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双面声场反向神经网络声压外推分离

声学学报 2018年第6期43卷 873-882页

作者：周鹤峰曾新吾国防科学技术大学气象海洋学院

针对有限测量孔径造成的窗效应和离散传声器阵列带来的卷绕误差对双面声场分离技术的影响，提出了一种利用反向传播神经网络的全息面声压外推方法。该方法首先利用孔径内部测点平面坐标和相应声压值组成的学习样本训练神经网络，拟合出... 详细信息

针对有限测量孔径造成的窗效应和离散传声器阵列带来的卷绕误差对双面声场分离技术的影响，提出了一种利用反向传播神经网络的全息面声压外推方法。该方法首先利用孔径内部测点平面坐标和相应声压值组成的学习样本训练神经网络，拟合出两者的函数关系。接着代入孔径外部测点坐标得到对应声压值，实现有限孔径外推。最后将已有测量值和外推测量值组成的虚拟大孔径导入双面声场分离处理。与传统外推方法相比，该方法不需要先验知识，操作简单，计算抗干扰能力强，结果准确性高。数值仿真和实验进一步验证了该方法在改善声场分离结果方面的可行性和有效性。

关键词：反向传播神经网络外推方法分离技术声压声场双面有限孔径传声器阵列

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论不同模式大气中的静力适应过程

地球物理学报 2018年第1期61卷 52-64页

作者：郭海龙刘宇迪董毅国防科学技术大学气象海洋学院中国人民解放军93420部队

为了研究大气静力平衡适应过程的本质,利用波动理论和能量转换角度,分别对完全可压缩的等温大气模型、滞弹近似下的等温大气模型和层结中性大气模型进行研究比较.结果表明:大气静力平衡适应过程的本质是声波和混合声重力波对扰动能量的... 详细信息

为了研究大气静力平衡适应过程的本质,利用波动理论和能量转换角度,分别对完全可压缩的等温大气模型、滞弹近似下的等温大气模型和层结中性大气模型进行研究比较.结果表明:大气静力平衡适应过程的本质是声波和混合声重力波对扰动能量的频散过程,滞弹近似模型和层结中性模型均不能完全描述此适应过程;在波动假设下,此三类大气模型中扰动物理量之间的偏振关系同波动的性质有关,气团的运动方程均为椭圆方程,声波和混合声重力波对气团运动的作用差异较显著.大气静力平衡适应过程中扰动能量以有效势能、有效弹性势能、动能或波动能量的形式存在并相互转换;扰动有效势能与其他形式能量之间的转换与混合声重力波或者重力内波有关,扰动有效弹性势能与其他形式能量之间的转换与声波有关.在完全可压缩的等温大气模型中,扰动有效势能增加1个单位,其中69.9%来自扰动垂直动能,其余30.1%来自扰动有效弹性势能.

关键词：静力平衡适应波动理论能量转换偏振关系

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基于卷积神经网络的雷达回波外推方法

计算机应用 2018年第3期38卷 661-665,676页

作者：施恩李骞顾大权赵章明国防科学技术大学气象海洋学院南京211101

雷达回波外推技术目前被广泛应用于临近预报中。针对传统雷达回波外推方法存在外推时效较短,对雷达资料数据利用率不高的问题,采取深度学习的方法,提出了一种基于输入的动态卷积神经网络(DCNN-I)模型。根据相邻时刻的雷达回波图像之间... 详细信息

雷达回波外推技术目前被广泛应用于临近预报中。针对传统雷达回波外推方法存在外推时效较短,对雷达资料数据利用率不高的问题,采取深度学习的方法,提出了一种基于输入的动态卷积神经网络(DCNN-I)模型。根据相邻时刻的雷达回波图像之间相关性强的特点,该网络模型中增加了动态子网络和概率预测层,建立了卷积核与输入图像的映射关系,使卷积核在网络测试阶段仍然能够根据输入雷达回波图像的不同而变化,增强了预测图像与输入图像之间的关联。以南京、杭州、厦门三地的雷达数据为样本进行实验,实验结果表明,与传统的雷达回波外推方法相比,所提方法能够获得更高的预测图像准确率,并且有效延长外推时效。

关键词：临近预报雷达回波外推深度学习卷积神经网络图像预测

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基于对偶数理论的资料同化新方法

物理学报 2015年第13期64卷 8-19页

作者：曹小群皇群博刘柏年朱孟斌余意国防科学技术大学计算机学院长沙410073 国防科学技术大学海洋科学与工程研究院长沙410073 国防科学技术大学计算机学院并行与分布处理重点实验室长沙410073

