关键词： 触觉互联网   移动边缘计算   QoE   任务卸载   数据预测  

摘要： 随着移动通信与多媒体技术的发展,多媒体服务正在从传统单一、平面、应答式的内容服务,向沉浸、立体、交互式的技能服务演进。触觉互联网在传统多媒体通信的基础上,加入新的触觉类媒体,实现了物体感知模式的进化,能够在远端敏锐地感知细微的变化,提升用户服务体验。然而,触觉互联网对通信环境提出了更高的要求,网络延迟必须低至毫秒级别,网络通信可靠性必须至少高达99.9999%。如何保障超可靠低时延通信成了触觉互联网发展的一项关键问题。本文基于触觉互联网场景特点,针对触觉互联网场景下的超可靠低时延通信相关技术展开研究,在典型通信场景下开发了触觉任务卸载和预测策略,提升了时延和可靠性性能,改善了用户体验。本文的具体工作如下:首先,本文对触觉互联网场景下超可靠低时延通信所面临的机遇和挑战进行了研究与总结。在分析了移动边缘计算卸载技术和机器学习技术特点的基础之上,本文明确了其对于改善触觉用户服务体验的重要意义。同时,通过对传统多媒体通信与卸载策略的分析与梳理,结合触觉互联网的场景特征,本文归纳了触觉互联网中影响超可靠低时延通信的关键科学问题,并将其作为研究工作的切入点,基于此开展策略设计。其次,本文提出了一种基于移动边缘计算的触觉任务卸载策略。为了合理表征触觉用户细粒度的物理交互需求,本文设计了一种综合考虑延迟和可靠性指标以及个性化用户偏好参数的Qo E评价方法,并在触觉互联网场景下对MEC计算卸载进行建模。在该模型中,本文提出了一个以Qo E作为优化目标的最优化问题,并提出了卸载决策与资源分配算法。仿真结果表明,本文卸载策略相较于参照策略提升了用户Qo E性能,适用于超可靠低时延通信的触觉互联网场景。最后,本文提出了一种基于上下文数据的触觉数据预测策略。对于数据包超时或丢失的触觉互联网场景,触觉通信系统需要结合经验准确地预测缺失的触觉数据以改善服务性能。本文首先对触觉互联网中远程机器控制进行建模,得到缺失数据的数学表达形式。同时,本文提出低秩稀疏分解的方法对数据进行预处理,降低预测带来的的时延。并基于时空上下文相关数据,推导出多目标高斯过程的复合核函数。仿真结果表明,本文预测策略能显著提升预测性能,缩短预测时间,保障触觉用户的服务体验。

关键词： 电离层垂测仪   类巴克码   图像处理   O/X波分离   临界频率  

摘要： 短临地震前经常伴随空间电离层异常现象,表明地震前兆与空间电离层之间存在着复杂的关联特征。中国于2018年成功发射“张衡一号”卫星,“张衡一号”卫星是我国首颗电磁监测卫星,用于监测空间电磁场参数与电离层扰动,开展空间物理与地震前兆相关性研究,对中国及中国周边区域展开电离层监测与地震前兆跟踪。利用垂测仪对电离层垂直探测是电离层研究中历史最悠久,至今仍非常重要的一种地基探测手段,常用垂测仪型号主要有美国的DPS-4D、加拿大的CADI、中科院研制的DAS-DIS以及武汉大学的WMI系列等,并且已在国内相关台站投入使用,由于受到强环境干扰,为获取更高信噪比的电离层回波数据,上述垂测仪往往需在每一个探测频点上发射若干脉冲进行相干累加,导致垂测仪系统观测速度较为缓慢,以DPS-4D为例,其以步进频率25k Hz进行1～20MHz的扫频探测,需在每一个频点进行16次相干累加,完成一次探测约需8分钟。并且上述垂测仪系统发射天线尺寸以及占地面积都较大。因此,为深入探究空间电离层异常变化与地震前兆之间的关系,实现空天地电离层星地协同比对观测,中科院空间中心在宁夏银川地震监测试验场研制了一台低功耗、可变接收时长、脉冲编码的电离层垂测仪;该垂测仪具有探测速度快、距离分辨率高等优点,开展全天候实时电离层观测,可实现1～30MHz全波段探测。本文通过对2021年8月19日全天试验数据的初步处理,绘制出银川地区全天的时变频高图,并对比分析频高图日变化与太阳高度角日变化之间的相关性。提出一种基于图像处理技术完成O/X波的自动分离算法,由O/X波临界频率的差值计算出磁旋频率。初步试验结果表明:在使用低发射功率、新型Delta天线、脉冲编码条件下,该垂测仪探测效率与观测数据质量等探测能力均得到保证;F2层临界频率日变化与银川地区太阳高度角日变化趋势高度相似,存在正相关性;对原始频高图采用图像处理技术实现频高图O/X波自动分离,获得两极化波临界频率之差约为0.7MHz,与银川当地0.5倍磁旋频率0.7MHz基本一致。结果表明该电离层垂测仪系统运行正常,试验数据稳定有效;本文所采用的回波数据处理方法可靠,所采用的O/X极化波分离方法适用于多种形态的频高图描迹处理,提取描迹更加准确、完整。本文所做的工作对后续星地联合多维度数据深入处理具有一定的算法参考和数据积累意义。

