一种东中国海水体漫衰减系数K_d(490)的反演方法

东中国海是典型的二类水体或者浑浊水体,海色传感器SeaWiFS和MODIS漫衰减系数Kd(490)的业务化反演算法—Mueller算法在东中国海不再适用。基于2006—2007年3个东中国海航次的现场数据和模拟数据基础上提出了一种漫衰减系数Kd(490)的反演算法,在Mueller算法基础上增加了620 nm的波段信息以反映东中国海浑浊水体的特性。该算法与3个航次的东中国海现场数据进行印证,反演相对误差为12.1%,均方根误差0.08,相关系数0.99(N=74)。结果表明该算法有效提高Mueller算法在东中国海的反演精度。

海洋水体光学性质测量技术研究进展

海洋水体光学性质测量是海洋光学理论发展的基础,水体光学性质测量技术的提高,也大大带动了其它海洋光学技术及其应用的发展。回顾历史,光电技术和光谱技术是水体光学测量技术的主要推动力,海洋光辐射传输理论的发展及水色遥感是水体光学测量技术的主要牵引力。论文重点对水体光学性质中基础量的测量原理、方法及主要产品做了系统的介绍,其中包括光谱辐亮度和光谱辐照度的测量方法、水体光谱吸收的测量方法以及光谱散射性的测量方法等。最后,给出了水体光学性质测量技术未来的发展方向,为从事水体光学性质仪器开发、相关海洋光技术开发和用户等提供参考。

海水吸收光谱测量方法比较—定量滤膜技术和现场测量方法

本文对水体吸收光谱的2种测量方法进行了比较,这2种方法分别为基于分光光度计的定量滤膜技术和吸收衰减仪的现场测量方法。为了检验和比较这2种测量方法的不同,同时对两类不同类型水体的吸收系数进行了测量。其中一类水体为实验室培养的单种藻类水体,共有36个样本,包括4大类,分属16个种;另一类水体为黄海水域的水体,包括49个站位数据,基本覆盖了南黄海水域,440 nm的吸收系数在0.05～2.0 m-1之间。结果表明,不同波段实验室培养的单种藻类水体两者测量吸收系数的相关系数平方在0.96～0.98之间,相对均方根误差为14%～16%之间;对于黄海水体的测量,相关系数的平方在0.90～0.94之间,相对均方根误差在14%～27%之间。2种测量方法对这两类水体吸收系数的测量均具有很高的一致性,其中实验室培养的单种藻类水体的测量结果的一致性好于黄海水体的测量结果。

Scholte波识别水池缩比实验

该文基于简正波分离识别Scholte波的方法,分析了之前Scholte波识别水池缩比实验结果中出现较大误差的原因,提出从声场中优先提取其他阶简正波的方法来改善实验结果、降低实验误差,并证实增加合成孔径垂直阵采样点数至119点(一次采样期间首末阵元信号保持良好相关性),有助于改善水池Scholte波识别误差,从而使水池Scholte波识别缩比使实验结果与理论值更为接近。水池缩比实验的结果证明该方法改善了Scholte波识别实验的结果,降低了声源深度较浅、Scholte波激发较弱时的实验误差,使水池缩比实验简正波分离识别Scholte波的方法更加可靠。

波导不变量谱值及其分离方法

波导不变量有两种定义方式,按照干涉条纹斜率的定义适合工程应用,按照简正波频散的定义适合理论分析.在有跃层的波导中,这两种定义方式并不完全一致.由于简正波频散特性差异,按照频散特性定义的波导不变量β会有许多不同的取值,这些β被称为波导不变量的β谱.此时声场干涉结构应该用多个β来描述,而以往的β提取算法只能给出一个最佳估计值,导致一些信息的丢失.借鉴图像处理中的积分投影概念,将声强图像按照角度进行积分投影,以分离不同斜率的条纹成分;然后对投影曲线进行傅里叶变换,以分离不同间距的条纹成分,最终实现各个β谱值的分离.仿真和实验结果表明,β谱分离算法可以从声场干涉结构中有效地提取不同条纹成分的β,并将其映射到二维平面内,具有更强的噪声抑制能力,所以能在更低的信噪比条件下使用.

