应用独立分量分析的激光测风雷达湍流频谱分解

针对大型风力发电机机组中常见的脉动湍流、风机尾流与涡流等湍流信号,研究了利用自然梯度下降的独立分量分析方法的湍流频谱分离效果,以区分中心风速与湍流信号,提高风机机组的综合工作效率。首先分析了风机组中常见湍流信号的后向散射与频谱分布特点,然后依据这些特点设计了对应的独立分量分析模型。在仿真结果符合要求的基础上,进行了双目激光雷达天线的风速采集与实际分离效果检测。实验结果表明,在大气折射率结构常数C2n≤10-14同时广义大气常数α≥4的通常情况下,利用双目信号能够分离出一个湍流中心和一个中心风速。对1 s内两个谱峰的波动范围进行统计,获得(2.59±0.05)MHz的中心风速以及(1.22±0.19)MHz的湍流中心估计,且二者的平均信噪比分别为25.93 dB和31.01 dB,能够在获得稳定的中心风速估计的同时得到一个较为稳定的湍流中心估计。     

机载激光测深后向散射光雷达方程

根据《海水中光束传播唯象模型》和水下辐射度反射率定律，将海水中任一深度的激光束，分为准直光部分和非准直光（散射）部分，并分别计算机载光学接收系统接收到的准直部分和非准直部分的后向散射功率，建立了机载激光测深系统后向散射光雷达方程。通过对该雷达方程的分析，得到了当海水深度以衰减长度的个数表示时，机载激光测深系统接收到的海水后向散射光功率最大值点对应的水深与海水的单粒子反照率有关，而与海水的衰减系数无关的结论，以此可测定海水散射系数、吸收系数。文中也分析了系统视场角对后向散射包络的影响，阐述了后向散射包络以有效衰减系数指数衰减，而不是以光束衰减系数指数衰减。     

瑞利激光雷达探测大气温度算法分析

介绍了瑞利激光雷达的基本结构，描述了使用瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低部大气温度的数据处理方法，构建同时包含标准大气模式温度信息和实际探测背景噪声的模拟数据，对此模拟数据进行背景扣除、平滑去噪、参考点选取等计算分析，探讨提高温度反演精度的实用算法。并应用此数据处理方法对瑞利激光雷达的实际测量数据进行了计算处理，将计算结果与模式CIRJA86、HALOE卫星数据进行对比分析，反演高度30～45km时误差1—3K，45～65km误差大约在2—5K，65—70km误差〈10K。     

车载激光雷达探测低层大气中NO_2

在北京城区和城郊利用第二代车载测污激光雷达(AML-2)进行了外场测量实验,利用差分吸收技术从垂直、水平方向分别给出了低层大气中污染物NO2的典型测量数据。结果表明:城区的NO2浓度明显高于城郊地区的水平,并且也证实了利用该系统可以有效地监测低层大气的污染情况,为空气中有害气体的光学遥测提供了有效的测量手段。     

激光测风雷达二维扫描控制系统的实现

二维扫描系统使得激光出射方向和光学接收光轴同时精确指向设定方向,进而测量多方位的风速数据。介绍了激光测风雷达二维扫描控制系统组成,重点讨论了系统运用步进电机进行驱动的电路特点以及采取的可靠性技术措施,包括硬件措施和软件措施,分析了该系统的先进性、可靠性以及智能化特点。该控制系统已经成功地安装在中国科学院安徽光机所的激光测风雷达上,经过了一年半的实际运行,其控制精度、运行速度完全满足激光测风雷达的测量要求。     

空间交会激光雷达信息测量技术

为了测量目标飞行器的位置及速度等信息,提出采用模拟插入脉冲计数法测距,最小二乘曲线拟合微分法测速,四象限(QD)光斑定位法测角。并在MATLAB/SIMULINK环境下,对采用该方法的脉冲激光雷达信息测量系统进行了计算机仿真。结果表明,距离测量精度高,误差小于0.01m,速度精度也高,误差小于0.02m/s。采用该测量技术的脉冲激光雷达是可靠的。     

