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Fusion of Ground-Based and Spaceborne Radar Precipitation Based on Spatial Domain Regularization

Journal of Meteorological Research 2024年第2期38卷 285-302页

作者： Anfan HUANG Leilei KOU Yanzhi LIANG Ying MAO Haiyang GAO zhigang chu School of Atmospheric Physics Nanjing University of Information Science&TechnologyNanjing 210044 Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters Nanjing University of Information Science&TechnologyNanjing 210044

High-quality and accurate precipitation estimations can be obtained by integrating precipitation information measures using ground-based and spaceborne radars in the same target *** the true precipitation state is a typical inverse problem for a given set of noisy radar precipitation *** regularization method can appropriately constrain the inverse problem to obtain a unique and stable *** different types of precipitation with different prior distributions,the L_(1) and L_(2) norms were more effective in constraining stratiform and convective precipitation,*** a combination of L_(1) and L_(2) norms,the Huber norm is more suitable for mixed precipitation *** study uses different regularization norms to combine precipitation data from the C-band dual-polarization ground radar(CDP)and dual-frequency precipitation radar(DPR)on the Global Precipitation Measurement(GPM)mission core *** to single-source radar data,the fused figures contain more information and present a comprehensive precipitation structure encompassing the reflectivity and precipitation *** 27 precipitation cases,the fusion results utilizing the Huber norm achieved a structural similarity index measure(SSIM)and a peak signal-to-noise ratio(PSNR)of 0.8378 and 30.9322,respectively,compared with the CDP *** fusion results showed that the Huber norm effectively amalgamate the features of convective and stratiform precipitation,with a reduction in the mean absolute error(MAE;16.1%and 22.6%,respectively)and root-mean-square error(RMSE;11.7%and 13.6%,respectively)compared to the 1-norm and ***,in contrast to the fusion results of scale recursive estimation(SRE),the Huber norm exhibits superior capability in capturing the localized precipitation intensity and reconstructing the detailed features of precipitation.

关键词： dual-frequency precipitation radar(DPR) dual-polarization radar data fusion regularization Huber norm

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Consistency correction of echo intensity data for multiple radar systems and its application in quantitative estimation of typhoon precipitation

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Frontiers of Earth Science 2022年第1期16卷 99-108页

作者： Shuai ZHANG Jing HAN Bingke ZHAO zhigang chu Jie TANG Limin LIN Xiaoqin LU Jiaming YAN Shanghai Typhoon Institute China Meteorological AdministrationShanghai 200030Chin Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipitation(China Meteorological Administration)Nanjing University of Information Science&TechnologyNanjing 210044China Hainan Institute of Meteorological Sciences Haikou 570203China Key Laboratory of South China Sea Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Hainan Province Haikou 570203China Fujian Key Laboratory of Severe Weather Fuzhou 350001China Fujian Key Laboratory of Granular Computing and Application Minnan Normal UniversityZhangzhou 363000China

Calibration error is one of the primary sources of bias in echo intensity measurements by ground-based radar *** errors cause data discontinuity between adjacent radars and reduce the effectiveness of the radar *** Global Precipitation Measurement Kuband Precipitation Radar(GPM KuPR)has been shown to provide stable long-term *** this study,GPM KuPR observations were converted to S-band approximations,which were then matched spatially and temporally with ground-based radar *** measurements of stratiform precipitation below the melting layer collected by the KuPR during Typhoon Ampil were compared with those of multiple radar systems in the Yangtze River Delta to determine the deviations in the echo intensity between the KuPR and the ground-based radar *** echo intensity data collected by the ground-based radar systems was corrected using the KuPR observations as reference,and the correction results were verified by comparing them with rain gauge *** was found that after the correction,the consistency of the echo intensity measurements of the multiple radar systems improved significantly,and the precipitation estimates based on the revised ground-based radar observations were closer to the rain gauge measurements.

