测量估计研究:回顾与展望

测量估计是算术估计的一种常见形式,被看作个体数量能力早期获得的重要渠道,也可为物理测量教学提供一条有效途径。论文简要回顾了测量估计研究的发展历程,讨论了测量估计能力的发展及其影响因素,分析了个体常用的测量估计策略种类以及相关的教学训练方式,最后指出了现有研究的缺陷和今后的发展方向。

青少年测量估计能力的发展状况及相关因素

测量估计(简称估测)是上世纪七十年代数学认知领域兴起的研究热点之一。采用自编的测验任务对747名青少年估测能力的发展状况及相关因素进行了考察。其中测验任务包括长度和面积估测两种类型,并且每种类型都采用了图形和实物两种题目形式。被试平均年龄为17.11岁。结果发现青少年的估测能力的发展表现出如下特点:(1)青少年的总体估测能力普遍较低;(2)青少年的估测能力在初中阶段会显著提高,但之后的发展相对缓慢;(3)青少年的估测成绩易受任务类型和题目形式的影响。对长度任务的估测成绩好于对面积的估测;对图形题目的估测成绩好于对实际物体的估测;(4)青少年的估测能力不存在明显性别差异。

初一学生测量估计能力的教学干预

测量能力是把待测定的量同一个作为标准的同类量进行比较的能力,保证了数和量之间新的一系列联系的形成.经过教学干预,初中生的估测能力可得到显著提高：在任务形式、题目形式、性别、学业水平中表现出了一致的提升,但在具体提升程度上存在一些差异;在性别、问题形式和学业水平因素上,教学干预中要充分考虑多种因素,恰当运用不同方法,因材施教;对初中生进行估测的教学干预训练是可行的和有效的,在教育中应注意这方面能力的重视和培养.

带测量偏置估计的鲁棒卡尔曼滤波算法

针对测量系统中同时存在未知的测量偏置和随机测量噪声的问题,提出带测量偏置估计的鲁棒卡尔曼滤波算法.该算法利用非零均值高斯分布对测量系统中的测量偏置和随机测量噪声进行建模,利用正态-逆威沙特分布拟合该高斯分布的均值和协方差.该算法利用变分贝叶斯方法对该高斯分布和正态-逆威沙特分布的混合模型的时变参数进行逼近推断,在利用容积卡尔曼滤波算法进行系统状态迭代估计的同时对测量偏置进行估计以及对时变随机噪声协方差进行跟踪,在进行测量偏置估计的同时增强了滤波算法对测量野值的鲁棒性.仿真实验证明了该算法在保证系统状态估计精度的同时,能够高精度估计出测量偏置并增强了滤波算法的鲁棒性.

基于Kalman滤波的MEMS陀螺测量误差估计研究

针对微机械陀螺仪存在的测量精度较低的问题,本文采用Kalman滤波算法,对微机械陀螺仪在测量上存在的零位误差、标度因数误差、非线性平方敏感误差、加速度的敏感误差等进行了估计,建立了Kalman滤波的微机械陀螺仪测量误差估计模型,并采用Kalman滤波器对微机械陀螺仪的各项误差进行估计分析。分析结果表明,除了非线性平方敏感误差对不同角速率值的影响近似相同外,其他各项误差随着工作角速率的大小变化而变化,误差对小角速率工作测量影响较大。因此,使用微机械陀螺仪对精密仪器运动角速率测量时,要对其测量结果按标定曲线进行修正。该研究作为实际测量速率的有效补偿,提高了测量精度,具有一定的实际应用价值。

太赫兹目标RCS测量误差估计方法及其应用

太赫兹频段下非标准体目标的雷达散射截面积(RCS)较难通过电磁散射计算的方式得到结果,实验测量得到目标RCS成为该频段下的可行方案。然而,目前尚不具备系统性的估计指标来分析实测结果的误差特性。相比于目前较为简单的测量误差分析方式,本文提出3种太赫兹目标RCS测量误差估计指标;随后结合具有RCS解析解的目标,验证、分析所提估计指标的实用性和有效性。实测数据分析结果表明,本文提出的测量误差估计指标能够反映测量数据的误差规律与误差水平,具有实用性,有助于发现实验系统及实测数据处理中的有待优化之处。

内核旋转的大地测量学估计和地震学估计的对比

地震观测表明:在过去30～50年间,内核比地幔的旋转速率要快。这种差异旋转能在地幔上产生巨大的重力转矩。如果不能被其他转矩平衡,那么随着地幔旋转速率的变化,这种重力转矩应当能被检测到。我们对比了内核旋转的地震估计和由日长(LOD)观测结果通过重力耦合模型反演出来的估计。模型预测取决于几个参数,但对参数值的期望范围,相对旋转的地震估计至少要比由日长数据预测的大一个数量级。此外,在过去30～50年间的日长数据预测了内核与地幔角准线的振荡,而地震数据似乎要求有稳定旋转的分量。我们认为内核的稳定旋转导致作用在地幔上一个稳定的转矩。由于这种转矩并不对地幔旋转速率起加速作用,因此,它需要有另一种相反的转矩来平衡。这一所需的转矩与由于地核顶部的西向流动而在幔基上产生的摩擦电磁应力是一致的。

