层高度的空白,本文以全波形激光雷达发射与回波波形的高斯性为理论基础,首先通过对波形的拟合,实现作物与土壤波形的剥离,然后确定回波波形上各关键点,最后结合作物冠层结构的特征获得作物冠层高度。验证结果表明:反演作物冠层高度的绝对误差在0.06m以内,相对误差小于5.2%。该方法对于反演其他植被结构参数也具有重要的借鉴意义。

由ERS-1波形重构确定我国近海平均海平面

近海岸区域平均海面高在大地测量学、物理海洋学以及地球物理学研究中具有非常重要的意义.受各种条件的制约和限制,目前卫星测高技术主要应用于深海区域,在近海区域尤其是海岸线附近区域的应用几乎为空白.本文根据ERS-1测高卫星回波波形特征,采用五参数线性模型,由最小二乘拟合方法,对近海区域尤其是靠近海岸线附近的ERS-1测高波形数据进行波形重构.比较波形重构前、后解算平均海面高,表明波形重构技术不仅明显改善了解算近海海面高的精度,而且增加了近海测高海平面的分辨率,并使卫星测高有效观测延伸至海岸线附近.随后,本文利用波形重构后海面高数据构造了近海多年平均海平面,并对我国近海海平面特征进行了初步分析.

短路过渡焊接焊丝干伸长传感器

对波形控制短路过渡CO2 焊接焊丝干伸长传感器进行了研究。在对焊丝干伸长传热和电阻以及熔滴的几何形状和电阻特性进行理论分析的基础上 ,建立了一套基于MotorolaMC6 8HC11A1单片机的焊丝干伸长检测及处理系统。短路期间的焊丝干伸长近似为焊炬至工件的距离 ,因此焊丝干伸长可作为确定焊炬高度的传感器 ,进而实现焊缝跟踪。对检测数据的处理结果表明 ,在短路中期 ,焊接脉冲电流恒定 ,焊炬与工件间的电压信号与焊丝的干伸长度成正比。传感器的实际检测精度可以达到± 0 .4mm ,完全能够满足CO2 焊接的焊炬高度跟踪和焊丝能量补偿控制的要求。

浅海区域Topex/Poseidon测高卫星数据波形重构方法

根据测高卫星返回波形的特征 ,给出了由Topex Poseidon卫星波形数据进行波形重构的方法 ,并采用函数逼近算法确定波形重构改正量 ,进而改善测高卫星近海岸海面高观测值的精度 .在中国南海区域计算了四圈T P测高卫星经过波形重构后的海面高数据 .近海岸海面高数据与相近时刻验潮站数据相比 ,精度比波形重构前有了很大提高 ,证明该方法的有效性 .

卫星雷达测高波形修正方法研究

利用Jason-1SGDR数据分析Tseng波形修正法存在的问题,通过修改参考波形选取策略和异常点插值的定权策略提出改进的波形修正算法。实验表明,改进算法能够避免Tseng法导致的波形前缘变形问题,提高近海海面高的精度。

一种多前缘多阈值的波形重构算法

为了改善近海测高精度,本文对近海测高波形的特征进行了研究,并在现有算法的基础上提出基于波前缘识别算法的多前缘多阈值波形重构方法.然后将该方法用于中国近海的卫星测高波形数据的处理,得到精度与分辨率更好的海面高数据.作为验证,将此海面高数据换算为重力异常并与船测重力进行比较,结果显示该方法可以明显提高卫星测高精度.

基于Abaqus的离合器整体式波形片加载曲线仿真分析

以某型号65Mn离合器整体式波形片为研究对象,通过Abaqus有限元分析软件对波形片受力变形过程进行数值模拟分析,预测了摩擦片对波形片施力所产生的轴向压缩特征曲线(加载曲线)。研究了波形片厚度、成形高度、圆角半径对压力-位移曲线的影响,并将模拟结果与产品要求进行对比分析。结果表明,较小的波形片厚度与较大的成形高度均可使加载曲线的拐点向右偏移,说明波形片实际负载区间减小,较小的压力即可导致波形片产生形变;而圆角半径数值的变化对加载曲线的影响程度并不明显。对给定参数下的波形片进行了加载实验,实验结果与模拟分析数值曲线基本吻合,表明采用Abaqus仿真分析可为波形片性能匹配优化提供参考依据。

海南近海Envisat测高波形重构海面高质量评价

以海南近海（14～20°N,108～120°E）为研究区域,采用四种波形重构算法（Ocean1算法,阈值（Threshold）算法,重心偏移（OCOG）算法和Beta-5参数算法）对Envisat高度计RA2第20周期八条轨迹的测高波形数据重新进行计算,并对波形重构后的海面高（SSH）精度进行评价.结果表明：波形重构算法能显著提高测高海面高数据质量,且重构后海面高的空间分辨率有较大改善.其中Threshold 50％算法的重构精度最高,Ocean1算法的精度也较好.Threshold 50％算法的结果最为稳定,比其他三种算法更适合于海南近海的测高波形重构.

