基于混合相态降雨粒子的降雨分布反演算法

针对深对流降雨垂直结构特点,并考虑SAR降雨测量的正演模型(即归一化雷达散射截面模型)忽略冻结高度附近过冷水的情况,导致SAR降雨分布反演算法反演结果低估的问题,提出了一种基于混合相态降雨粒子的降雨分布反演算法。通过分析计算混合相态降雨粒子的散射衰减特性,并利用三层结构的降雨分布模型重新构建了反演算法公式。仿真结果表明,在对流降雨分布模型的配置下,提高了降雨分布反演算法的精度。

多设备源项区域监测反演算法初步研究

在一些设备室和实验室中,可能存在同一区域布置多个带源项设备的情况。为了对同一区域内多个设备中的源项同时进行监测,提出了一种多设备源项的区域监测方法。该方法通过蒙特卡罗程序,确定各设备材料成分、几何尺寸及探测系统相关的响应矩阵,利用数值模拟或实验测量得到某工况下各探测器的探测响应计数,利用反演算法求解各设备的源项,实现对同一区域内多个源项的监测。数值模拟实验表明,该方法是可行的,能够实现对于区域内重点关注源项设备的监测,可缓解探测器中干扰的问题。

基于TerraSAR-X/TanDEM-X数据的森林高度反演算法研究

基于RVoG模型,对传统三阶段算法及其改进算法进行研究,以云南省西双版纳州勐腊县为研究区,以TerraSAR-X/TanDEM-X数据为数据源进行森林高度反演算法研究,并结合野外实测数据进行结果验证。结果表明,三阶段改进算法对森林高度反演精度优于传统三阶段算法。三阶段改进算法对天然林高度反演精度较高;三阶段算法对橡胶林高度反演精度较高。

基于压缩感知谱反演算法及其在随钻过程中的应用

在超高温高压环境下的深海钻井过程中,受关键层位、尤其是薄弱层(弱抗张力地层)影响,加上缺乏海上超高温高压薄弱层精准快速识别及关键层位精准卡层技术方法,以致钻井事故频发,是海上超高温高压油气勘探开发亟待解决的重要问题.随钻过程中高精度地震数据的应用,作为钻井过程实时监测的手段,能够有效提供钻头前方精细地质构造信息.本文在谱反演提高分辨率技术基础上,提出了基于压缩感知L0范数算法的谱反演算法,并形成完整的提高分辨率技术流程.该方法能够相对保幅保真地实现地震数据的有效拓频,识别薄弱层及实现随钻地震高精度关键层位综合预测.方法在南海西部油田深层的随钻实际数据分析中,有效识别了钻头前方薄弱层、关键地层、储层深度等关键信息,结果与钻后测井资料吻合,验证了方法有效性,为南海西部油田超高温高压钻井的风险评估提供依据.

基于微波时间反演算法的复合材料内部损伤检测

复合材料具有其优异的性能而被广泛应用于航空航天、电子和医疗等领域。然而,在复合材料的生产或使用过程中,难以避免地会产生裂纹、空洞、分层、脱黏等损伤,对复合材料的使用安全造成严重影响。因此,检测复合材料的损伤具有十分重要的意义。微波检测技术具有非接触、实时、高效、高对比度等优势。同时,微波时间反演算法可以为微波检测技术带来自适应聚焦和高分辨率的优势,因此,基于微波时间反演算法的微波检测技术在复合材料的无损检测中具有巨大潜力。文章基于微波时间反演算法和积分能量法对复合材料内部较小损伤进行检测,研究了不同传感器排列方式和传感器数量对检测结果的影响,讨论了提升检测质量的关键因素,实现了复合材料内部较小损伤的检测。

基于耦合热传导-冰流模型的冰川钻孔温度重建的气候反演算法比较

冰川内部温度与冰面温度变化过程密切相关,因此可由实测冰温-深度剖面重建冰面温度变化。耦合热传导-冰流物理模型及其相关反演算法是基于冰温-深度剖面重建冰面温度变化的理论基础和关键。通过构造理想条件下的数值实验,分析比较了最小二乘法、Tikhonov正则化方法和蒙特卡罗算法重建百年尺度冰面温度变化的实验结果。同时,以我国藏北高原腹地的马兰冰川钻孔资料为例,结合气象资料构造真实钻孔数据模拟实验。分别给出了三种反演算法重建10 a和40 a尺度的冰面温度变化结果,并讨论了不同算法的优劣性和适用性。两组模拟实验结果均表明:Tikhonov正则化方法是目前求解该反问题的最优方法。与其他算法相比,Tikhonov正则化方法在各个时间尺度的重建结果与真实冰面温度变化吻合更好。另外,分别对重建百年和40 a尺度的冰温-深度剖面添加±0.02℃和±0.01℃的随机误差,研究发现Tikhonov正则化方法能够有效降低噪声干扰,相较其他算法得到的解更加稳定。这在一定程度上解决了该反问题中解的稳定性问题。

