海洋大气气溶胶复折射率反演方法研究

为了研究海洋大气气溶胶不同模态的光学特性,基于球形粒子的Mie散射理论,综合运用能见度仪、自动气象站、光学粒子计数器(OPC)以及腔衰减相移式单散射反照率监测仪(CAPS)等设备,对广东茂名地区近海海域的大气气溶胶进行粗、细模态分类以及复折射率反演和研究。反演结果表明,在530 nm处,细模态气溶胶复折射率在相对湿度大于55%时约为1.35(±0.01)-0.019(±0.003)i,在相对湿度小于55%时约为1.37(±0.02)-0.020(±0.003)i;粗模态气溶胶复折射率在相对湿度大于55%时约为1.4-0.004(±0.002)i,在相对湿度小于55%时约为1.48(±0.02)-0.005(±0.002)i。不同模态的气溶胶粒子折射率差异明显,该结论对研究海洋气溶胶气候效应具有一定的参考价值,同时对建立茂名地区海域气溶胶模型具有重要意义。

中国东部地区气溶胶光学特性和类型特性分析

本文基于我国东部沿海岸线分布的Beijing-RADI、Beijing-CAMS、Xuzhou-CUMT、Taihu、Hong_Kong_PolyU、Hong_Kong_Sheung六个AERONET长期观测站点的光学厚度(AOD)、Angstrom指数(AE)、单次散射反照率(SSA)、细粒子百分比(FMF)四种气溶胶的物理光学特性观测产品,结合Terra/Aqua MODIS Level2 C6 AOD产品,研究了我国东部地区气溶胶时空变化特性及类型特性。研究表明:1)北京、徐州、太湖、香港地区四个地区地基的AOD年均值徐州>太湖>北京>香港地区,依次为0.805±0.129、0.775±0.069、0.664±0.197、0.519±0.125;2)在AERONET站点处,MODIS AOD年均值检测值太湖>徐州>香港地区>北京,依次为0.902±0.227、0.772±0.082、0.547±0.064、0.517±0.234,与地基检测值依次相差22.2%、4.1%、5.5%、16.3%;3)AE年均值香港地区>太湖>徐州>北京,依次为1.314±0.054、1.213±0.084、1.198±0.104、1.118±0.078,表明中国东部地区污染物的粒径从北往南逐渐减小;4)北京、徐州、太湖、香港地区四个地区均以弱吸收型细粒子所占比重最大,依次为38.29%、44.99%、44.30%、48.14%,中度吸收型细粒子和强散射细粒子次之,其他类型的粒子均较少。

夏克-哈特曼波前传感器双星波前误差测量计算大气非等晕误差的研究

等晕误差中的piston项对成像质量没有影响,无需校正,有效非等晕误差应去除该项。为此提出利用夏克哈特曼波前传感器测量双星波前误差的方法,计算得到去piston项误差后的等晕角。首先,根据Sasiela和Van Dam给出的角度非等晕误差解析表达式,计算不同条件下的非等晕误差理论值;其次,利用相位屏法,模拟不同大气环境下实际自适应光学系统波前误差测量过程,仿真得到非等晕误差值。数值仿真结果与理论计算有较好的吻合,并得到了波前误差与去piston项等晕角的对应关系。最后,基于丽江1.8 m望远镜系统,测量双星的非等晕误差,计算得到去piston项等晕角的大小。并使用差分像运动法和恒星闪烁法,对该方法进行了印证。去piston项等晕角测量实验的结果表明,去piston项等晕角在时间维度上变化缓慢,在空间维度上差别很大,当方位及仰角差距较远的情况下,去piston项等晕角的值没有相关性。根据该方法,也可计算出其他望远镜及大气模型下的波前误差值与去piston项等晕角的对应关系,为信标的位置选择提供了依据。

基于变分模态分解-长短时记忆网络-宽度学习系统混合模型的东海海温预测

海表温度(SST)是重要的海洋水文参数。对其进行精准预测在海洋相关领域中至关重要。深度学习强大的分析能力使其近年来广泛应用于SST预测中,但SST时间序列波动性和随机性的特点使其精准预测仍然具有挑战性。首先,采用变分模态分解(VMD)作为去噪模块,降低SST序列噪声对预测结果的影响。进而,为了解决深度模型在SST预测中存在的滞后现象,采用迁移学习的方法,将长短时记忆网络(LSTM)与宽度学习系统(BLS)相结合,使用LSTM作为BLS的特征映射结点,提高了预测精度。最终,提出了一种基于VMD-LSTM-BLS的SST预测模型。选取我国东海海温进行实例验证。通过与基准模型支持向量机、LSTM、门控循环单元以及现有的深度模型进行比较,证明了提出模型在SST预测中具有相对稳定、高效的优势,为SST预测的发展提供了新思路。