关键词： 形变监测   滤波增益矩阵   卡尔曼滤波   衰减型指数因子  

摘要： 对形变体进行动态变形监测,可实时获得形变信息,并根据形变信息采取相应的措施,减少因形变产生的灾害。卡尔曼滤波是形变监测数据处理的一种常用方法,将状态方程的估计值作为先验信息引入对状态参数进行估计的解算。本文在经典卡尔曼滤波模型的基础上引入方差补偿自适应卡尔曼滤波,针对卡尔曼滤波收敛速度缓慢,甚至不收敛的情况进行改进,提出了改进方差补偿自适应卡尔曼滤波。改进后的滤波将衰减型指数因子引入对一步测量值的误差方差阵的计算中,通过改正使滤波增益矩阵达到最优时,残差序列保持正交。并根据滤波自身对动态噪声协方差阵的改正,使得滤波算法的收敛速度和准确性都有了显著的提高。本文通过徐家湾南山坡形变数据的分析,将三种滤波算法的结果进行对比,可以得出以下结论:(1)标准卡尔曼滤波算法对形变数据进行计算时,因实际观测中的噪声不一定是期望值为零的白噪声,所以标准滤波值曲线与观测值曲线形变趋势有较大差异。方差补偿自适应卡尔曼滤波算法和改进方差补偿自适应卡尔曼滤波算法对形变数据进行处理时,其滤波值曲线与观测值曲线的形变趋势相同。(2)通过三种滤波值与实际观测值的对比,发现标准卡尔曼滤波值曲线波动性较大。方差补偿自适应卡尔曼滤波与改进方差补偿自适应卡尔曼滤波的滤波值曲线波动性较小,通过坐标差值的对比发现改进后的滤波值准确度更高,具有更高的稳定性,其形变曲线规律更清晰,能更好的反映出形变体的形变规律。(3)通过徐家湾南山坡第10期形变观测数据与滤波值的对比可以发现,由于自适应卡尔曼滤波算法对动态噪声协方差矩阵的持续优化,使得方差补偿自适应卡尔曼滤波与改进方差补偿自适应卡尔曼滤波与实际形变量误差较小。改进后的滤波算法由于衰减型指数因子的加入,对滤波增益矩阵进行不断的修正,提高滤波的预测精度,使滤波的预测模型更为准确。(4)根据滤波值曲线与观测值曲线的对比可以发现:改进滤波算法随着时间的累积误差未显著增加,且与实际观测值之间的差值较小,由此可知引入衰减型指数因子后滤波算法的收敛性明显增强,且收敛速度变快。