陆地气溶胶细模态比的有效反演算法

提出了基于卫星气溶胶光学厚度(AOD)和恩格指数反演气溶胶细模态比(FMF)的新算法,该算法采用更准确的气溶胶模型,构建了以AOD和FMF为变量的二维查找表。将该算法用于北京和Jaipur两个地区FMF反演,并与AERONET和MODIS的FMF作比较。结果表明,新算法反演的FMF与AERONET的FMF的相关系数为0.656,而MODIS C6与AERONET的FMF相关系数为0.436;以AERONET的FMF为标准,新算法的均方根误差为0.156,低于MODIS C6的均方根误差(0.318);新算法的反演结果中有90%处于±0.4的误差范围内,而MODIS C6的FMF只有57.4%处于该误差范围内。

基于Landsat8 TIRS数据的海表温度反演算法对比

海表温度(Sea Surface Temperature,SST)是研究气候变化的重要参数,具有重要研究意义。为了选出适用于近海海域的最优温度反演算法,本文基于Landsat8卫星遥感数据,以北部湾海域为研究区,对比分析了包括辐射方程传输法(Radiative Transfer Model,RTM)、单窗算法(Mono-window model,MW)、单通道算法(Single-channel model,SC)、线性劈窗算法(Linear Split-window Algorithm,SW_(1))和非线性劈窗算法(Non-linear Split-window Algorithm,SW_(2))在内的海表温度反演算法的反演精度并进行了敏感性分析。同时本文利用劈窗协方差-方差比值法(Split Window Covariance-variance Ratio,SWCVR)来反演大气水汽含量数据,减少了温度反演过程中对外部数据的依赖,研究结果表明:基于Landsat8 TIRS(Thermal Infrared Sensor)数据的SWCVR法进行大气水汽含量反演的效果较好,误差约在0.5 g/cm2;与实测海温数据相比SW_(2)与SC算法精度较高,误差约为0.6 K;RTM与SW_(1)算法次之,误差约为1.6 K与1.9 K;MW算法精度较低,误差约为2.5 K;与AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer)SST产品进行相比两种劈窗算法的精度较高,误差约为1 K和1.3 K,SC算法精度较劈窗算法略低,误差约为1.4 K左右,RTM与MW算法精度较低,误差约为2 K与3 K;SW_(2)算法对参数的敏感性最低,其次是SC算法、SW_(1)算法与MW算法,RTM算法的敏感性最高。

基于调蓄演算法的排水防涝能力评价分析

针对正处于大规模建设阶段的平原河网城市新建城区,应以水利先行。以某新建城区为研究对象,分别采用经验公式法、暴雨强度公式法、调蓄演算法等方法,对研究对象进行排水防涝能力评价分析。分析结果表明,经验公式法计算结果偏小,下垫面硬化度较低的区域,不太适合调蓄能力偏小的涝区;暴雨强度公式法主要应用于市政行业雨水管渠计算。经验公式法和暴雨强度公式法均未充分考虑调蓄空间大小对排水防涝能力的影响,调蓄演算法充分考虑了调蓄空间对片区排水防涝能力的影响,较接近于真实,适合在工程实践中推广应用。

基于Projection算法的激光粒度测试反演算法研究

针对Projection迭代反演算法对噪声极其敏感,及在实际应用中造成粒度测量失真的问题,引入Vondrak数据平滑算法对Projection反演进行平滑处理。借助Visual C++6.0开发平台,编写测试软件对算法应用进行了仿真研究。通过分析比较平滑处理前后的反演结果,得出Vondrak数据平滑处理算法的引入有效提高了Projection反演的抗干扰性能。实验结果表明:基于Vondrak数据平滑处理的Projection反演结果能够反映粒度的真实分布,满足现代粉体工业粒度测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强的要求。

