一次大气波导过程天气雷达超视距海面回波分析

大气波导引起的反常地物回波是影响天气雷达数据质量的重要因素,本文针对大气波导对天气雷达海面回波的影响及应用,利用青岛多普勒天气雷达资料,结合探空数据对2014年7月18和19日一次大气波导过程造成的超视距海面回波进行了分析.通过分析处理探空剖面数据,得到18日20时存在表面波导,而雷达资料显示该时刻雷达存在明显的超视距海面回波.此次大气波导超视距过程持续约24 h,雷达超视距海面回波总体趋势是先从弱到强,再变弱直至消失,其空间分布和时间变化非常复杂.进一步基于实测雷达回波数据,采用抛物方程和粒子群算法反演获得了水平不均匀的大气波导剖面,比较了实测回波功率和以反演剖面为输入的计算回波功率,两者之间相差较小,表明基于天气雷达回波的大气波导反演方法具有有效性.     

一种高敏感度的蒸发波导剖面模型

以提高全球定位系统(Global Positioning System,GPS)信号反演蒸发波导的精度、简化现有蒸发波导折射率剖面模型为目的,通过分析四参数蒸发波导剖面模型的GPS海面散射信号功率特性,改进得到了一种三参数模型——高敏感度的蒸发波导折射率剖面模型,并针对其GPS海面散射信号功率特性,同现有剖面模型进行了对比分析,通过粒子群优化算法的反演结果验证了三参数模型的高敏感度在反演中的优势.     

基于PSO-SA算法的源项反演方法研究

针对大气污染事故突发时，事故发生点无法确定或人员不能接近的情况，研究了基于环境监测数据源项反演以获取事故源项数据的技术，设计实现了一种基于粒子群-模拟退火源项反演方法。采用自适应方法调整惯性权重系数，与高斯烟羽扩散模型结合，对事故源项数据进行反演。实验结果显示：在所选监测点监测数据的反演实验中，基于粒子群-模拟退火算法（PSO-SA）结合了两种算法的优势，能够获得与期望值较为符合的反演结果。进一步分析了监测点数据误差及监测点数量对反演结果的影响，并将文中方法与粒子群算法（PSO）进行对比，同等条件下，较粒子群算法精度提高了8%，能够快速实现对大气污染源强和位置的准确估计。     

粒子群-细菌觅食在光伏系统MPPT控制中的应用

在光照不均匀情况下,光伏阵列P-V曲线上会出现多个极值点,传统算法容易陷入局部最优而失效。文中提出粒子群-细菌觅食算法,将粒子群算法和细菌觅食算法结合。用粒子群算法进行全局搜索,再将粒子看成细菌用细菌觅食算法进行局部搜索。仿真结果证明,该算法在多峰情况的快速准确性。     

反演蒸发波导的改进粒子群优化算法

雷达利用携带的海杂波信息可以反演出海面蒸发波导参数.为了提高蒸发波导反演性能,提出了一种改进的粒子群优化算法.当实测雷达海杂波功率与蒸发波导模型计算所得杂波功率之间建立的目标函数取最小值时,可反演得到最接近实测蒸发波导剖面参数.根据这一思想,在基本粒子群算法基础上通过对惯性权重和学习因子进行自适应调整,引入自适应压缩因子来确保算法快速收敛,并获得高精度的蒸发波导参数.算法仿真实验证明,改进粒子群优化算法相比于基本粒子群算法具有较好的全局收敛性,在处理较大规模数据时反演速度明显提高.     

无人机三维路径规划的粒子群混合算法

路径规划是无人机控制过程中的重要环节之一,现有基于粒子群等算法的传统路径规划方法存在容易陷入局部最优等问题,无法适应现实场景中复杂环境及高搜索速度的要求。针对已有方法的缺陷,提出了一种无人机路径规划的高性能细菌觅食-遗传-粒子群混合算法,以传统粒子群优化算法为基础,引入细菌觅食算法及遗传算法思想,提高算法计算速度与能力,同时考虑实际场景中无人机的运行约束,进一步提高了方法的可用性。最后,利用仿真实验验证了所提方法的有效性,并通过与传统方法对比证明了所提方法在运行时间、规划航程等方面的优越性。     

基于改进型支持向量机的电磁传播损耗研究

海面大气波导的折射率剖面反演过程中,电磁波传播损耗的数据模型计算量大及过程复杂,计算时间随传播距离的增加而大大延长,难以适应实际反演过程快速实时的多变环境、效率低下。针对这个问题,对最小二乘支持向量机算法进行改进,简化了高维计算问题,在保证计算复杂度和计算量没有增加的情况下,提高了计算的准确性。仿真实验表明,利用改进的算法对训练模型的训练时间大大降低,与实际结果符合程度好,适用于后续的大气波导折射率剖面反演。     