用于水下光通信高维调制与解调的轨道角动量叠加态

通过涡旋光束的轨道角动量的叠加态的识别研究,提出了一种在水下无线光通信中运用涡旋光束进行高维信息调制与解调的方法。给出了两种涡旋光束的叠加态的识别方法和流程,并对水信道传输后的叠加态的光强分布图进行了识别,得出叠加态中的拓扑荷数,以此通过实验论证了轨道角动量叠加态可在低拓扑荷数情况下实现16维信息的调制与解调,为涡旋光束在水下无线光通信中的应用提供了一种可行方案。

光谱处理技术对提升光丝诱导荧光光谱检测低浓度NaCl气溶胶能力的实验研究

大气污染对人类的生产生活有极大影响,气溶胶作为污染物的重要部分,不容忽视。提高对大气气溶胶浓度检测的精确性,尤其是低浓度气溶胶,具有十分重要的意义。本文基于光丝诱导荧光光谱技术,对NaCl气溶胶数据进行预处理,并结合偏最小二乘法建立预测模型,探索不同预处理方法对模型检测精度的影响。讨论如何科学合理地选择预处理方法,按照预处理方法效果分为散射校正、平滑去噪、基线校正3个方面,并提出波峰显著度算法。通过无预处理、单一预处理以及组合预处理进行最优预处理方法的选择,并分析其建模精度的影响。实验结果表明,应用多个预处理方法的组合,与无预处理相比,均方根误差降低至0.03,预测相对误差减少60%;与直接观察光谱信号选择预处理方法相比,根据光谱信噪比的提升及预测组分的建模效果可以更为准确地选择最佳预处理方法。该研究为开展低浓度大气污染物的分析研究提供了一定的参考。

基于极化码的铅直水下可见光通信纠错编码

基于发光二极管的水下可见光通信技术是一种照明通信两用的水下无线通信方式,有效解决了水声通信时延大、带宽小、能耗大等诸多缺点。由于海水中各种介质对光的传播造成衰减,降低了接收信噪比,影响通信质量。同时,海水铅直方向介质质量浓度随深度增加而变化,导致光传播吸收和散射系数不是恒定的,影响到纠错编码的参数设置。本文在Matlab平台上使用蒙特卡罗法对海水信道进行了建模仿真,并根据仿真信噪比设计并提出了一种基于极化码的纠错编码方案,以调整编码参数,保证不同信道环境下数据传输的可靠性。仿真结果表明,对于不同的接收信噪比,所提方案都能够调节编码码率以实现无误码传输。因此,所提方案能够根据实际的信道环境来调整编码参数,保证了通信过程的可靠性。

基于Beckman-Kirchhoff散射理论的太赫兹信道建模与容量分析

太赫兹(0.1~10 THz)通信技术以其超大带宽资源和超高通信速率等特点成为未来无线通信的关键技术。基于Beckman-Kirchhoff散射理论和射线追踪技术,在太赫兹波段对统一的多射线信道模型进行了修正,该模型结合了直射、反射和散射,并用已有的文献数据对模型进行了验证。此外,使用等功率分配和注水功率分配策略对太赫兹宽带信道容量进行表征。结果表明由于较高的频率选择性,资源分配在开发太赫兹频谱方面极为重要。该研究为太赫兹通信系统的研究与设计提供了参考依据。

利用多通道加权投票的机载绿激光海陆波形分类

为解决复杂海陆环境下机载绿激光海陆波形分类精度低的问题,本文提出了一种利用多通道加权投票的绿激光海陆波形分类方法,即多通道加权投票卷积神经网络(MWV-CNN)。首先,将绿激光深水和浅水通道采集的多通道波形经一个多通道输入模块分别输入到本文搭建的一维卷积神经网络(1D CNN)模块中;然后,各1D CNN模块对每个通道波形分别进行处理,获得各通道波形属于海洋和陆地类别的预测得分;最后,将各通道预测得分视为权值,利用一个多通道融合模块进行加权投票,确定波形最终类别。采用Optech CZMIL对中国连云港市沿海水域的实测数据进行实验验证,结果表明,MWV-CNN的总体分类精度、Kappa系数和总体精度标准差分别为99.45%、0.982和0.02%。与传统绿激光海陆波形分类方法相比,本文方法具有更好的分类精度和鲁棒性,为实现机载绿激光高精度海陆波形分类提供了一种新的有效途径。