关键词： 光场成像   多目标识别   数据处理   匹配识别   空间信息  

摘要： 多管齐发武器、智能弹药等武器的外弹道参数是兵器测试领域的重要研究方向。智能弹药等武器具有能够同时发射多枚弹丸的优点,但由于弹丸数目较多使得弹丸间存在遮挡重合成像的情况,导致当前多光幕靶、阵列CCD靶等光电探测装置无法应用现存的多目标识别方法实现对智能弹药等武器外弹道参数的准确识别。光场成像系统保存的光线空间四维信息使其可以实现对不同空间位置多目标成像的清晰探测,为重合遮挡成像多目标识别提供了硬件基础。因此,本课题围绕靶场多目标难识别的问题,开展了应用光场成像系统进行多目标识别的研究。围绕多目标在不同空间分布情况下的成像机理,基于多目标识别与处理方法的国内外研究现状,研究了一种基于光场成像的多目标识别与处理方法。通过分析不同空间位置多目标的光场成像机理,研究了多目标空间信息识别方法,设计了光场成像多目标识别与处理总体架构。为了解决现存多目标识别方法无法识别重合成像多目标的问题,分析了多目标重合成像机理,提出了一种基于目标光场成像信息的重合成像多目标识别方法,并提取了多目标成像的特征信息;研究了复杂背景下的光场图像处理方法,降低了背景光源等干扰因素对多目标识别的影响。为了解决单光场成像系统无法识别处于同一光路遮挡成像多目标的问题,研究了一种基于双光场成像的多目标匹配识别方法,建立了多目标空间信息处理模型;同时针对光场图像中存在背景干扰信息的问题,研究了一种基于光场关键参数的干扰信息处理算法,实现了对干扰信息的剔除;应用仿真实验的方式验证了研究的多目标匹配识别算法与多目标空间信息处理模型的正确性,通过对仿真结果分析发现识别结果中存在不确定目标。为了实现对双光场识别结果中不确定目标的识别与处理,以破片群为研究对象,分析了多目标的时空关联特征,研究了一种基于连续帧频探测方式的多目标特征信息级联处理方法与匹配冲突处理方法。为验证研究的多目标识别与处理方法的正确性,设计了相应的模拟实验。实验包含多目标光场成像数据采集、重合与遮挡成像多目标识别验证、多目标特征信息处理验证三部分。依据光场成像系统关键参数搭建了双光场成像系统探测平台,应用建立的多目标识别与处理方法对多目标光场成像信息进行处理,通过对比多目标在连续帧频的实测空间信息与理想空间信息验证了建立的多目标识别与处理方法可以实现对多目标的准确识别。

关键词： 光伏   微电网   电源系统   优化配置   数据处理  

摘要： 随着社会现代化进程加快,人类对于能源的需求不断增加,传统化石能源日益枯竭。不仅如此,化石燃料在燃烧时排放大量温室气体和污染物,加剧了全球气候变暖和生态环境污染。与此同时,为实现经济高质量发展,中共中央常务委员会会议强调,加快5G网络建设。5G网络是支撑社会向智能化、网络化、数字化转型的重要的新型基础设施。然而,随着5G网络各方面性能大幅提升,通信基站内主设备的功耗增长十分迅猛,导致了运营成本高、环境负担重、电源容量短缺等一系列问题。为了又好又快地解决这些问题,加快5G网络部署和建设进度,探索通信基站绿色低碳发展模式,论文提出混合光伏的5G基站多源微电网系统,具体工作内容和创新点如下:(1)考虑到通信基站附近空间限制,提高光伏组件发电效率是解决问题的重要方式之一。针对传统扰动观察法存在的追踪速度和稳态震荡两者难以兼顾的缺点,提出一种改进步长扰动观察法,在传统扰动观察法基础上加入变步长因子和三点测量,可以实现快速追踪最大功率点和稳态时低振荡。(2)根据5G基站原有电源系统拓扑结构,提出三种多源微电网系统模型,同时提出微型电源方案,通过理论分析,证明使用微型电源方案比使用传统组串方案有更好的发电效率。建立了微电网系统电源模型,设置了微电网系统的目标函数、约束条件以及评价指标,为系统仿真、优化和分析提供了理论支撑。(3)考虑到不同场景的5G基站微电网系统的运行目标不同,HOMER Pro软件的单目标优化不能适应5G基站微电网系统多目标优化的需求,提出基于两级优化的微电网系统配置及其组件容量优化方法,通过实例分析,验证了两级优化方法的有效性。(4)以某通信基站为研究对象,对微电网系统进行仿真、优化和分析。针对负荷原始数据存在缺失和异常的问题,基于数据特性,提出使用随机森林回归法处理原始数据,经过测试与对比,随机森林回归法能够实现更好的回归效果。基于仿真结果,分别对系统的运行情况、经济情况、环保情况和敏感情况进行分析,分析表明,正常情况下光伏微电网系统能够很好地实现预期目标。参考优化结果和分析结论,在广西大学实际搭建了通信基站微电网系统,阐述了通信基站微电网系统的实际运行情况,为后续研究和领域内其他研究者提供参考。