关键词： calibration error ground-based radar reflectivity correction precipitation estimates

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Optimal beamforming with aliasing cancellation in the spherical harmonics domain

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Chinese Journal of Acoustics 2023年第3期42卷 307-321页

作者： JIANG Peihong chu zhigang LI Peiran YANG Yang State Key Laboratory of Vehicle NVH and Safety Technology Chongqing 401122 College of Mechanical and Vehicle Engineering Chongqing UniversityChongqing 400044

The existing beamforming with aliasing elimination in the spherical harmonics domain usually adopts a single design goal,making it challenging to adapt to diverse application ***,we propose optimal beamforming with aliasing cancellation in the spherical harmonics domain and establish a corresponding multiply constrained convex optimization model with a second-order cone programming *** from this model,we further propose a maximum directivity beamformer with sidelobe constraint and aliasing cancellation,a robust maximum directivity beamformer with aliasing cancellation,a minimum variance distortionless response beamformer with aliasing elimination,and a maximum directivity beamformer with null constraint and aliasing *** proposed method not only inherits the aliasing-cancellation capability of the existing aliasing cancellation beamforming,but also achieves a proper trade-off among multiple conflicting performance measures such as directivity factor,white noise gain,and sidelobe ***,the proposed optimal beamforming provides users with the flexibility to adjust the constraint parameters according to actual application requirements and thus obtain a beamformer with the best all-around performance in a specific scenario.

关键词： harmonics spherical constraint

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近场波束形成声源识别的改进算法

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农业工程学报 2011年第12期27卷 178-183页

作者：褚志刚杨洋重庆大学机械工程学院重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 同济大学汽车学院上海201804

为提高近场波束形成方法的声源识别性能和阵列平面上最大声压贡献量的计算精度,首先基于球面波假设,采用除自谱的互谱波束形成算法,仿真分析了阵列传声器信号幅值校正对声学成像和声源识别的影响,结果表明：幅值的校正在提高阵列平面上... 详细信息

为提高近场波束形成方法的声源识别性能和阵列平面上最大声压贡献量的计算精度,首先基于球面波假设,采用除自谱的互谱波束形成算法,仿真分析了阵列传声器信号幅值校正对声学成像和声源识别的影响,结果表明：幅值的校正在提高阵列平面上最大声压贡献量计算精度的同时也带来了旁瓣水平增大,动态范围缩小等诸多不足。在此基础上,提出并设计了声源定位与强度幅值校正相结合的近场波束形成阵列平面声压贡献量的改进算法,仿真分析与算例试验结果均表明：改进算法既能准确计算阵列平面上的最大声压贡献量,且旁瓣水平低,声源成像动态范围增大1.0~1.6dB。最后,利用改进算法进行了某车的声学密封性能试验,准确识别了该车的声学密封薄弱位置。

关键词：传声器阵列波束形成声学成像声源识别幅值校正

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球形传声器阵列三维波束形成性能

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农业工程学报 2012年第11期28卷 80-85页

作者：褚志刚杨洋重庆大学机械工程学院重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 同济大学汽车学院上海201804

为分析球形阵列结构参数对三维波束形成声源识别性能的影响,基于延迟求和波束形成理论,仿真分析了主瓣宽度和最大旁瓣水平随阵列直径的变化规律,结果表明:在传声器布置形式一致的情况下,直径越大,阵列空间分辨率越好,但对旁瓣抑制能力越... 详细信息

为分析球形阵列结构参数对三维波束形成声源识别性能的影响,基于延迟求和波束形成理论,仿真分析了主瓣宽度和最大旁瓣水平随阵列直径的变化规律,结果表明:在传声器布置形式一致的情况下,直径越大,阵列空间分辨率越好,但对旁瓣抑制能力越弱;模拟计算了5种典型球形阵列的阵列模式径向投影及最大旁瓣水平,结果显示:传声器均匀分布球形阵列的性能最好,在50～100rad/m的波数范围内,最大旁瓣水平约为-12dB,在波数高达220rad/m时最大旁瓣水平也低于-6dB。提高球形阵列传声器分布的均匀程度和密集程度能显著提高阵列性能。

