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基于巴特沃斯特征函数的数字全息聚焦成像

中国激光 2024年第13期51卷 214-223页

作者：张瑞轩刘丙才岳鑫房鑫萌王红军朱学亮田爱玲西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室陕西西安710021

全息干涉条纹与待测物体轮廓相互混叠,严重影响数字全息成像的聚焦效果。针对此问题,提出了一种基于巴特沃斯特征函数的数字全息显微聚焦成像技术。该技术通过优化巴特沃斯滤波算法中特征函数阶数以及截止频率,使其适应全息图频谱分布特... 详细信息

全息干涉条纹与待测物体轮廓相互混叠,严重影响数字全息成像的聚焦效果。针对此问题,提出了一种基于巴特沃斯特征函数的数字全息显微聚焦成像技术。该技术通过优化巴特沃斯滤波算法中特征函数阶数以及截止频率,使其适应全息图频谱分布特征,有效阻挡低频通过,从而建立了可有效抑制全息干涉条纹的滤波模型;在此基础上,利用八邻域梯度算子,完成条纹抑制后全息图像的边缘检测,结合图像灰度梯度算法,完成自动聚焦。实验表明:相比未经处理的原全息图,经所提算法处理后计算得到的聚焦曲线更陡峭,灵敏度提升到原来的66.35倍左右,运行时间缩短了54.78%,可有效提升数字全息显微成像的检测准确性。

关键词：全息数字全息条纹抑制巴特沃斯低通滤波自动聚焦

基于气候特征分析及改进XGBoost算法的中长期光伏电站发电量预测方法

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电力系统保护与控制 2024年第11期52卷 84-92页

作者：李永飞张耀林帆赵英杰陈宇轩赵寒亭霍巍陕西省智能电网重点实验室(西安交通大学电气工程学院) 陕西西安710049

光伏发电在能源结构中的重要性不断凸显,而提高光伏发电量预测的准确性成为当前研究的关键问题。针对中长期光伏发电量预测问题,提出一个综合利用气候预测数据的中长期光伏发电量预测方法。首先,在基于气候预测数据的发电量预测框架中,... 详细信息

光伏发电在能源结构中的重要性不断凸显,而提高光伏发电量预测的准确性成为当前研究的关键问题。针对中长期光伏发电量预测问题,提出一个综合利用气候预测数据的中长期光伏发电量预测方法。首先,在基于气候预测数据的发电量预测框架中,根据气候预测数据特点和预测周期划分多重子模型以充分利用气候预测数据信息。其次,在进行数据预处理后,通过对气候特征衍生与交叉、特征筛选和选择,充分挖掘气候特征的高价值信息。然后,采取一种两重多阶段超参数寻优策略,对极端梯度增强(extreme gradient boosting, XGBoost)超参数进行调整以优化预测模型。最后,在真实光伏发电量数据上,以MAPE为标准评估预测水平,验证所提中长期光伏发电量预测方法的有效性。相关实验结果表明该方法可以有效提高光伏发电量预测精度。

关键词：气候预测数据 XGBoost 中长期预测光伏发电量预测特征工程

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基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法

光学学报 2024年第7期44卷 83-91页

作者：张翔宇田爱玲刘志强王红军刘丙才朱学亮西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室陕西西安710021

提出了一种基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法,实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位提取。首先通过对原始干涉图进行预处理得到初始相位;将初始相位引入到干涉条纹图的强度表达式中,利用最小二乘法初步得到背景光和调制光;再将初步... 详细信息

提出了一种基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法,实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位提取。首先通过对原始干涉图进行预处理得到初始相位;将初始相位引入到干涉条纹图的强度表达式中,利用最小二乘法初步得到背景光和调制光;再将初步估计的背景光和调制光代入最初干涉图的强度表达式中以求解待测相位,比较得到的待测相位和初始相位,若不满足迭代精度要求,则重复上述相位求解过程并实现迭代,若求解的相位与初始相位的均方根差值满足收敛条件,则停止迭代。进行仿真和实验研究,得到的Φ100 mm口径平面元件的测量提取结果与实际相位一致。结果表明,该方法在具有较高检测精度的同时能够有效地保证算法的稳定性。

关键词：测量干涉测量单幅干涉图迭代方法最小二乘法

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无方向制约的横向剪切干涉波前重建方法研究

中国激光 2024年第13期51卷 105-114页

作者：任柯鑫田爱玲王红军刘丙才朱学亮王思淇张郁文苏媛徐金涛西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室陕西西安710021

为了解决横向剪切干涉波前重建技术受剪切方向限制的问题,提出了无方向制约的横向剪切干涉波前重建方法。首先对得到的任意两个剪切干涉图进行Radon变换得到剪切方向,在此基础上,将剪切方向参数引入现有的波前重建方法中,建立基于任意... 详细信息