测量参数估计中的观测值应用问题

本文将观测值区分为直接观测值和间接观测值,用最小二乘理论,讨论了两者在测量参数估计中的关系,得出了一些有意义的结论。

复小波在谐波阻抗估计中的应用

为了提高波动法估计系统谐波阻抗的准确度,对含有谐波的电压和电流信号,运用复小波变换进行同步分层。在各次谐波上利用波动量的符号特征,研究电压和电流局部波形同步分解的传递函数特性,实现谐波阻抗估计。经过对实验电路和实测数据的分析,结果验证了其有效性。

新课标视野下的量感及其培养

《义务教育数学课程标准(2022年版)》明确提出“量感”,要求学生能够直观感知物体的可测量属性以及大小关系,养成用定量的方法认识和解决问题的习惯。研究通过解析“量”的两个读音,阐释了“度量”“度量单位”的含义。新课标视野下的量感,主要表现为学生理解度量及度量单位;能够合理选择度量单位,实现单位的灵活换算;感受度量的误差,学会合理估计度量的结果。在教学中,教师要渗透度量的历史,引导学生在测量活动中经历直观感知、获得量感,利用多维度空间发展学生的量感。

中国能源行业甲烷逃逸排放估计方法及减排策略分析

对现有研究中对能源行业甲烷排放开展估计的方法进行梳理,分别总结了测量技术、被测对象、数据处理方案、排放源特点刻画及概率方法的引入等环节上的进展,并概述了现在中国能源行业甲烷逃逸排放估计存在的不足;同时针对上述不足,提出开展针对性研究的方法框架。研究发现,不论是煤炭领域还是油气领域,社会能源总需求对甲烷逃逸排放量的变化都有重要的影响,减排技术的应用和推广有着广阔的减排潜力。为了进一步推进能源行业甲烷逃逸排放减排,应注重社会能源消费结构的调节,引导煤炭和油气总需求平稳下降;加强减排技术的推广和利用,充分发掘减排技术的潜力。

基于LMI的多传感器H_∞融合滤波器设计

在实际多传感器数据融合系统中,往往过程噪声及测量噪声统计特性未知,但能量有限。此时一些在已知精确系统模型与噪声统计特性情况下保持优良融合性能的方法,不仅无法保持良好性能,甚至会出现崩溃情况。H∞融合滤波方法可以有效地解决此类多传感器融合系统的滤波问题,但存在求解困难问题。基于LMI给出并证明了H∞融合滤波器的解,给出了数值仿真实例。结果表明提出的方法可以解决过程噪声及测量噪声统计特性未知,但能量有限情况下的多传感器数据融合问题。

基于Riccati方程解的高增益未知输入观测器设计

针对具有未知输入和测量噪声的一类Lipschitz非线性系统,研究了状态估计、噪声估计及未知输入重构问题.通过将输出噪声看作扩展状态,把原系统转化为描述系统.针对描述系统,首先基于Riccati方程的解,提出了一种高增益观测器设计方法,实现对系统状态的估计和测量噪声的重构;之后,设计二阶高增益滑模观测器精确估计输出的微分,并利用状态和输出微分的估计,提出了一种未知输入的重构方法.在一Riccati方程有解的前提下,所提出的未知输入和测量噪声的重构,均适用于强时变信号.最后,对一个实际模型仿真,验证所提出方法的有效性.

有机/聚合物LED弱电流自动测试装置

介绍一种用于有机 聚合物LED微弱电流的自动测量装置。装置将测量参数估计理论与T形负反馈电阻网络相接合以实现高准确度微弱电流自动测量。装置电流测量范围为1fA～100mA;测量准确度为0 1%～10%R;分辨率为1fA;极限灵敏度为0 5fA。测量数据通过标准接口传输,经自动数据处理后,可提供微弱电流各分量频率谱、幅值相位谱以及随机过程的统计参数分析。

基于SLAM/UWB的室内融合定位算法研究

精确且稳定的自主定位是移动机器人在室内环境下实现自主导航的前提,针对室内定位中视觉即时定位与地图构建(SLAM)存在的累计误差以及环境因素导致超宽带(UWB)定位精度下降的问题,提出一种基于SLAM/UWB的室内融合定位算法.首先该算法以扩展卡尔曼滤波(EKF)为基础,将UWB的全局定位坐标和视觉SLAM位移增量进行融合,但考虑到测量噪声易受复杂环境影响,引入阈值检测和自适应测量噪声估计器,以抑制异常值和时变测量噪声对滤波器性能的影响,最后使用智能移动小车在不同的室内场地下进行实验.实验表明:该算法优于单一的UWB或者视觉SLAM定位方式,并且在复杂室内环境下比传统EKF算法拥有更稳定的定位效果.

量感培养:困惑、根源及策略

《义务教育数学课程标准(2011年版)》提出了"数感",数感的培养离不开"量",数与量常相伴出现。"量感"也已引起研究者的关注,有人认为量感是一种对于多少、大小的感觉,对于数量与量级的感觉[1];还有人认为"量感"是指不使用测量工具对某个量的大小进行推断,或推断用某个计量单位表示的量与哪个实际物体的大小、长短、轻重相吻合的一种感觉[2]。量感包括对事物可测量属性及大小的感知,对度量意义的理解以及真实情境下的测量估计等。