高分五号卫星多角度偏振相机最优化估计反演:角度依赖与后验误差分析

多角度偏振相机(directional polarimetric camera, DPC)随高分五号卫星已经成功发射并持续获取全球观测数据.针对DPC在陆地气溶胶反演领域的应用需求,本研究基于多参数最优化估计反演框架,引入信息量和后验误差分析工具,讨论了DPC观测信息量对角度的依赖,给出了地表和气溶胶参数的后验误差,并分析了后验误差的影响因素.研究表明:1)卫星观测信息量随观测角度个数的增加显著提升, DPC多角度观测比单角度观测的总DFS(degree of freedom for signal)平均提高了5.45; 2)气溶胶反演比地表更依赖于卫星观测几何,散射角覆盖范围越大,观测包含的气溶胶信息量越多; 3)反演参数的后验误差随观测角度个数的增加显著降低,而气溶胶模型误差对后验误差的影响并不显著.总体来说,观测误差是影响反演结果不确定性的主要因素.本研究对DPC多角度偏振观测的反演能力以及反演不确定性进行了系统的定量评估,为DPC在轨测试及反演算法开发提供参考.

紫外多角度偏振探测气溶胶层高的信息量分析初步研究

为探究多角度偏振在紫外波段对气溶胶层高(ALH)的探测能力,在不同的观测几何、气溶胶和地表类型等条件下系统评估了多角度偏振在紫外波段的ALH反演信息量。基于最优估计理论和信息量分析方法,分析了紫外波段365 nm和388 nm两个通道模拟仿真数据对ALH的灵敏度,并进一步讨论了不同观测组合对ALH信息量和后验误差的影响。研究结果表明:(1)多角度偏振观测可有效提高ALH反演的信息量。(2)多角度卫星观测信息量随观测角度个数的增加显著提升,当反演中使用的角度数增加到5个时,ALH的信号自由度(DFS)提升了0.4以上。(3)添加388 nm波段偏振观测或365 nm波段强度观测这两种方案均能提升ALH的DFS。但相对而言,偏振观测方案受气溶胶模型误差影响更小,能更好地提升ALH反演的信息量,尤其是改善了低气溶胶光学厚度(AOD)条件下的ALH反演。

Kuramoto-Tsuzuki方程一阶线性向后欧拉有限元方法的最优误差估计

对于高维非线性Kuramoto-Tsuzuki方程,给出了一阶向后欧拉有限元全离散格式,并对非线性项采用半隐格式,从理论上证明了离散解的稳定性以及离散解与精确解的无条件最优误差估计.

基于点扩散函数的小目标辐射测量

提出了一种基于点扩散函数(PSF)精确测量尺寸很小或者距离很远的一类小目标的红外辐射特性的方法。该方法在已知目标几何形状的前提下,采用倾斜刃边法测得光学系统的点扩散函数;对目标成像和探测器焦平面阵列采样过程进行建模,得到目标在探测器上成像的模拟图像;通过对红外系统捕获的模拟图像与真实图像进行匹配获得最优化估计的目标亮度、尺寸以及中心位置。最后,通过实验对该方法进行了验证。结果显示:圆形目标温度为70℃,理想几何成像直径大于4个像元时,测得的辐射亮度最大误差为2.35%;目标尺寸(面积)最大误差为1.89%。该方法可用于获取目标和背景辐射特性,测试红外成像系统性能,完成图像复原和小目标定位等。

误差分散类逆半调技术综述

逆半调技术是半调图像处理中的关键技术之一,近几年来其研究取得了较大的进展。为了使人们对该技术研究现状有个概略了解,首先论述了逆半调技术的原理和主要研究方法;然后重点分析了针对误差分散半调图的滤波方法、机器学习方法和最优化估计方法,并比较了它们的优缺点,通过比较发现,基于模糊技术、人眼视觉特性的自适应滤波方法,在实际应用中有广阔的前景;最后给出误差分散逆半调技术目前存在的问题和进一步的发展方向。

基于自相似性与多任务高斯过程回归的单帧图像超分辨率重建

在单帧图像超分辨率问题中,基于高斯过程回归的超分辨率算法没有挖掘相似图像片间的关联关系或者无差别地用相似图像片来扩充训练集合,都会导致重建的高分辨率图像中存在明显的噪声和伪影。对此提出了一种基于多任务高斯过程回归的超分辨率算法。该算法通过引入多任务学习思想,将输入的低分辨率图像进行分片处理,把每一个图像片的超分辨率过程视为一个任务。在对相似任务建模的过程中,通过最优化求解的参数集合来体现任务间的共性及差异,从而使模型的泛化能力和预测精度得以提高,在重建高分辨率图像清晰锐利的同时,噪声和伪影受到明显抑制。用常见的测试图像以及公开的图像测试集合进行的大量试验表明该算法在主观评价和客观评价两个方面均优于同类型算法及当前经典算法,峰值信噪比较其它常见超分辨率算法可提高约0.5dB。

基于模型重构的在役海洋钻机底座结构性能分析

为确保海上钻采安全高效生产,结合工程经验和测试数据,将有限元模型修正问题转化为最优化参数估计问题,提出了基于优化的底座模型重构方法,用于在役海洋钻机底座承载能力计量和结构安全评价。以加载试验结果修正数值模型,高阶载荷的修正值与实测值误差不超过6%;将修正后的结构参数作为参考值来模拟底座的静、动态力学性能,预测到底座的薄弱井位、结构的薄弱部位以及安全承载能力。

Nonconforming Finite Element Approximation on Anisotropic Meshes with Numerical Quadrature

In this paper we mainly discuss the nonconforming finite element method for second order elliptic boundary value problems on anisotropic meshes.By changing the discretization form(i.e.,by use of numerical quadrature in the procedure of computing the left load),we obtain the optimal estimate O(h),which is as same as in the traditional finite element analysis when the load f∈H^1(Ω)∩C^0(Ω)which is weaker than the previous studies.The results obtained in this paper are also valid to the conforming triangular element and nonconforming Carey's element.

模拟退火法及其在抗差估计中的应用

抗差估计结果的好坏与初值的选取密切相关。当迭代初值偏离较大时,ρ函数不是严凸时,采取的选权迭代法往往不能获得全局最优值,而只能得到局部的最优解。本文提出一种新的抗差估计求解过程,即把它看作是关于未知参数的全局最优化问题,应用模拟退火法进行求解。计算结果表明:相对于传统的选权迭代法,模拟退火法对初值的选取不敏感,能给出全局最优值。

基于卡尔曼滤波的分布式光纤Raman测温系统

分布式光纤喇曼测温系统采用了线性逼近的方法进行温度解调,并通过灵敏度分析法获取了相应的线性解调参数。为了提高系统的精度,在信号累加平均去噪的基础上,采用了卡尔曼滤波的方法,通过对前一时刻的估计值与当前测量值的递推,实现了对存在测量噪声的温度信号的最优化估计,完成了对现场采集信号的实时更新和处理。实验验证了该滤波方案的可行性,随着外界环境温度的变化,测温系统能够得到合理的温度曲线,测量误差小于1℃。系统响应性良好,性能稳定,能够适应复杂的环境变化。