湍流影响下的近海面大气折射率剖面

海上近地层大气折射剖面是影响海上舰船雷达低空探测的主要因素,通常不考虑大气湍流的影响往 往导致雷达探测误差较大。基于海洋大气近地层相似理论,给出了利用近海面气象参数和海面温度确定平均大气折射指数和脉动折射率剖面的方法,建立了考虑湍流影响的近海面大气折射率剖面模型,并进行了数值模拟和初步的试验验证。建立的近海面大气折射率剖面模型对于近海面电波传播的准确预测和提高雷达系统的性能具有一定的指导意义。     

基于量子粒子群优化算法的光纤光栅参数重构

提出了一种基于量子粒子群优化算法的光纤光栅参数重构方法。该方法通过传输矩阵法得到优化目标函数,并将待优化的光纤光栅参数以粒子表示,再让粒子在解空间模拟量子行为进行搜索。以均匀布拉格光栅和线性啁啾光纤光栅为例,分别采用遗传算法(GA)、经典粒子群优化(PSO)算法以及量子粒子群优化(QPSO)算法对其进行参数重构。与传统粒子群算法及遗传算法相比,该方法借鉴了量子行为,具有更好的收敛性能和稳态性能。数值结果表明,种群规模为40时,针对均匀和非均匀光栅分别进化100代和200代得到的重构参数误差均小于0.5%。     

基于二维粒子群优化的图像模糊增强算法研究*

针对传统基于灰度变换方法进行图像增强后图像质量不高等现象,对粒子群优化算法、模糊增强算法进行研究,同时结合禁忌搜素和粒子空间对称分布原理,提出一种基于二维粒子群优化的图像模糊增强算法。该算法通过对搜索粒子进行空间对称分布调整以避免算法陷入局部最优、提高全局搜索能力,并且在算法迭代后期加入禁忌搜索算法记录粒子搜索位置,以减少粒子位置重复寻优、提高算法搜索效率。最后将改进后的粒子群优化算法中粒子搜索位置和速度更新方向设定为二维并与模糊增强算法相结合,自适应搜索出模糊参数Fp、Fe最优值,实现模糊增强。实验结果表明,改进后算法对图像增强效果较好,并且将算法用于过暗SAR图像、医学MR图像的增强,可有效提高图像质量。     

射线跟踪技术用于分析波导环境下电波异常折射误差

海洋大气环境中电磁波传播受大气波导影响常呈现出复杂的折射特征,本文通过构建基于射线跟踪技术的电波传播轨迹微分计算方法,研究了电波受蒸发波导和表面波导环境影响所形成的电波折射误差(仰角和高度误差)的异常特性,并对雷达试验的实际测量数据的误差进行了分析验证。     

基于水平非均匀蒸发波导的非互易性

针对现有蒸发波导条件下无线电系统性能研究过程中,忽略了蒸发波导水平非均匀特性影响,探讨了水平非均匀蒸发波导条件下的非互易性。利用马尔科夫过程模拟蒸发波导水平非均匀特性,结合抛物方程法计算电波传输损耗,仿真分析了雷达电磁参数对非互易性的影响。仿真结果表明：蒸发波导环境下电波传播的非互易性在波导水平非均匀时无法忽略,天线高度和电波频率对非互易性的影响较大。天线高度越高,电波频率越大,则非互易性越强。     

基于多波长激光探测海洋大气波导机理及实验研究

海洋大气波导是能够影响侦察预警探测装设备和常用民用航型保障设备的重要大气环境因素。本文采用一种基于激光探测遥感探测大气波导的技术,通过分析计算典型海洋大气多波长激光传输特性、光波波段折射率结构常数与激光探测大气波导机理模型。同时通过自主研制的激光雷达在三亚等地进行大量实践大气波导探测,并同步开展探空气球探测低空100m范围内的温度和湿度剖面,采用温度和湿度剖面获取折射率剖面和激光传输的消光系数垂直分布以及光波段的折射率结构常数分布,实验分析初步表明用激光探测大气波导尤其是海上大气波导尤其是蒸发波导的可行性。     

激光雷达观测斜程能见度反演方法

目前基于激光雷达测量能见度的反演算法可以较为准确地反演均匀大气条件下的水平能见度,对云雨雾等非均匀大气条件下斜程能见度的准确反演较为困难。为了准确探测复杂大气条件下的斜程能见度,分析了激光雷达探测大气能见度的反演算法,重点针对非均匀大气条件下能见度难以准确反演的问题,提出了一种将Collis斜率法与Klett后向法相结合的能见度反演迭代算法,适用于不同天气条件下不同倾角路径平均能见度的反演。利用车载式激光雷达系统对能见度进行了实际测量,实验表明:在均匀大气条件下,该迭代算法与广泛使用的Collis斜率法和Klett后向法完全吻合;对于非均匀大气条件,该迭代算法也可克服Collis斜率法和Klett后向法的局限,更为快速稳定准确地反演出需要的大气能见度信息。     