针对变分资料同化中目标泛函梯度计算精度不高且复杂等问题,提出了一种基于对偶数理论的资料同化新方法,主要优点是:能避免复杂的伴随模式开发及其逆向积分,只需在对偶数空间通过正向积分就能同时计算出目标泛函和梯度向量的值.首先利... 详细信息

针对变分资料同化中目标泛函梯度计算精度不高且复杂等问题,提出了一种基于对偶数理论的资料同化新方法,主要优点是:能避免复杂的伴随模式开发及其逆向积分,只需在对偶数空间通过正向积分就能同时计算出目标泛函和梯度向量的值.首先利用对偶数理论把梯度分析过程转换为对偶数空间中目标泛函计算过程,简单、高效和高精度地获得梯度向量值;其次结合典型的最优化方法,给出了非线性物理系统资料同化问题的新求解算法;最后对Lorenz 63混沌系统、包含开关的不可微物理模型和抛物型偏微分方程分别进行了资料同化数值实验,结果表明:新方法能有效和准确地估计出预报模式的初始条件或物理参数值.

关键词：资料同化对偶数理论梯度分析最优化

GPS掩星一维弯曲角算子在四维变分资料同化系统中的实现方法研究

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物理学报 2013年第18期62卷 538-545页

作者：朱孟斌张卫民曹小群国防科学技术大学计算机学院长沙410073

GPS无线电掩星资料的良好特性使其作为十分重要的观测资料在欧洲及美国数值天气预报中效果明显.本文设计了一维弯曲角算子在四维变分资料同化系统中的实现方法和质量控制策略.详细阐述了一维弯曲角正演算子及其切线性/伴随算子在全球四... 详细信息

GPS无线电掩星资料的良好特性使其作为十分重要的观测资料在欧洲及美国数值天气预报中效果明显.本文设计了一维弯曲角算子在四维变分资料同化系统中的实现方法和质量控制策略.详细阐述了一维弯曲角正演算子及其切线性/伴随算子在全球四维变分资料同化系统中的实现步骤和过程,其中折射率计算中采用Rüeger的折射率最佳平均因子的三项表达式,计算出更加精确的折射率值.对2012年8月份的GPS无线电掩星资料进行了观测误差统计,引入了更加符合四维变分资料同化系统实际情况的一维弯曲角观测误差模型和质量控制策略.同时,对比了观测误差统计试验中同化GPS无线电掩星资料的模式背景场和未同化GPS无线电掩星资料的背景场的观测误差统计结果,发现同化GPS无线电掩星资料之后的观测误差统计结果在全球区域正作用十分明显,尤其是在中低纬度地区,高度在10 km以上的区域观测误差减小十分明显.

关键词： GPS无线电掩星一维弯曲角算子四维变分同化系统质量控制

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大规模流场矢量线可视化的数据预取方法

计算机辅助设计与图形学学报 2016年第3期28卷 464-470页

作者：彭宝云王文珂李思昆国防科学技术大学计算机学院长沙410073 国防科学技术大学海洋科学与工程研究院长沙410073

针对矢量线可视化中的数据输人/ 输出瓶颈, 提出一种大规模流场矢量线可视化的数据预取方法. 首先将规模流场数据划分为若干数据块; 在预处理阶段统计数据块间以及数据块各边界间的粒子流向, 并构造数据块间粒子流向概率图和数据块边界... 详细信息

针对矢量线可视化中的数据输人/ 输出瓶颈, 提出一种大规模流场矢量线可视化的数据预取方法. 首先将规模流场数据划分为若干数据块; 在预处理阶段统计数据块间以及数据块各边界间的粒子流向, 并构造数据块间粒子流向概率图和数据块边界间粒子流向概率图. 在进行矢量线计算时, 利用粒子流向概率图预测粒子流向预取数据块.实验结果表明, 相比已有的数据预取方法,该方法进行数据预取的命中率和数据满足率提高10% - 2 5 % ,可以有效地提高大规模流场矢量线可视化的效率.