2005黄海声学实验-声传播起伏

2005年夏末、秋初在黄海南部进行一次多家联合海洋声学实验研究,主要目的是研究浅海内波(线形、非线性)及其海洋温度峰面对远距离声传播的起伏效应及其声学方法监测海洋新方法研究。文章综述这几年实验数据处理的一些结果。

圈养环境下瓶鼻海豚、白鲸、伪虎鲸click脉冲信号特征分析

通过实地采样采集到的瓶鼻海豚、白鲸、伪虎鲸的click脉冲信号数据,对所采集信号分别从时域、频域、时频特性以及距离分辨力等方面分别进行了分析对比。结果表明,三种海洋哺乳类动物均通过不断发射click脉冲串实现对目标的探测,在这过程中可以调节脉冲间隔或信号波形,其中伪虎鲸一部分click脉冲信号的频谱具有双峰的特殊性质。通过对这三种海洋哺乳动物click脉冲信号模糊函数的分析,发现瓶鼻海豚与白鲸的距离分辨力可以达到毫米量级,伪虎鲸相对较差,但也可以达到厘米量级。而随着频谱双峰信号的出现,伪虎鲸click脉冲信号的距离分辨力有明显提高,也达到了毫米量级。

不同天气条件下蓝绿激光下行跨介质传输特性

采用蒙特卡洛仿真方法,分析了三种典型天气条件(晴天、层云和卷云)下激光在大气-海气界面-水体中的下行传输特性。结果表明:不同天气条件下经过大气传输到达海面的激光角分布明显不同,晴天时角分布发散很小,层云条件下发散严重,卷云条件下发散明显;晴天与层云条件下到达海面的光斑尺寸接近,而卷云条件下光斑大15%左右。不同天气条件下,激光经过大气、海气界面后角分布表现出不同的特征,晴天时海面使激光角分布发散变大,且随风速的增加发散呈变大的趋势;层云条件下海面使角分布发散变小,且随风速的增加发散呈变小的趋势;卷云条件下激光角分布变化复杂。不同天气条件下,激光经过大气、海气界面、水体后,既有相同特征又有不同之处。当水较浅时,三种天气条件下角分布表现出不同特征,水较深时角分布趋于一致;晴天和层云条件下的光斑尺寸基本不随水深变化,卷云条件下随深度增加明显减小。不同天气条件下光斑中心能量随深度的变化存在一定差异,晴天时平均变化率约为−0.410 dB/m,层云和卷云条件下分别为−0.426 dB/m和−0.413 dB/m。研究结果可为蓝绿激光跨介质通信链路预算、系统设计及参数优化提供参考。

利用海浪噪声自相关实现散射体无源探测

提出了一种利用海浪噪声自相关实现散射体无源探测的新方法.将各接收器记录噪声信号的自相关减去所有接收器记录噪声信号自相关的平均值,得到散射信号的到达结构,然后结合基尔霍夫移位算法实现对散射体的探测.与利用背景噪声互相关提取格林函数从而实现散射体探测的方法不同,自相关无需考虑各个接收器之间的大量数据传输及时间同步问题,这为相距较远的多接收器和移动平台目标探测提供了极大的方便.将所提出的方法应用于实验数据中,最终探测结果与实际测量结果相比差别不大,验证了方法的有效性.

Doppler-warping变换及其应用在声学目标运动速度估计

当声源和接收器之间存在相对运动时,接收到的信号会发生多普勒频移,多普勒频移和目标运动参数有关.针对声学多普勒频移问题提出Doppler-warping变换,运用该变换可以实现多普勒信号相位的线性化,推导出warping算子,提出一种利用该变换估计目标运动参数的算法.首先构造不同运动参数下的Doppler-warping算子,再利用算子对接收的时域信号进行时间重采样,然后求出变换之后信号的频谱函数,最后利用频谱函数熵最小来实现目标参数估计.仿真结果证明了该方法的有效性,对于低信噪比的海试数据,渔船真实速度为4.5 m/s,采用传统的最小均方误差(MMSE)速度估计方法得到的结果为5.2 m/s,误差达到15.56%,本文提出的Doppler-warping变换方法较为准确地估计了目标运动速度,估计结果为4.7 m/s,误差为4.44%.