全国大气折射率剖面预测方法

地球上空的不均匀大气对雷达探测性能具有较大的影响,为提高雷达探测精度,首要问题是能够精确预测到雷达作用区内的大气折射率剖面.针对我国国土面积大、地形复杂、大气环境参数变化多样的特征,根据无线电气象学理论,采用全国大气环境栅格技术,提出了一种全国大气折射率剖面预测方法.根据我国大气环境分布特征,把全国分成1 840个栅格...     

基于AIS信号的低空大气波导监测试验分析

鉴于低空大气波导对海上工作的雷达、通信系统的显著影响,提出了基于实测船舶自动识别系统(automatic identification system, AIS)信号的海上低空大气波导遥感新方法.首先讨论了不同大气折射环境下的AIS信号传播特性,验证了低空大气波导尤其表面波导对海上实际VHF频段AIS信号的显著影响;然后给出了2018年4月20日以及22日岸基AIS接收机接收功率平面位置分布图结果,利用接收站附近探空站的修正大气折射率剖面验证了大气波导是形成AIS信号远距离传播的主要原因;最后给出了基于AIS信号反演低空大气波导的步骤,采用粒子群优化算法得到根据单一方位接收功率的反演结果.该方法具有被动接收、时空分辨率高的优点,是当前雷达海杂波、卫星导航信号遥感探测大气波导的有益补充.     

蒸发波导中电磁波异常传播特征研究及其应用

蒸发波导是海洋大气环境中一种典型的异常大气折射结构。它能够部分地陷获电磁波的传播,从而改变电磁波的传播特征。这种特性在雷达、通信、电子对抗等设备的使用方面具有广泛的应用。该文主要利用电磁波传播的抛物型数值方程和裂步傅里叶算法,通过仿真方法研究了蒸发波导环境下电磁波所具有的异常传播特征,并利用2003年8月大连海域的雷达异常探测试验作为应用实例,说明了蒸发波导对电磁波异常传播以及对雷达异常性能的影响。     

ERA-I数据在南海大气折射率环境中的应用评估

海上大气折射率环境是影响电磁波传播、目标探测准确性的关键因素之一.文中利用南海的GPS探空数据评估了ERA-I（ERA-Interim）再分析数据计算的大气折射率,结果表明:3 000 m以下修正大气折射率整体标准差为9.2 M单位,相对误差为1.4%;在分布上修正大气折射率误差在低层偏小,并且会发生小幅震荡,边界层顶以上偏大,这与大气层内水汽分布密切相关,相关系数为0.94.此外两种数据识别的波导参数中,波导高度拟合斜率接近1,最准确;波导厚度和强度斜率不到0.5,波导厚度偏厚,而强度偏小.说明ERA-I再分析数据是较为可靠的数据源,可用来研究海上大气折射环境特性.     

一次伴随雷达异常地物回波的超视距探测成因分析与数值模拟研究

大气波导对电磁波的陷获作用可以通过雷达超视距探测和异常地物回波等现象被直观感知和捕获. 文中基于欧洲中期数值预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF) ERA5再分析资料、葵花卫星云图和WRF4.2模式,对福建中南部及粤东沿海天气雷达探测到的一次伴随异常地物回波的超视距探测现象开展成因分析和数值模拟研究. 研究结果表明:此次大范围异常地物回波的出现与台湾海峡持续存在的显著大气波导过程有关. 台湾海峡受高空槽后下沉运动与低空暖脊共同影响,存在逆温层结与强烈的湿度随高度锐减层,有利于大气波导形成;模拟时段中后期,台湾海峡几乎被顶高200~600 m的表面波导全覆盖,且波导强度持续增强,最终整体强度达到40 M 单位以上. 进一步利用WRF模式模拟预报的气象雷达传播路径上非均匀大气波导廓线,输入电磁波传播模型,结果与雷达实测回波的主体结构吻合,证实了利用中尺度模式开展大气波导预报与传播应用的良好前景.     

蒸发波导环境掠射角对雷达海杂波的影响

利用雷达海杂波反演对流层波导是当前国内外研究热点,这是一个典型的电磁逆问题.为了尽可能降低反演的不确定性, 文章基于对流层波导大气修正折射率水平非均匀性, 通过分析蒸发波导环境掠射角对雷达海杂波的影响, 提出了蒸发波导条件下的海杂波功率模型, 并进行了实验验证, 有效提高了对流层波导反演效果.