关键词：传声器阵列波束形成声学成像性能分析

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高性能波束形成声源识别方法研究综述

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机械工程学报 2021年第24期57卷 166-183页

作者：杨洋褚志刚重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 重庆工业职业技术学院车辆工程学院重庆401120

基于传声器阵列测量的波束形成声源识别技术广泛应用于军事、工业、环境等领域。围绕"空间分辨能力增强、寄生虚假声源抑制、定位定量精度提升、鲁棒稳健性能强化、声源识别功能完善"的目标,国内外学者开展了大量研究工作并取得了丰硕成... 详细信息

基于传声器阵列测量的波束形成声源识别技术广泛应用于军事、工业、环境等领域。围绕"空间分辨能力增强、寄生虚假声源抑制、定位定量精度提升、鲁棒稳健性能强化、声源识别功能完善"的目标,国内外学者开展了大量研究工作并取得了丰硕成果,反卷积波束形成、函数型波束形成和压缩波束形成三类典型高性能方法先后被提出。为帮助国内学者全面了解三类高性能波束形成方法并加以推广应用,系统阐述其核心思想,全面综述其重要研究进展,根据需要计算的阵列点传播函数的数目对反卷积波束形成进行科学分类,根据采用的网格点类型对压缩波束形成进行科学分类。综述同时涵盖适宜识别阵列前方局部区域内声源的平面传声器阵列和适宜360°全景识别声源的球面传声器阵列。

关键词：声源识别反卷积波束形成函数型波束形成压缩波束形成平面传声器阵列球面传声器阵列

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Pterostilbene accelerates wound healing by modulating diabetes-induced estrogen receptorβsuppression in hematopoietic stem cells

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Burns & Trauma 2021年第1期9卷 629-641页

作者： Weiguo Xie Xueqing Zhou Weigang Hu zhigang chu Qiongfang Ruan Haimou Zhang Min Li Hongyu Zhang Xiaodong Huang Paul Yao Institute of Burns Tongren Hospital of Wuhan University(Wuhan Third Hospital)Wuhan 430060China State Key Lab of Biocatalysis and Enzyme Engineering School of Life SciencesHubei UniversityWuhan430062China Department of Hematology Peking University Shenzhen HospitalShenzhen518036China

Background:Delayed wound healing is one of the major complications of diabetes mellitus and is characterized by prolonged inflammation,delayed re-epithelialization and consistent oxidative stress,although the detailed mechanism remains *** this study,we aimed to investigate the potential role and effect of pterostilbene(PTE)and hematopoietic stem cells(HSCs)on diabetic wound ***:Diabetic rats were used to measure the epigenetic changes in both HSCs and peripheral blood mononuclear cells(PBMCs).A cutaneous burn injury was induced in the rats and PTE-treated diabetic HSCs were transplanted for evaluation of wound *** addition,several biomedical parameters,including gene expression,oxidative stress,mitochondrial function and inflammation in macrophages,were also ***:Our data showed that PTE had a much stronger effect than resveratrol on accelerating diabetic wound healing,likely because PTE can ameliorate diabetes-induced epigenetic changes to estrogen receptorβpromoter in HSCs,while resveratrol *** investigation showed that bone marrow transplantation of PTE-treated diabetic HSCs restores diabetes-induced suppression of estrogen receptorβand its target genes,including nuclear respiratory factor-1 and superoxide dismutase 2,and protects against diabetes-induced oxidative stress,mitochondrial dysfunction and elevated pro-inflammatory cytokines in both PBMCs and macrophages,subsequently accelerating cutaneous wound ***:HSC may play an important role in wound healing through transferring epigenetic modifications to subsequent PBMCs and macrophages by differentiation,while PTE accelerates diabetic wound healing by modulating diabetes-induced epigenetic changes in ***,PTE may be a novel therapeutic strategy for diabetic wound healing.