由Hyper-TSRB数据估算海面遥感反射比的方法比较

比较了3种由Hyper-TSRB数据估算海面遥感反射比(Rrs)的方法,这3种方法分别为:prosoft、优化方法和经验方法。用于比较的现场测量数据为SeaBASS数据中193个站位的水中向上辐亮度(Lu(z))及向下辐照度(Ed(z))的剖面数。比较结果显示,3种方法对于较清的水体都有很高的精度,对于混浊的水体,优化方法和经验方法都有较高的精度,其中经验方法的性能稍优于优化方法,而prosoft方法精度较差,可达50%。

Monaco统计噪声参数设置对计算效率和剂量精度的影响

目的:对比Monaco计划系统Per Calculation(PC)和Per Control Point(PCP)两种统计噪声设置方式的剂量计算精度和计算效率。方法:选取30例IMRT/VMAT治疗计划,其中胸部和鼻咽部肿瘤各15例,两种噪声统计方式按照剂量计算精度递减的方式分别设置为5组和6组,评估其对计算时间和各剂量学评价指标的影响。结果:两种噪声统计方式计算时间(s)分别为131.78±26.91、6.76±3.57、1.75±0.57、0.84±0.24、0.84±0.24(PC)和259.20±80.15、73.53±26.00、9.18±3.26、3.60±1.67、1.59±0.75、1.13±0.49(PCP),均与计算精度呈负相关,且差异具有统计学意义(P<0.05);两组计划各剂量学评价指标箱图分析显示,均值和特定剂量的体积等指标四分位距较小,最大值和全局最大值等评价指标四分位距较大;两组计划各剂量学评价指标单因素ANOVA分析结果无统计学差异(P>0.05)。结论:两种统计噪声设置方式均可用于临床治疗计划计算精度设置;治疗计划全局最大值与统计噪声正相关,计算时间与统计噪声负相关;不同PC/PCP参数设置对均值和特定剂量的体积等评价影响较小,对全局和串行器官最大值影响较大。

秋季和春季黄渤海黄色物质空间分布特征

利用2013年秋季和2014年春季两个季节黄渤海现场数据对黄色物质的水平分布及垂向分布的变化进行研究,并初步分析了其主要控制因素。垂向黄色物质表现为底部高上层低的特征。其中,秋季混合作用加强导致上层40m黄色物质混合较为均匀;春季北黄海温盐跃层已经形成,黄色物质分布开始出现明显的分层现象,上下层浓度差约为2?g/L。春季南黄海盐度跃层尚未形成,水深小于50m的水层黄色物质垂向分布均匀,近岸和远岸海域浓度分界线明显。水平方向上,黄色物质在秋季和春季分布趋势一致,由渤海、北黄海至南黄海浓度依次降低,且呈现出由近岸向中央海区递减的趋势,但整体上春季浓度较秋季明显偏低。海表盐度与黄色物质浓度两者整体上呈现负相关关系,可以将黄色物质浓度分布作为研究黄海暖流走向、划分水团性质的重要指标。

利用环境噪声互相关实现散射体无源成像

最近研究表明利用环境噪声的互相关可以恢复两点之间的时域格林函数(声脉冲响应),这一原理在文献中被称为格林函数恢复。基于此原理,通过对多个传声器所接收的环境噪声进行互相关处理,获取与散射体相关联的散射波的到达时延信息,结合最小二乘反演算法和改进克希霍夫移位算法,分别获得道路交通噪声场中石柱以及海浪噪声场中塑料桶的空间位置,且其估计结果与实际测量相一致。实验结果表明将环境噪声作为探测信号进行散射体无源成像是可行的。这为设计室内无源声监测系统以及通过海洋环境噪声实现对水中静默目标成像提供了新思路和有益参考。