关键词： 位场延拓   地磁背景场   航磁探测   数据处理   加密算法  

摘要： 航空磁探测过程中通过航磁探测设备采集磁场数据,用于检测磁异常物体,随着航空探测平台的不断改进,目前航空磁探技术已经成为了磁探领域中主流的技术。但是飞机在飞行磁探测过程中,采集的磁信号不可避免的要夹杂着地磁背景场信号,磁信号夹杂着磁背景场信号干扰,对异常检测准确度会有很大的影响,在航磁探测领域,飞机在飞行过程中所采集的点是不连续的。对于这种彼此离散点的总场值,经过处理获得精度较高的区域地磁背景场,同时为了降低采集成本,通过采集到某区域内地磁背景场值,得到该区域内其他平面区域地磁场值,获得更多有效的地磁数据,是国内外学者目前研究的重点,也是亟待解决的问题。目前在航空磁探任务中,在飞机采集数据后有时工作人员只能在任务结束后,将采集样本人工携带到地面端做数据处理,降低了工作效率,因此飞机在航空磁探作业采集到磁数据之后,地面端数据处理人员需要能够及时接收到采样数据并且处理航磁数据。针对上述所提到的问题,本文设计并开发了一套基于阿里云端数据库的地磁背景场数据处理系统,有效的解决地磁背景场数据传输以及存储的问题,并且考虑到网络通信传输过程中的不安全性,设计相应的加密方案,来保证数据传输的安全性。本文研究的主要内容有以下几个方面:首先,针对飞机采集端数据安全传输的问题,首先通过CA证书认证飞机端和服务器之间的可信,再基于SSL协议设计实现了从飞机采集端到服务器之间的数据传输的功能模块,考虑到云端数据库随时随地可以被访问,因此将数据存储于云端数据库中,用户在地面站处理端可以对云端数据库进行访问和处理,极大的提升了研究者处理任务的效率。同时考虑到地磁数据的敏感性特征,在云端数据库存储数据前首先经过加密处理以密文形式存储。然后,通过对实际区域内平面地磁场值数据分析,研究已有的针对平面的地磁数据处理算法,较大程度的提高地磁数据精度以及数据量,并且针对于已有的梯度迭代向下延拓算法,给出了自己的改进设计方案,进一步提高数据延拓精度。

关键词： 军事训练   消息中间件   流处理   态势数据回放  

摘要： 随着军事训练领域信息化发展的不断深入推进,红蓝白精细化导调需求和复杂环境构设需求的不断深化,在当前和未来的军事训练场景中,数据采集装备的种类日趋多样、采集数据编目更加复杂、数据体量越发庞大,对训练数据处理实时性、准确性和高效性的要求更高。当前军事训练信息系统所采用的传统数据交互处理架构,在面对上述场景时,暴露出越来越多的传输和处理的性能瓶颈问题,搭建更加实时高效的军事训练数据传输处理系统成为亟待解决的问题。另外,在当前的军事训练场景中,针对时序训练数据的事后回放是训练态势复盘的重要内容,而当前缺少灵活可控、全量的时序数据回放应用。针对军事训练场景中,多来源、高并发、高频率、大体量的数据实时传输与处理需求,以及多模式、分类别、灵活可控的全量时序数据回放需求,本论文主要基于消息中间件技术和流处理技术,设计实现了一种集训练数据海量传输、训练数据实时流处理、态势数据时序回放于一体的军事训练数据传输与处理系统。论文利用RocketMQ消息中间件技术,设计实现集业务消息数据传输、结构化数据同步于一体的高效统一数据传输服务;利用Flink流处理技术,设计实现业务数据实时预处理、弹道数据实时融合处理等训练数据实时处理服务。进一步,论文将消息中间件和流处理进行架构整合,对传输与处理过程进一步优化,形成传输处理一体化系统架构。在传输处理的实现基础上,论文通过实现基于改造DelayQueue的回放队列数据结构,并整合分离式消息存储、分布式预加载等技术方案,实现针对历史训练消息数据、流处理结果的灵活可控的、时序性的回放服务。最终,论文实现了一个集数据传输、数据处理、数据回放于一体的军事训练数据传输处理系统。

