中国科学院大学学报

三维点云去噪技术

肖俊, 石光田

2023, 40 (5): 577-595. DOI: 10.7523/j.ucas.2022.038

摘要 ( 2557 ) HTML ( ) PDF (14314KB) ( 2187 )

调研点云去噪的相关研究工作,根据相关算法的实现原理将其划分为基于优化思想的传统算法和基于深度学习思想的去噪算法,论述每类算法的研究进展,并对代表性算法进行详细分析,结合数据集、评估指标、实验结果等对其进行深入比较,在此基础上讨论当前点云去噪技术面临的问题和可能的发展方向及趋势。

我国昼夜非对称性增温时空变化特征及影响因素

何昶, 邓建明, 陈爽

2023, 40 (5): 596-604. DOI: 10.7523/j.ucas.2022.042

摘要 ( 652 ) HTML ( ) PDF (4950KB) ( 641 )

近几十年来,全球变暖的一个主要特征是昼夜增温呈现非对称性,即夜间增温速率大于白天增温速率,但该现象还未引起广泛关注。为了解我国昼夜气温日温差的时空变化特征及影响因素,搜集我国838个气象站点历史观测数据,运用趋势检验等方法,对1952-2018年间气温日温差(DTR)进行分析。结果表明:空间上,全国年平均DTR最高的地区分布在西北和西南地区,其次是东北和华北地区,最低为华中、华东和华南地区;季节上,一年中月平均DTR总体呈多峰分布,其中春季、秋季各有1个波峰,夏季有1个低谷;长期来看,1952-2018年期间年平均DTR呈下降趋势(τ=-0.396;p<0.01)。DTR的长期变化与蒸发量、日照时数、纬度和海拔呈正相关,与风速、降水量、相对湿度、站点气压、总云量和经度呈负相关。

里运河水生态状况评价及保护对策

张奇谋, 林思群, 郜雅, 高俊峰

2023, 40 (5): 605-613. DOI: 10.7523/j.ucas.2022.009

摘要 ( 307 ) HTML ( ) PDF (12578KB) ( 268 )

河流的水生态状况对维护生物多样性和可持续发展具有重要的意义。结合区域自然环境准确评价河流水生态状况,可以为河流生态保护提供科学依据。依据江苏省地方标准生态河湖状况评价规范,评价2017-2020年里运河水生态状况。结果显示:1)近4年来里运河水生态状况总体评价为"良",水生态状况有变好的趋势;2)评价等级为"良"和"优"的指标主要在水安全、水生物和水生境层面上,8个指标中,有5个指标达到"优",2个指标为"良";在水空间层面上,管理(保护)范围划定率达到100%;公众满意度由2017-2018年的"中"提升至2019-2020年的"优";3)岸线利用管理指数评价等级为"中",综合治理指数没有明显的提高。根据评价结果,需要加强对里运河的水质保护,合理开发利用岸线,并完善河道管理体制机制,加强执法队伍建设。

右江盆地构造演化与卡林型金矿成矿作用

冯宏业, 琚宜文, 朱洪建, 余坤, 乔鹏, 琚丽婷, 肖蕾

2023, 40 (5): 614-636. DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0084

摘要 ( 595 ) HTML ( ) PDF (20326KB) ( 618 )

右江盆地(又称南盘江盆地)经历了古生代-早中生代原型盆地-叠合盆地的复杂构造演化,最终表现为残留盆地。根据大地构造背景、沉积系列组合和岩浆岩发育情况,加里东运动之后右江盆地演化过程分为6个阶段:陆内伸展盆地(早期裂谷)演化阶段(D²₁-D¹₂)、大洋伸展盆地(裂陷洋盆)演化阶段(D₂-T₁)、洋盆消亡及前陆挠曲盆地演化阶段(T²₁-T¹₃)、褶皱造山及碰撞后伸展阶段(T¹₃-J₁)、NW向陆内挤压造山阶段(J₂-K²₁)和局部伸展阶段(K³₁-E)。盆地内产出中国重要的卡林型金矿,矿体多赋存于冲断-褶皱带中。这些金矿具有多期成矿特征,大规模成矿主要开始于挤压背景,并持续至造山后伸展阶段,其中集中成矿期有2个。第1期形成于挤压碰撞相关的前陆挠曲盆地演化阶段-碰撞后伸展阶段(235~193 Ma,盆地中南部卡林型金矿),该期成矿受扬子板块和印支板块碰撞造山与古太平洋板块向欧亚板块的俯冲叠加诱发的岩浆熔融作用及其相关热液活动或变质热液控制。第2期为NW向陆内挤压造山-局部伸展阶段(148~103 Ma,整个右江盆地卡林型金矿),该期成矿主要受NW向挤压造山对先存构造叠加改造过程中的岩浆-热液活动影响。早三叠世前伸展背景下岩浆-热液活动对金具有初次富集作用,早白垩世晚期后岩浆-热液活动对金成矿具有叠加改造作用。成矿流体具有混合来源特征,盆地中南部卡林型金矿成矿热液以变质热液为主,盆地中部多为混合来源热液,盆地北部则主要为岩浆热液。通过对比分析,认为不同测年方法获得的年龄可在一定程度上代表成矿年龄,建议利用多种方法联合应用限制卡林型金矿的成矿时代。