大地电磁自适应正则化反演算法

针对大地电磁正则化反演中正则化因子的选取困难问题提出了自适应正则化反演算法(AdaptiveRegularizedInversionAlgorithm,ARIA).在该算法中,①提出了一种新的数据方差处理方法:数据方差规范化,使得数据方差的大小只对数据的拟合发生影响,不对数据目标函数和模型约束目标函数的权重产生影响,从而减少了正则化因子取值的影响因素;②提出了粗糙度核矩阵的概念,并给出了由基本结构插值基函数计算粗糙度核矩阵的公式,使得模型目标函数的构建更为简便、直接;③根据数据目标函数、模型约束目标函数和正则化因子之间的关系,提出了两种正则化因子自适应调节方法.本文详细阐述了最平缓模型约束下的大地电磁一维连续介质反演的ARIA实现,以几个算例的分析比较来说明ARIA的有效性.

HY-1 CCD宽波段水色要素反演算法

利用2003年春季黄海、东海区现场实测数据,建立了HY1卫星4波段CCD成像仪水色要素反演算法.由于HY1CCD的宽波段特性阻碍了黄色物质的反演,因此反演的水色要素仅包括水体表层的总悬浮物、悬浮泥沙(SS)以及叶绿素a的浓度.现场遥感反射率光谱由ASD地物波谱仪测量,对于叶绿素a的浓度利用现场萃取荧光法测量,总悬浮物、悬浮泥沙由实验室滤膜称重法获得.反演算法的拟合相关系数均大于0.88,平均相对误差在40%以下.对反演算法进行了误差灵敏度分析,结果表明对于总悬浮物、悬浮泥沙和低浊度水体中的叶绿素a的浓度反演算法能够满足日常的业务运行要求,但是对于高浊度水体中叶绿素a的浓度反演算法对某个波段组合比较敏感,仍需要进一步探讨.

基于最大似然估计的海面风场反演算法研究

最大似然估计法被认为是海面风场反演的最佳方法,目前被用来处理SeaWinds散射计数据。风矢量求解算法是风场反演算法的核心内容。最大似然法的目标函数形式决定了在风场反演过程中必须采用数值方法求解风矢量,而传统数值求解方法运算量大。该文对最大似然估计的风场反演方法的基本原理和具体过程进行探讨,根据其目标函数的一般分布特征,提出一种较为高效的数值风矢量搜索算法。用SeaWinds散射计的L2A实测数据和相应的L2B数据验证了该算法的可行性。

一维大地电磁测深几种反演算法的比较研究

大地电磁反演算法主要分为线性与非线性两类。马奎特法、遗传算法以及模拟退火是其中具有代表性的算法。本文将三种方法的反演过程、结果及理论进行了对比研究 ,指出各自的优点与局限性 ,以及使用时应注意的相应条件。研究表明 ,马奎特法寻找目标函数全局最优的能力较差 ,只能局部寻优 ,但运算速度快 ;模拟退火法和遗传算法寻找目标函数全局最优的能力较强 ,但运算速度较慢。当对地下地电参数预先有一定程度了解 ,又可以选取比较合理的初始解时 ,可选择马奎特法 ,否则宜选用其他非线性全局寻优能力强的反演方法。

大气SO2柱总量遥感反演算法比较分析及验证

卫星遥感技术已成为城市污染气体SO_2监测和全球火山活动监测及预警的重要手段.目前新的PCA(principal component analysis)算法有效减小了反演数据噪声,并替代之前业务算法BRD(band residual difference)用于边界层SO_2柱总量产品的反演.然而,目前对PCA算法反演产品精度的评价和验证研究较少,缺少与BRD算法产品进行长时间序列的比较以评估算法适用性,尤其在中国大气污染重点城市区域.本文利用地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)观测及多尺度空气质量模式系统(RAMS-CMAQ)大气化学模式模拟等数据,评估PCA和BRD反演算法的精度及误差.另外,选取洁净海洋地区、中国大气污染重点城市区域和高浓度火山喷发三种情况,比较分析PCA与BRD SO_2总量的时空格局变化差异及对不同SO_2总量下的适用性,并对两种算法反演不确定性进行分析讨论.结果表明,在中国京津冀、珠江三角洲和长江三角洲区域,PCA SO_2总量反演值低于BRD,BRD反演结果更接近于地基的MAX-DOAS观测值,冬季BRD和PCA SO_2总量值低于RAMS-CMAQ模拟结果,夏季7月和8月BRD SO_2总量值高于RAMS-CMAQ模拟结果.在SO_2总量接近于0值的洁净海洋地区,PCA算法产品噪声水平低于BRD算法,但PCA反演结果整体偏差大于BRD算法.在高浓度火山喷发情况下,当SO_2总量大于25 DU时BRD SO_2总量反演值低于PCA,且随着SO_2总量增大,两种算法反演值差异亦增大.该研究对于OMI(Ozone Monitering Instrument)SO_2产品的应用具有重要的参考价值,通过分析不同反演算法的差异及对其不确定性追因,对于算法改进研究也具有重要的科学意义.