关键词： Hematopoietic stem cells Inflammation Oxidative stress Pterostilbene Wound healing

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Marjolin溃疡不同形态区域中三种血管调节相关因子的表达及其与血管生成关系的临床研究

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中华烧伤杂志 2019年第9期35卷 676-682页

作者：夏琛褚志刚武汉大学附属同仁医院暨武汉市第三医院病理科 430060 武汉大学附属同仁医院暨武汉市第三医院烧伤科 430060

目的探讨Marjolin溃疡不同形态区域中血管内皮生长因子(VEGF)、缺氧诱导因子1α(HIF-1α)和表皮生长因子受体(EGFR)的表达及其与血管生成的临床关系。方法笔者单位2012年1月—2017年12月收治符合入选标准的Marjolin溃疡患者92例[男56例... 详细信息

目的探讨Marjolin溃疡不同形态区域中血管内皮生长因子(VEGF)、缺氧诱导因子1α(HIF-1α)和表皮生长因子受体(EGFR)的表达及其与血管生成的临床关系。方法笔者单位2012年1月—2017年12月收治符合入选标准的Marjolin溃疡患者92例[男56例、女36例,年龄(55±15)岁]、皮肤慢性非癌变溃疡患者100例[男59例、女41例,年龄(51±16)岁]、行其他皮肤相关手术治疗患者100例[男58例、女42例,年龄(52±15)岁],分别设为Marjolin溃疡组、慢性非癌变溃疡组、其他皮肤手术组。回顾性分析Marjolin溃疡组患者的病因、发病部位、溃疡直径、病程;取Marjolin溃疡组和慢性非癌变溃疡组患者溃疡组织标本、其他皮肤手术组患者术中切取组织周围附带的正常皮肤组织标本,采用免疫组织化学法检测各组织以及Marjolin溃疡组织周围正常皮肤区、溃疡区、上皮瘤样增生区、癌变区中VEGF、HIF-1α、EGFR、CD34的表达,计算阳性表达率及蛋白表达量。对数据行Pearson卡方检验、Mann-Whitney U检验、Bonferroni法检验、Bonferroni校正,对蛋白总表达量间的相关性进行Spearman相关分析。结果Marjolin溃疡组患者病因中烧伤占91.3%(84/92),44.6%(41/92)的患者肿瘤出现在下肢,62.0%(57/92)的患者皮肤表面溃疡直径为2.1~5.0 cm,病程超过20年者占75.0%(69/92)。慢性非癌变溃疡组患者溃疡组织VEGF、HIF-1α和EGFR阳性表达率分别为41.0%(41/100)、77.0%(77/100)、83.0%(83/100),显著高于其他皮肤手术组患者正常皮肤组织的12.0%(12/100)、45.0%(45/100)、67.0%(67/100),χ^2=21.589、21.522、6.827,P0.05)。Marjolin溃疡组患者溃疡组织溃疡区、上皮瘤样增生区、癌变区VEGF和CD34蛋白表达量显著高于周围正常皮肤区(Z=-6.765、-6.819,-6.765、-6.640,-6.765、-6.819,P<0.01),上皮瘤样增生区VEGF和CD34蛋白表达量显著低于溃疡区(Z=-4.484、-5.266,P<0.01),癌变区VEGF和CD34蛋白表达量显著高于溃疡区(Z=-6.427、-6.723,P<0.01)和上皮瘤样增生区(Z=-6.427、-6.462,P<0.01)。Marjolin溃疡组患者溃疡组织溃疡区、上皮瘤样增生区、癌变区HIF-1α和EGFR蛋白表达量显著高于周围正常皮肤区(Z=-6.819、-6.393,-6.819、-6.393,-6.819、-6.393,P<0.01),溃疡区HIF-1α、EGFR蛋白表达量显著低于上皮瘤样增生区与癌变区(Z=-6.118、-5.638,-6.640、-6.393,P<0.01),癌变区HIF-1α和EGFR蛋白表达量显著高于上皮瘤样增生区(Z=-6.558、-6.819,P<0.01)。Marjolin溃疡组患者溃疡组织中VEGF、HIF-1α、EGFR蛋白总表达量分别与CD34蛋白总表达量呈显著正相关(r=0.772、0.415、0.502,P<0.01);EGFR和HIF-1α蛋白总表达量呈显著正相关(r=0.839,P<0.01),且分别与VEGF蛋白总表达量呈显著正相关(r=0.531、0.440,P<0.01)。结论Marjolin溃疡癌变区VEGF、HIF-1α和EGFR的表达最高,并且EGFR可能通过HIF-1α或者直接提高VEGF的表达,促进血管生成。