基于分层模糊聚类和小波卷积神经网络的SAR图像变化检测算法

张萌, 潘志刚

2023, 40 (5): 637-646. DOI: 10.7523/j.ucas.2022.013

摘要 ( 494 ) HTML ( ) PDF (7162KB) ( 488 )

传统的合成孔径雷达(SAR)图像变化检测方法存在受散斑噪声影响大、图像深层信息难以利用、检测精度低等问题。针对以上问题,提出一种基于卷积神经网络和模糊聚类的SAR幅度图像变化检测算法。首先通过基于Gabor纹理的FLICM算法对差异图进行预分类,基于预分类结果自动选取可靠的训练样本,无需人工进行样本标注;引入多尺度通道注意力机制,并采用MSCA_WCNN完成二次分类,最终得到变化检测结果。本文算法在提取SAR图像不同尺度特征的同时能够对无关特征通道进行抑制,从而有效利用图像特征;小波卷积神经网络在保留图像有用信息的同时实现了去噪功能,增强了算法的鲁棒性。采用真实的星载SAR图像数据进行对比实验,实验结果表明,本文算法具有较高的检测精度,验证了算法的有效性。

基于参数估计与子孔径提取的船舶ISAR实时成像算法

苏白华宁, 刘畅, 王超

2023, 40 (5): 647-657. DOI: 10.7523/j.ucas.2022.016

摘要 ( 352 ) HTML ( ) PDF (5255KB) ( 343 )

机载逆合成孔径雷达(ISAR)成像是在远距离、全天时、全天候条件下对动态船舶进行微波成像和目标分类的关键技术。长时间累积可以带来更好的ISAR图像信噪比和信杂比,但船舶的摇摆等未知运动会显著影响长时间聚焦效果。对此,提出一种结合船舶运动参数估计与子孔径搜索的船舶成像实时处理方法。在平动补偿的基础上,根据船舶多普勒展宽、中心线斜率的变化曲线和散射点时频曲线估计船舶的旋转运动参数,实时提取最佳成像孔径,结合参数估计进行极坐标格式化和转动补偿,获取清晰的船舶图像。在不同实测数据集上进行对比验证,结果表明,相较传统成像方法,本文方法可以有效提升长周期聚焦处理的效果,实时获取高分辨率的ISAR船舶图像。

基于超像素与LightGBM的极化SAR图像地物分类

王懿泽, 孙吉利, 闫成杰, 张政

2023, 40 (5): 658-669. DOI: 10.7523/j.ucas.2022.023

摘要 ( 382 ) HTML ( ) PDF (16378KB) ( 361 )

极化合成孔径雷达(SAR)图像的相干斑噪声降低了地物分类的准确率;联合极化SAR图像众多特征分类,过大的输入特征维度导致分类耗时长。为解决上述问题,提出一种基于超像素与LightGBM的分类算法。该算法充分利用极化SAR图像的极化特征与纹理特征,具备较强的分类能力;采用LightGBM处理大维度输入特征,能够快速得到基于像素的初级分类结果;利用SLIC生成基于超像素的极化SAR图像,并在各超像素内逐像素投票得到基于超像素的二级分类结果,抑制了相干斑的影响。利用实测极化SAR数据进行实验,分类的总体准确率超过97%,且分类耗时短。

基于神经网络的低轨卫星多波束系统峰均比自适应限幅法

刘子健, 姜泉江, 刘会杰

2023, 40 (5): 670-676. DOI: 10.7523/j.ucas.2022.012

摘要 ( 295 ) HTML ( ) PDF (4004KB) ( 330 )

针对低轨卫星多波束系统在多方向通信时出现峰均比过高的问题,提出一种基于深度神经网络的峰均比抑制方法。该方法主要根据多波束通信系统在不同场景下的目标方向位置、接收端信噪比、误码率误差范围等输入层参数,自适应地选择限幅法的最优门限值,从而对每个阵元上合成的信号进行限幅操作,在保证低轨卫星多波束系统误码率的前提下降低了该系统的峰均比。最后通过仿真验证,该方法比传统固定门限的限幅法在误码率误差范围内对峰均比有明显改善。

BSRF软X射线实验站真空联锁保护优化设计

李嘉良, 刘树虎, 尚从建, 王斐

2023, 40 (5): 677-686. DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0069

摘要 ( 557 ) HTML ( ) PDF (6983KB) ( 307 )