二次散射对脉冲激光雷达回波功率的影响

理论上分析了二次散射对大气脉冲激光雷达回波功率的影响并提出一种计算方法。采用某型大气激光雷达的测试结果与理论计算具有较强的一致性,证明了理论结果的正确性。根据二次散射回波信号的特点,选用适当的滤波方法将其影响降至最低。二次散射的理论计算解释了实测中发现的＂纹波＂现象,纹波的幅度和频率与雷达自身特性及粒子特性相关,其衰减速度较单次散射慢得多。因此对于大气探测具有进一步研究的重要价值。     

基于IMU与激光雷达紧耦合的混合匹配算法

针对线、面特征匹配的激光雷达测距与地图构建算法(Lightweight and Ground-Optimized Lidar Odometry And Mapping,LeGO-LOAM)在自动导引运输车(Automated Guided Vehicle,AGV)室内室外实时建图与定位时,易出现激光里程计累积误差大和旋转估计不准确等问题,本工作采用惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)与激光雷达紧耦合的LeGO-LOAM算法,通过IMU为激光雷达提供的初始位姿信息,构建IMU与激光雷达联合误差函数,实现位姿共同迭代优化.其中,对于室外结构化信息较少时,在点对点的迭代最近点算法(Iterative Closest Point,ICP)较高定位精度的基础上,结合LeGO-LOAM算法和ICP算法互补性,进一步提出基于IMU与激光雷达紧耦合的混合匹配算法:当环境中结构信息较多时,激光里程计采用LeGO-LOAM算法,而当环境中结构化信息较少时采用ICP算法.实验结果表明,基于IMU与激光雷达紧耦合的混合匹配算法可有效降低激光里程计相对位姿误差和累积误差,提高AGV小车定位精度以消除部分地图重影.     

面向车路协同的路侧感知仿真系统

路侧感知是车路协同应用开发的重要组成部分,通过在路侧部署传感器,将采集到的路面信息经V2X通信给到车辆,使车辆拥有超视距的感知能力.在实际应用中,为达到最优的路侧感知效果,不同的场景往往需要不同的RSU配置,RSU的选型及安装是一个耗时耗力的过程.交通参与者的识别是路侧感知的核心,基于机器学习的识别算法需要大量的标签数据,而人工打标签被验证是一个效率极其低下的方式.通过构建路侧感知仿真系统可以很好地解决RSU配置及样本数据生成的问题,实验一通过在仿真系统中调整激光雷达的高度和角度,得到极端情况下的车辆遮挡情况,从而为激光雷达的实际安装高度提供参考,实验二在仿真环境中输出带标签的激光雷达点云数据,通过与实际采集的点云数据进行融合对比,验证仿真系统输出的激光雷达点云数据可以作为模型训练的数据补充.     

Geomorphic comparison of two Atlantic coastal rivers: Toward an understanding of physical controls on Atlantic salmon habitat

River channel substrate size and mobility are important to Atlantic salmon spawning and rearing success. We compare morphology and bed sediment between two North American Atlantic coastal streams (Narraguagus River, Maine, USA and Jacquet River, New Brunswick, Canada). The watersheds have similar drainage areas and mean annual precipitation, but differing relief structure, channel longitudinal profiles and numbers of returning salmon. The lower‐relief Narraguagus River is segmented into steeper (gradient >0.002) and flatter reaches (gradient <0.0005). Flat reaches, including mainstem lakes, act as sediment sinks, preventing the continuity of downstream sediment transport. Based on field measurements, the Narraguagus River has a larger high‐flow width to depth ratio than the Jacquet River, but this difference is principally the result of outliers from low‐gradient channel reaches. Measurements of substrate grain size reveal finer river‐bed sediments on the Narraguagus River, however, Shields parameter calculations indicate that bed sediment should be mobile during high flows in both streams. We use the Shields equation to predict grain size based on channel slope, width and drainage area measured from digital elevation models (DEM) and aerial photographs. Predictions of median grain size agree with field measurements within a factor of 2 for 62–70% of the survey stations. We suggest ways that model misfits may provide opportunities to prioritize reach‐based restoration efforts. Based on expected grain size, we estimate 62% spawning and 68% rearing habitat along the length of the Narraguagus River, and 28 and 95% respectively on the Jacquet. Overall, glacial history and relief structure appear to be the first‐order controls on substrate grain size and habitat quality in these two rivers. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.