为了解决横向剪切干涉波前重建技术受剪切方向限制的问题,提出了无方向制约的横向剪切干涉波前重建方法。首先对得到的任意两个剪切干涉图进行Radon变换得到剪切方向,在此基础上,将剪切方向参数引入现有的波前重建方法中,建立基于任意两方向剪切干涉图的波前重建模型,并给出波前重建算法流程。为了验证所提方法的有效性,仿真分析了多组任意两个方向剪切干涉图的波前重建精度,并与基于直角坐标轴正交方向上的两个剪切干涉图的波前重建结果进行比较。结果表明,在不改变波前重建精度的情况下,实现了基于任意两方向横向剪切干涉图的波前重建,有效消除了现有波前重建方法受剪切干涉图方向性的限制,避免了剪切方向与坐标轴之间的偏差所带来的波前重建误差。最后通过实验验证所提方法的正确性。

关键词：横向剪切干涉波前重建剪切干涉图方向制约

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同步环带子孔径干涉非球面检测方法

光学学报 2024年第8期44卷 256-264页

作者：苏媛田爱玲王红军刘丙才朱学亮王思淇任柯鑫张郁文西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室陕西西安710021

提出一种可用于非球面面形检测的同步环带子孔径干涉(SASI)检测方法。该方法利用双焦点透镜形成两个测量波前来匹配非球面不同子孔径区域,进而实现非球面的同步环带子孔径干涉测量。分析SASI检测非球面面形的原理,确定双焦点透镜的焦点... 详细信息

提出一种可用于非球面面形检测的同步环带子孔径干涉(SASI)检测方法。该方法利用双焦点透镜形成两个测量波前来匹配非球面不同子孔径区域,进而实现非球面的同步环带子孔径干涉测量。分析SASI检测非球面面形的原理,确定双焦点透镜的焦点间距选取原则,建立子孔径的基准统一模型,通过光学追迹软件辅助建模和坐标变换实现子孔径基准统一与非球面面形重构。结合实例对一个口径为90 mm、顶点曲率半径为317 mm的抛物面进行面形检测实验,SASI方法面形重构结果与Luphoshcan方法检测结果的对比,验证了SASI方法的正确性。该方法在一定程度上扩大了干涉仪直接检测非球面的动态范围,且无需复杂的运动机构就可以同步得到被测非球面两个子孔径区域的干涉图样,加快了检测速度、降低了运动误差对测量精度的影响。

关键词：物理光学干涉测量非球面检测非零位测量同步环形子孔径

浅海环境中用于目标深度属性判别的线谱起伏特征量分析

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物理学报 2024年第13期73卷 175-189页

作者：邓玉鑫刘雄厚杨益新西北工业大学航海学院西安710072 陕西省水下信息技术重点实验室西安710072

浅海环境中目标辐射线谱的起伏特征可用于水面、水下目标深度属性判别.已有研究未给出表征水面、水下线谱起伏差异的物理量性质,导致利用不同物理量进行目标深度属性判别时性能不佳.针对这一问题,本文从声源深度起伏所导致的线谱起伏出... 详细信息

浅海环境中目标辐射线谱的起伏特征可用于水面、水下目标深度属性判别.已有研究未给出表征水面、水下线谱起伏差异的物理量性质,导致利用不同物理量进行目标深度属性判别时性能不佳.针对这一问题,本文从声源深度起伏所导致的线谱起伏出发,采用微分方法与统计方法对线谱起伏规律进行分析,研究了线谱起伏产生的物理机理,得到了适合用于水面、水下目标深度属性判别的物理量.首先,分别推导了复声压实部、声功率与声压幅值关于声源深度的导数关系式,得到了以上三种物理量在声源深度起伏时的起伏大小;其次,利用仿真实验数据从接收深度、声源水平距离、线谱频率等层面对理论推导进行验证,并对线谱的归一化起伏特征进行了分析.最后,利用海试数据验证了相关结论.结果表明,当声源的深度起伏时,水面、水下线谱的起伏差异源自各阶模态的相互作用.声源频率、声源水平距离、接收深度三种因素决定了模态间相互作用的性质.声压幅值适用于构建目标深度属性判别特征量,可用于表征低频线谱的强度起伏差异.数值仿真和海试数据处理结果表明,相较于声压实部和声功率,利用声压幅值构建的归一化水面、水下目标深度属性判别特征量具有更优性能.

关键词：线谱起伏深度属性判别浅海环境简正波

峡东寒武纪第二期三管缠绕形壳Anabarites ***的螺旋手性

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地质学报 2024年第7期98卷 2025-2040页

作者：彭佳欣赵晓芳郭俊锋强亚琴宋祖晨孙洁韩健长安大学地球科学与资源学院西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室陕西西安710054 西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室陕西省早期生命与环境重点实验室陕西西安710069

在现生生物和化石记录中螺旋手性十分常见,然而,其发生机制一直悬而未决,尤其是寒武纪早期小壳化石。阿纳巴管类(anabaritids)是一类广布于寒武纪纽芬兰世地层中呈明显三辐射对称的管状化石,前人对该类化石中螺旋扭转属种的研究大多仅... 详细信息