基于碘分子滤波器的高光谱分辨率激光雷达原理

碘分子1107～1108吸收线之间有一个光谱透射率峰。基于该光谱透射率峰的碘分子滤波器对大气分子的瑞利散射有强烈的抑制作用,而对大气气溶胶的Mie散射影响较小。利用这种碘分子滤波器构成的高光谱分辨率激光雷达可以分离大气分子散射和气溶胶散射,从而能够测量大气后向散射比和大气风场。对测量原理和测量精度进行了详细推导,并利用合理的激光雷达和大气参数进行了计算机模拟。模拟结果表明,对于大气后向散射比的测量,夜晚大气高度25km、白天8km以下可以达到5%的精度;大气视线风速测量范围为±40m/s,测量精度在夜晚大气高度5km、白天4km以下时优于5%。

单波束测深仪沉积层地声反演底质分类

应用一种时域高频后向散射模型,对黄渤海41个站位的20 kHz单波束测深仪回波数据进行了沉积层地声参数反演底质分类研究。采用下山单行模拟退火算法(SIMPSA)对模型输出和接收回波的平均包络曲线进行最大似然匹配,估计海底沉积层的平均颗粒度。实验数据处理表明:对接收回波包络进行能量归一化处理有效地减小了由实验不确定性所导致的回波幅度异常起伏,将反演参数的方差降低至未加处理的50%;平均颗粒度的反演最优值与沉积层样本实验室测量值的一致性更高;将反演结果用于底质分类,正确识别率达到75.6%。

单边噪声源环境下的格林函数提取

对单边噪声源环境下空间中存在散射体时的格林函数到达时间结构提取展开了实验性研究。通过对位于沙滩上的传声器上记录的海浪噪声进行互相关处理,成功提取出两传声器间的格林函数到达时间结构。到达时间结构中观察到伪散射路径,并且伪散射路径在幅值上远高于散射路径。针对上述现象给出了理论及仿真解释:当传声器对受噪声源单边照射时,广义光学定理失效,伪散射路径将会出现;同时,由于伪散射路径由所有方向噪声源贡献,散射路径仅有稳相点附近声源贡献,因此伪散射路径在幅值上可能高于散射路径。结果表明,在单边噪声源环境下,基于互相关技术可以提取伪散射路径。伪散射路径的短时稳定提取可以为散射体无源成像提供更多信息,在海洋声学、地震学等领域具有潜在应用价值。

一种宽带噪声信号的深海会聚区判别方法

当目标位于不同会聚区时,其到达接收器的信号具有很强的相似特征,传统的匹配场处理模糊度表面中在不同会聚区会出现高旁瓣,当存在失配时还会导致定位错误,从而带来了难以识别目标所在会聚区的问题.本文针对会聚区判别模糊问题,根据声源在空间分布上的稀疏性,利用不同会聚区信号在频域上的起伏特征差异,基于压缩感知理论,提出了基于l1优化匹配处理的会聚区判别方法.对比传统匹配场处理方法,该方法具有高分辨性能,在有限的采样数据条件下,能有效抑制会聚区判别的旁瓣模糊问题.计算机仿真和海上拖线阵实验数据处理验证了该方法的有效性.

基于波导不变量的空中和水下声源分辨方法

波导不变量反映了水下声场多途传播的干涉结构特征。将波导不变量的提取分析应用于空气中声源产生的水下声场,通过数值仿真分析了波导不变量分布随深度的变化,提出了利用小深度接收声场提取的波导不变量分布来分辨空中和水下声源的方法。分析了空气中声速和风速剖面对该方法的影响,指出在实际海上环境条件下,当出现逆温现象或者当接收器在声源下风方向时,该方法是有效的。

消频散阵不变量距离估计方法

针对传统阵不变量方法在低信噪比和远距离测距性能差的问题,提出了消频散阵不变量测距方法。该方法首先对垂直阵接收信号进行消频散波束形成,消除频散影响,压缩脉冲宽度,提高简正波到达时间分辨率;然后,对得到的角度-时间谱采用反卷积处理提高简正波俯仰角度分辨率。通过消频散和反卷积处理,减小了简正波相对到达时间和俯仰角在角度-时间谱图中的聚焦范围,有利于准确的提取阵不变量和估计目标声源的距离。计算机仿真证明了该方法在低信噪比条件下的鲁棒性;2009年崂山湾实验数据处理结果表明:相比于传统阵不变量测距方法,该方法距离估计误差减小2.5%。