关键词：癌,鳞状细胞血管内皮生长因子类缺氧诱导因子1,α亚基受体,表皮生长因子血管 Marjolin溃疡

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四种典型波束形成声源识别清晰化方法

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数据采集与处理 2014年第2期29卷 316-326页

作者：杨洋褚志刚重庆工业职业技术学院汽车工程学院重庆401120 重庆大学机械工程学院重庆400044

为准确运用波束形成声源识别结果清晰化方法识别声源,基于仿真模拟的已知单声源、不相干声源、相干声源的识别成像图及性能曲线和进行的扬声器声源识别算例试验,对比分析DAMAS2,FFT-NNLS,CLEAN,CLEAN-SC的性能,结果表明:四种方法在识别... 详细信息

为准确运用波束形成声源识别结果清晰化方法识别声源,基于仿真模拟的已知单声源、不相干声源、相干声源的识别成像图及性能曲线和进行的扬声器声源识别算例试验,对比分析DAMAS2,FFT-NNLS,CLEAN,CLEAN-SC的性能,结果表明:四种方法在识别单声源、不相干声源时均能有效衰减旁瓣,显著提高分辨率,CLEAN-SC的准确度最高;对于相干声源,DAMAS2,FFT-NNLS的识别准确度高,CLEAN-SC不能识别相干声源;计算效率方面,DAMAS2最高,FFT-NNLS次之,CLEAN,CLEAN-SC略低。

关键词：波束形成声源识别清晰化方法对比分析

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基于正交匹配追踪的二维离网压缩波束形成声源识别方法

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机械工程学报 2022年第11期58卷 88-97页

作者：杨咏馨褚志刚杨洋重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 重庆工业职业技术学院车辆工程学院重庆401120

基于平面传声器阵列的传统二维在网压缩波束形成获得准确的声源识别结果需满足两个前提:一是声源波达方向与离散化网格点一致(基匹配);二是相关的先验参数需被准确估计。然而,在实际应用中上述两个前提难以满足,此时传统二维在网压缩波... 详细信息

基于平面传声器阵列的传统二维在网压缩波束形成获得准确的声源识别结果需满足两个前提:一是声源波达方向与离散化网格点一致(基匹配);二是相关的先验参数需被准确估计。然而,在实际应用中上述两个前提难以满足,此时传统二维在网压缩波束形成声源识别性能将受基不匹配和先验参数估计不准确的综合影响而显著下降。针对该问题,提出了基于正交匹配追踪的二维离网压缩波束形成声源识别方法。该方法以网格点处传递向量的一阶泰勒展开近似真实离网声源传递向量,构造以声源在网坐标、离网偏差及声源强度为未知变量的方程组,并基于正交匹配追踪和最小二乘法求解获得声源离网坐标及强度估计。仿真和试验均表明:提出方法能够有效缓解基不匹配问题,获得相比传统在网压缩波束形成方法更高的波达方向估计及源强量化精度,实现更好的声源识别性能,且享有高的计算效率;提出方法无需信噪比或正则化参数等先验参数估计,且对稀疏度估计和网格间距不敏感,声源识别性能稳健。

关键词：声源识别平面传声器阵列压缩波束形成离网正交匹配追踪

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