在现生生物和化石记录中螺旋手性十分常见,然而,其发生机制一直悬而未决,尤其是寒武纪早期小壳化石。阿纳巴管类(anabaritids)是一类广布于寒武纪纽芬兰世地层中呈明显三辐射对称的管状化石,前人对该类化石中螺旋扭转属种的研究大多仅限于形态描述,其手性机制讨论甚少。本文依托湖北宜昌寒武系纽芬兰统岩家河组中111枚右手螺旋手性的小壳化石——Anabarites ***,探讨该类化石右手螺旋模式生长机制,认为螺旋扭转原因并非外部环境所致(水流变化、埋藏作用、科里奥利力),而应从生物自身因素(功能形态学、分子发育生物学)出发探究其固定的右旋不对称性机制。

关键词：螺旋手性功能形态学分子发育生物学 Anabarites cf.tripartitus 寒武系第二阶

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一种高斯-重尾切换分布鲁棒卡尔曼滤波器

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 12-23页

作者：黄伟付红坡李煜章卫国陕西省飞行控制与仿真技术重点实验室(西北工业大学) 西安710072 信息融合技术教育部重点实验室(西北工业大学) 西安710072

为降低实际应用中由强未知干扰和仪器故障对观测造成的影响,减轻随机和未建模干扰对系统的侵蚀,从而提升系统在非高斯噪声环境下的状态估计精度,提高滤波器的鲁棒性能,提出了一种基于高斯-重尾切换分布的鲁棒卡尔曼滤波器(Gaussian-heav... 详细信息

为降低实际应用中由强未知干扰和仪器故障对观测造成的影响,减轻随机和未建模干扰对系统的侵蚀,从而提升系统在非高斯噪声环境下的状态估计精度,提高滤波器的鲁棒性能,提出了一种基于高斯-重尾切换分布的鲁棒卡尔曼滤波器(Gaussian-heavy-tailed switching distribution based robust Kalman filter,GHTSRKF)。首先,通过自适应学习高斯分布和一种重尾分布之间的切换概率将噪声建模为GHTS(Gaussian-heavy-tailed switching)分布,所设计的GHTS分布可以通过在线调整高斯分布和新的重尾分布之间的切换概率来对非平稳重尾噪声进行建模,具有虚拟协方差的高斯分布用于处理协方差矩阵不准确的高斯噪声。其次,引入两个分别服从Categorical分布与伯努利分布的辅助参数将GHTS分布表示为一个分层高斯形式,进一步利用变分贝叶斯方法推导了GHTSRKF。最后,利用一个仿真场景对几种不同的RKFs(robust Kalman filters)进行了对比验证。结果表明,所提出的GHTSRKF算法的估计精度对初始状态的选取不敏感,精度优于其他RKFs,它的RMSEs最接近噪声信息准确的KFTNC(KF with true noise covariances)的RMSEs(root mean square errors),且当系统与量测噪声是未知时变高斯噪声时,相比于现有的滤波器,GHTSRKF具有更好的估计性能,从而验证了GHTSRKF的有效性。

关键词：状态估计非平稳重尾噪声自适应学习鲁棒滤波器变分贝叶斯方法

好氧反硝化细菌Burkholderia ***8的脱氮特性与生物强化作用

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中国环境科学 2024年第8期44卷 4282-4291页

作者：李艳丽杨垒张志昊李玉彩孟红艳任勇翔西安建筑科技大学陕西省环境工程重点实验室西北水资源与环境生态教育部重点实验室陕西西安710055

针对传统生物脱氮处理含氮废水工艺流程复杂、脱氮效率低的问题,从实验室运行稳定的生物滤池筛选得到一株好氧反硝化菌株ZH8,该菌株具有较强的异养硝化和好氧反硝化能力.通过形态学、生理生化特征及16S rDNA序列分析,鉴定菌株ZH8为伯克... 详细信息

针对传统生物脱氮处理含氮废水工艺流程复杂、脱氮效率低的问题,从实验室运行稳定的生物滤池筛选得到一株好氧反硝化菌株ZH8,该菌株具有较强的异养硝化和好氧反硝化能力.通过形态学、生理生化特征及16S rDNA序列分析,鉴定菌株ZH8为伯克氏菌(Burkholderia sp.).单因素试验表明,好氧反硝化菌株ZH8的最佳培养条件为:碳源为丁二酸钠,C/N为15,温度为30℃,转速为160r/min和pH值为7~8.此外,菌株ZH8不仅能以NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N或NO_(2)^(-)-N分别为单一氮源进行生长,而且在混合氮源条件下也可实现同步硝化反硝化作用.通过全基因组分析,菌株ZH8的异养硝化脱氮为谷氨酸脱氢酶途径的铵同化过程,好氧反硝化途径为:NO_(3)^(-)-N→NO_(2)^(-)-N→NO→N_(2)O→N_(2),碳代谢途径包括三羧酸循环、乙醛酸循环、糖酵解和戊糖磷酸.在采用纯菌ZH8为菌种培养的生物膜反应器中,反应运行至8~15d即可完成挂膜,系统可维持高效稳定的脱氮性能,NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N及TN的去除率均可达到90%以上.该菌株为生物处理领域提供了新型菌种资源,能够有效处理含氮废水,具有实际应用价值.

关键词：异养硝化好氧反硝化脱氮途径生物强化生物膜反应器