井间电磁成像的迭代反演算法

提出一种基于逐次逼近解法的选代反演算法，对并间地层电导率的构造进行成像．该方法用一阶Ｂｏｒｎ近似将积分方程线性化，得到对电导率分布的初始估计，在选代反演中用高阶Ｂｏｒｎ近似对井间地层电导率构造进行更精确的估计．应用该方法还可以对井间电子率分布进行二次成像，从而使成像分辨率更为准确．数值计算结果表明，这种迭代反演算法与基于Ｂｏｒｎ近似、二阶Ｂｏｒｎ近似和扩展Ｂｏｒｎ近似的反演算法相比提高了成像分辨率，且计算效率相当．

HY-2A微波散射计风场反演算法

本文针对我国首颗自主发射的海洋二号(HY-2A)卫星微波散射计,建立了业务化运行的风场反演算法,该算法将散射计海面风矢量反演分为粗搜索和精搜索两个步骤,有效地提高了运算效率。采用矢量圆中数滤波算法进行风向模糊解去除,并采用NCEP风场作为背景场对初始场进行选择,提高了模糊去除准确性。算法的反演结果经与NDBC对比和ASCAT风场星星对比验证,结果表明HY-2A卫星微波散射计可提供风速精度优于2 m/s或10%,风向精度优于±20°的海面风场观测产品,可满足海洋科学研究和海洋业务应用的需求。

基于GPS数据的MODIS近红外水汽改进反演算法研究

以高精度的GPS PWV为标准水汽值,研究建立MODIS近红外水汽改进反演算法以提高反演精度。对美国Kansas州和Oklahoma州2009年4-9月17期的MODIS近红外水汽反演值和对应的SuomiNet网GPS大气可降水量进行对比研究,发现Kaufman和Gao Bo-Cai算法反演的MODIS PWV与GPS PWV的时空变化趋势基本一致,但MODIS PWV系统性地偏低于GPS PWV,存在较大的反演误差。基于GPS PWV与Kaufman和Gao Bo-Cai算法水汽反演值间的线性回归关系、GPS PWV与MODIS近红外第19波段的二通道比值透射率间的关系对MODIS近红外二通道比值法进行了改进,并利用研究区数据进行验证,结果表明所建改进算法可大幅提高MODIS PWV的反演精度。

星载双频云雷达的云微物理参数反演算法研究

使用星载雷达模拟器输出的模拟数据,为星载双频云雷达选择了最佳的频点组合,并开展了双频联合反演云微物理参数的算法研究。结果表明:(1)在位于大气窗口的6组频点组合中,94/220 GHz的组合对滴谱参数的微小变化较为敏感,有利于进行双频的联合反演。综合考虑不同频点的探测能力、衰减以及工业部门的制造水平后,认为94/220 GHz可以作为未来星载双频测云雷达的探测频点。(2)双频反演中最核心的双波长比(DWR)和体积中值直径(D_0)的关系与冰晶粒子密度相关。当密度随着粒子直径变化时,DWR随着D_0单调递增,当粒子密度固定不变时,DWR-D_0曲线可能会出现非单调变化,从而使得固定密度时的反演比变密度时更加复杂。(3)后向迭代的双频反演算法同样适用于94/220 GHz进行云微物理参数的反演,并且对模拟数据的反演精度较高。此外,反演精度受到系统噪声以及定标精度的影响,为了满足反演精度的要求,系统噪声和定标误差应该控制在1 dBz以内。

基于Landsat TM的3种地表温度反演算法比较分析

以福州市为研究区,使用Landsat TM数据,利用基于影像的反演算法(IB算法)、单窗算法(MW算法)和单通道算法(SC算法)对研究区进行地表温度反演,并将这3种算法的反演结果与研究区的亮度温度进行了比较,结果表明:(1)3种算法反演的结果总体趋势比较接近,其中尤以MW算法和IB算法较为接近,研究区整体平均温度二者仅相差约1.0℃;(2)3种算法反演的结果均比亮度温度高,其中IB算法高出约1.9℃,MW算法高出约2.9℃,而SC算法则要高出约5.3℃.