基于粒子群—最小二乘法的GLAS波形分解及树高反演方法

树高是陆地碳循环研究中的一个重要的生物物理参数。ICESat/GLAS系统是第一个实现全球连续观测的星载激光雷达系统,由于其具有光斑覆盖面积大、穿透力强的特征,在树高等森林结构参数反演方面具有显著的优势。该文设计了一种基于粒子群一最小二乘法的GLAS波形分解及树高反演方法,采用该方法对贡嘎山地区和茂县山区坡度小于10°的GLAS激光点波形进行了高斯分解和树高反演工作,拟合波形与原始波形吻合良好;树高估算结果与采用统计模型估算的树高非常接近(贡嘎山:R^2=0.80,RMSE=5.30 m;茂县:R^2=0.96,RMSE=3.11m)。研究结果表明该方法能很好应用于GLAS波形分解,并获得较好的树高反演结果。未来可以针对该方法在不同坡度地区的适用性和树高反演精度问题开展进一步的研究。

基于机载LiDAR的伪大光斑波形数据反演林分平均高

为降低小光斑机载激光雷达因光斑直径太小而导致的脉冲首次回波无法代表冠层高度的影响,以进一步提高小光斑机载激光雷达波形数据在森林结构参数估测中的应用潜能。以内蒙古依根地区为研究区,以机载激光雷达波形数据为基础数据,在波形数据高斯分解的基础上提出一种基于小光斑波形形成伪大光斑波形数据的方法。通过计算样地内各高斯分量脉冲能量占总脉冲能量的比例,将其视为各高斯分量特征参数对应权数,分别求特征参数振幅、位置和半波宽的加权平均数,即为样地伪大光斑波形数据对应高斯函数的特征值。基于小光斑波形数据和伪大光斑波形数据提取特征参数,分别结合野外样方实测平均树高建立回归模型,并进行比较分析。结果小光斑波形反演模型的决定系数R2为0.47,总体平均精度P为78.19%,伪大光斑反演模型的决定系数R2为0.61,估测林分平均高总体平均精度P为90.65%。结果表明,伪大光斑模型反演精度高于小光斑波形反演模型,降低了小光斑LiDAR因光斑直径过小带来的影响,挖掘了小光斑机载LiDAR波形数据的应用潜力。

星载LiDAR与HJ-1A/HSI高光谱数据联合估测区域森林冠层高度

【目的】将ICESat-GLAS波形数据与HJ-1A/HSI高光谱数据联合,借助HSI高光谱数据提供的连续高分辨率光谱信息,实现区域森林冠层高度的估测,降低由于GLAS光斑呈离散条带状分布无法覆盖整个研究区造成的估测误差。【方法】首先,从平滑后的ICESat-GLAS波形数据中提取波形参数(波形长度W和地形坡度参数TS),基于W和TS建立GLAS森林冠层高度估测模型,并利用此模型计算研究区所有GLAS光斑内的森林冠层高度;然后,采用最小噪声分离法(MNF)对HJ-1A/HSI高光谱数据进行降维,提取前3个MNF分量(MNF1,MNF2,MNF3);最后,基于支持向量回归机(SVR)算法,利用GLAS估测的森林冠层高度和3个MNF分量建立区域森林冠层高度SVR估测模型,并估测研究区内无GLAS光斑覆盖区域的森林冠层高度,生成森林冠层高度分布图。【结果】从ICESat-GLAS波形数据中提取的地形坡度参数TS与野外实测地形坡度具有显著线性关系(R2=0.78);基于W和TS建立的GLAS森林冠层高度估测模型的R^2=0.78,RMSE=2.51 m,模型验证的R^2=0.85,RMSE=1.67 m;基于支持向量回归机算法建立的SVR模型建模的R2=0.70,RMSE=3.62 m,模型验证的R2=0.67,RMSE=4.42 m。采用野外数据对最终得到的森林冠层高度分布图的估测误差进行分析,结果估测误差最大值为7.10 m,最小值为0.07 m,平均值为1.78 m,估测误差的标准差为1.49 m,Q1为0.75 m,Q3为2.31 m。【结论】从ICESat-GLAS波形数据中提取的地形坡度参数TS能够很好地反映地形坡度的变化,本研究建立的线性关系模型可克服对数关系模型在平坦地区解释困难的问题。基于支持向量回归机算法,将ICESat-GLAS波形数据与HJ-1A/HSI高光谱数据联合,可克服ICESat-GLAS由于光斑呈离散条带状分布无法实现区域森林冠层高度估测的不足,实现对区域森林冠层高度的高精度估测。