北京同步辐射装置(BSRF)4B7B软X射线实验站为超高真空系统,与上游光束线通过电磁插板阀连接。用户在实验中换样易发生失误操作行为,在未关闭阀门状态下,给真空系统放气,损坏仪器设备。为避免造成真空事故,提出对原手动保护措施进行优化,设计真空安全联锁保护系统。将真空计、气动角阀和电磁插板阀用电气元件联锁控制,旨在保证用户换样时实验站真空安全的基础上,提高用户操作的便捷性和可靠性。安全联锁保护系统控制柜落地后经过多次调试检验和试运行后确认符合预期设计要求,并在软X射线标定实验中正式应用。此外还探讨了安全联锁保护系统在未来高能同步辐射光源(HEPS)光束线站的应用前景,为建设HEPS光束线站真空联锁保护系统提供工程设计经验。

低信噪比环境下的多通道语音端点检测算法

肖思, 龚杰, 李宝清

2023, 40 (5): 687-693. DOI: 10.7523/j.ucas.2022.011

摘要 ( 350 ) HTML ( ) PDF (5419KB) ( 353 )

传统的端点检测算法仅利用信号的时频信息,在低信噪比环境下,尤其是非平稳噪声环境,会出现准确率下降的问题,而多通道语音信号具有丰富的空间信息,可以对时频域的信息进行补充,从而提高检测的准确率。因此在多通道空间特征研究的基础上,利用接收阵列信号的协方差矩阵,提出一种全新的基于多通道协方差矩阵最大特征值的多通道语音端点检测算法。首先通过提取每一帧信号的协方差矩阵的最大特征值作为端点检测的特征参数,从而对语音信号进行跟踪,然后采用双门限阈值法判断当前帧是否为语音帧。实验结果表明,在VCTK及实验室语料库上,与梅尔能量比及新能零熵算法相比,所提出的算法具有更高的检测准确率,并且对于-5 dB的低信噪比环境及非平稳噪声环境具有更好的鲁棒性。

面向星座概率成形的向量近似消息传递软频域均衡算法

吴喜胜, 武岩波, 朱敏, 李栋, 褚润聪

2023, 40 (5): 694-700. DOI: 10.7523/j.ucas.2022.010

摘要 ( 286 ) HTML ( ) PDF (5016KB) ( 213 )

在发送端通过能量扩展变换来改善向量近似消息传递软频域均衡算法收敛特性,均衡器迭代输出可近似认为无符号间干扰,均衡器输出符号与发送符号之间可用加性高斯白噪声信道来建模。在带宽受限的加性高斯白噪声信道下,均匀分布的调制方式距离香农容量限有一定差距。为缩小这个差距,发送端可通过星座概率成形设计,获得成形增益。接收端可利用非等概符号的先验信息改进均衡器结构,提升接收性能。理论分析和仿真结果表明,在经典的Proakis B和Proakis C多径信道下,所提算法能够大幅度提升收敛速度以及均衡性能。相比均匀分布的信号,约有0.5 dB的性能增益。

基于共轴双旋翼无人机的目标检测与薄弱位置定位系统设计

冯航涛, 曾少锋, 张璐, 杨旭, 刘智勇

2023, 40 (5): 701-709. DOI: 10.7523/j.ucas.2022.017

摘要 ( 522 ) HTML ( ) PDF (10908KB) ( 389 )

由自主控制算法控制的非载人无人飞行器在执行定向打击等危险任务中往往比有人机具有更大的优势。然而,在执行爆破任务的时候,无人机在不同场景下的检测算法鲁棒性往往无法得到保证,这极大地影响了无人机对目标的定位效果,导致执行任务的成功率大幅降低。为解决上述问题,提出利用基于跨域的目标检测算法提高无人机在不同场景下检测算法的鲁棒性,并通过在线GPS聚类算法提高无人机对目标定位的稳定性。同时,鉴于目标爆破位置对爆破结果的影响,提出一种薄弱部位定位算法,提高爆破的精确度和成功率。

基于洪泛约束的移动自组网多径路由协议

王筱翔, 汪明亮, 徐慧慧, 覃荣华

2023, 40 (5): 710-719. DOI: 10.7523/j.ucas.2022.004

摘要 ( 461 ) HTML ( ) PDF (4736KB) ( 565 )

移动自组网因其网络能够动态重组而广泛应用于紧急救援等场景之中,但其拓扑结构的动态特性导致路由容易断裂,而路由重建将占用较多网络资源。针对该问题提出一种新的基于洪泛约束和多函数度量的多路径路由协议FLMP,利用基于节点移动性的洪泛约束机制,结合局部最优和全局最优思想构建路由,并利用多个路由度量函数选出最优主路由和备份路由用于数据传输。仿真结果表明,FLMP路由协议可以保证数据可靠传输,有效减少路由断裂次数,同时明显地降低路由控制开销。

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