关键词：流场可视化数据预取矢量线并行计算核外技术

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基于相位变换声镊的单个微粒平面移动操控

物理学报 2021年第21期70卷 147-155页

作者：朱纪霖高东宝曾新吾国防科技大学气象海洋学院长沙410073

声镊一般是指利用声辐射力原理对微小粒子进行悬浮和移动的一种技术.粒子的水平移动是声镊操控粒子的常见方式之一.本文理论推导了声辐射力与声压之间的直接关系,结果表明声压极大值点(聚焦点)与声辐射力势能的极小值点之间具有对应关系... 详细信息

声镊一般是指利用声辐射力原理对微小粒子进行悬浮和移动的一种技术.粒子的水平移动是声镊操控粒子的常见方式之一.本文理论推导了声辐射力与声压之间的直接关系,结果表明声压极大值点(聚焦点)与声辐射力势能的极小值点之间具有对应关系,并根据声阵列相位合成原理建立了声镊声场聚焦模型.文章基于数值仿真方法,以双侧16阵元声镊装置为例,分析了粒子水平移动的控制方法和稳定性.由于受到重力影响,粒子水平移动过程中必须考虑竖直方向的平衡问题.声场中,不同位置的粒子向各方向水平移动的稳定性是不同的.越靠近阵列中心,粒子移动的稳定性越高.粒子移动步长(精度)对移动稳定性也有重要影响.一般来说,步长越短稳定性越高.本模型中,移动步长减小1/2,稳定性提了高近40%.研究结果对于设计声镊粒子移动控制方法,规划粒子移动路径,推动声镊技术应用等具有理论意义.

关键词：声镊粒子操控相位调控声辐射力

一种用于海洋要素反演的机载SAR多普勒中心偏移计算方法

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雷达学报（中英文） 2019年第3期8卷 391-399页

作者：赵现斌严卫艾未华陆文马烁国防科技大学气象海洋学院

多普勒中心偏移是合成孔径雷达(SAR)反演海面风场、海表流场的重要参数。该文针对机载正侧视提出一种多普勒中心偏移计算方法,分别利用载机运动状态数据和海洋探测回波数据计算多普勒中心频率,再作差求解多普勒中心偏移,并在多普勒谱分... 详细信息

多普勒中心偏移是合成孔径雷达(SAR)反演海面风场、海表流场的重要参数。该文针对机载正侧视提出一种多普勒中心偏移计算方法,分别利用载机运动状态数据和海洋探测回波数据计算多普勒中心频率,再作差求解多普勒中心偏移,并在多普勒谱分析中加入小波分析去除噪声的影响来提高计算精度。以CDOP经验模型计算结果作为比对真值,机载SAR飞行探测试验结果表明,9组探测数据多普勒中心偏移计算误差的绝对值均小于2 Hz,均方根误差为1.4 Hz,满足海洋环境要素反演的精度要求。实验表明高精度的平台运动状态数据和探测回波数据是多普勒中心偏移海洋应用的关键。

关键词：机载正侧视合成孔径雷达多普勒中心偏移计算方法多普勒中心频率

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基于非球形雨衰模型的微波链路雨强反演方法

物理学报 2017年第15期66卷 152-160页

作者：宋堃高太长刘西川印敏薛杨国防科技大学气象海洋学院南京211101

以T矩阵理论、Gamma谱分布为理论基础,基于Pruppacher-Beard降雨粒子模型,对OTT雨滴谱仪的Gamma谱参数历史资料与降雨强度值进行非线性拟合得到具有实地谱分布的幂律系数,建立适合于本地区的雨衰模型,提出了基于非球形雨衰模型的微波链... 详细信息

以T矩阵理论、Gamma谱分布为理论基础,基于Pruppacher-Beard降雨粒子模型,对OTT雨滴谱仪的Gamma谱参数历史资料与降雨强度值进行非线性拟合得到具有实地谱分布的幂律系数,建立适合于本地区的雨衰模型,提出了基于非球形雨衰模型的微波链路雨强反演方法,分析了温度对模型幂律系数的影响,并开展了15—20 GHz频段的视距微波链路与地面雨滴谱仪的同步观测降雨实验.实验结果表明:反演雨强的相关系数全部高于0.6,最高达到了0.96,RMSE最小值为0.79,累积降雨量的绝对偏差在2.47 mm以内,最小偏差仅为0.28 mm,相对误差低于1.84%.实验结果验证了基于非球形雨衰模型的微波链路雨强反演方法的有效性、准确性和适用性,对于进一步提高微波链路反演降雨精度、改善降水监测效果具有重要意义.

关键词：微波雨衰微波链路链路雨强反演 T矩阵理论