星载大光斑LiDAR与HJ-1A高光谱数据联合估测区域森林地上生物量

以吉林省汪清林业局经营区为研究区,利用HJ-1A/HSI高光谱数据和ICESat-GLAS波形数据,估测区域森林地上生物量。从平滑后的GLAS波形数据中提取波形长度W和地形坡度参数TS,建立GLAS森林最大树高估测模型;从GLAS波形数据中提取能量参数I(植被回波能量Ev和回波总能量E之比),建立GLAS森林郁闭度估测模型;利用GLAS估测的森林最大树高和森林郁闭度联合建立森林地上生物量模型。由于GLAS呈离散条带状分布,无法实现区域估测,因此研究将GLAS波形数据与HJ-1A/HSI高光谱数据联合,基于支持向量回归机算法实现森林地上生物量区域估测,得到研究区森林地上生物量分布图。研究结果显示,基于W和TS建立的GLAS森林最大树高估测模型的adj.R^2=0.78,RMSE=2.51m,模型验证的adj.R^2=0.85,RMSE=1.67m。地形坡度参数TS能够有效的降低地形坡度的影响;当林下植被高度为2m时,得到的基于参数I建立的GLAS森林郁闭度估测模型效果最好,模型的adj.R^2=0.64,RMSE=0.13,模型验证的adj.R^2=0.65,RMSE=0.12。利用森林最大树高和森林郁闭度建立的森林地上生物量模型的adj.R^2=0.62,RMSE=10.88 t/hm^2,模型验证的adj.R^2=0.60,RMSE=11.52 t/hm^2。基于支持向量回归机算法,利用HJ-1A/HSI和GLAS数据建立的森林地上生物量SVR模型,生成了森林地上生物量分布图,利用野外数据对得到的分布图进行验证,验证结果显示森林地上生物量估测值与实测值存在很强的线性关系(adj.R^2=0.62,RMSE=11.11 t/hm^2),能够满足林业应用的需要。因此联合ICESat-GLAS波形数据与HJ-1A高光谱数据,能够提高区域森林地上生物量的估测精度。

高频电刺激改变神经元锋电位的波形

为了正确检测和研究高频电刺激（high frequencystimulation,HFS）期间神经元的动作电位发放活动,进而深入揭示深部脑刺激治疗神经系统疾病的机制,本课题研究HFS期间锋电位波形的变化.在麻醉大鼠海马CA1区的输入神经通路Schaffer侧支上,施加1-2 min时长的100或者200 Hz顺向高频刺激（orthodromic-HFS,O-HFS）,利用微电极阵列采集刺激下游神经元的多通道锋电位信号,并获得由O-HFS经过单突触传导激活的中间神经元的单元锋电位波形及其特征参数.结果表明,O-HFS使得锋电位的幅值明显减小而半高宽明显增加,以基线记录为基准计算百分比值,O-HFS期间锋电位的降支幅值和升支幅值分别可减小20%和40%左右,半高宽则增加10%以上.并且,在大量神经元同时产生动作电位期间,或者在比200 Hz具有更大兴奋作用的100 Hz刺激期间,锋电位波形的改变更多,幅值的减小可达50%,宽度的增加可达20%.可以推测,高频电刺激对于神经元的兴奋作用可能升高细胞膜电位,从而改变细胞膜离子通道的活动特性,导致动作电位波形的改变.这些结果支持深部脑刺激具有兴奋性调节作用的假说,对于正确分析高频电刺激期间神经元锋电位活动具有指导意义,也为进一步研究深部脑刺激（DBS）治疗脑神经系统疾病的机制提供了重要线索.

合成孔径雷达高度计波形重跟踪算法的近岸精度分析

针对近岸区域,基于Sentinel-3A合成孔径雷达观测数据,选取多阈值、ICE1、IceSheet和SAMOSA四种波形重跟踪算法,利用全球范围内27个验潮站海面高数据,分析近岸20 km范围内4种波形重跟踪算法的精度。结果表明,多阈值算法在近岸6 km范围内可保留最多的有效波形,且与验潮站海面高数据具有最高的相关性和最小的均方根误差;SAMOSA算法在离岸距离大于5 km时相对大地水准面稳定性最高,更适用于开阔海域。