关键词： 统计与概率   数据处理   概率初步   案例分析   统计思想  

摘要： 当今社会,信息技术正以较快的速度不断发展,人们在平常的社会生活、生产实践和科学研究中会产生大量的数据,处在这样的环境中,是否会对数据进行合理的处理就显得十分重要。同时,在科研、生产和生活中,类似天气和气温的阴晴冷暖、股票的涨跌情况和疫苗的有效与否等这样的随机现象也是无处不在,概率领域关于科学地预测上述现象出现的可能性大小也是现在我们学习和科研的重点方面。因此,“统计与概率”领域是数学研究领域内关于学生学习和教师教学的一个重点领域。国家对初中阶段“统计与概率”领域的教学要求越来越高,对此展开的教育教学研究也逐渐成为一个热点。以笔者所在的厦门市为例,“统计与概率”领域的教与学经常结合当今热点“数学阅读”对统计观念、概率本质理解和数据处理的能力的教与学提出更高的要求。本课题通过对“统计与概率”领域的课标和对应学段不同版本的教材进行解读,对国内外的研究现状进行检索学习,从理论和实际两个层面深度了解到当下该领域教与学存在由于过程繁琐和考试分值占比小从而简化教学组织过程的问题,这就造成了学生在学习过程中缺失关键概念的本质理解和能力发展的机会,同时通过查阅相关的文献资料总结出,当下国内外对“统计与概率”领域的教与学尝试进行了学段的延伸和教学过程中活动的丰富。在此基础上,笔者对自己所在学校“统计与概率”领域的教与学现状进行调查、对比分析和总结,发现本校目前本领域的教与学研究仍不够全面,指出同样存在由于过程繁琐和考试分值占比小从而简化教学组织过程的问题以及校本作业题目太老旧的问题,对学生很好地学习和教师对其进行检测本领域的重点内容来说是不太合适的。根据初中阶段“统计与概率”领域的主要内容,笔者选取了三个典型课题案例进行研究,从中了解到初中阶段的学生对“统计与概率”领域的教学方式所持有的学习态度与大致认知情况,包括该领域的教学对学生的数学能力产生的影响都是比较普通的。而笔者随后将案例实践研究分别应用于初中三个年级的数学课堂:“数据的收集、整理与描述”单元复习课、“从数据谈节水”专题学习课、“用频率估计概率”的概率初步课,分别进行教学设计案例分析,并结合教学实录体现的教与学的完成效果以及之前的理论研究基础,进行教学设计的调整、完善和实践,总结出一系列相应的教学建议和对策,为今后教师更有力地实施初中阶段“统计与概率”领域的课程提供方向。

关键词： 二维核磁共振测井   D-T2谱   反演   扩散编辑序列   数据处理  

摘要： D-T2二维核磁共振测井技术能够直观地区分不同类型、不同赋存状态的孔隙流体，在油气勘探中应用广泛。目前，，国内外学者提出了很多二维核磁共振反演方法，但大多止步于数值模拟，需要研究不同反演方法针对不同采集序列的测井数据的适用性，优选反演方法，为二维核磁共振测井数据处理的软件模块开发提供参考。本文者，对此问题，基于二维核磁共振测井原理，详细研究了TSVD、BRD、LM-模平滑和TIST-L1正则化反演方法，分别对油水模型、气水模型数值模拟得到的CPMG和DE序列的回波信号，进行反演结果精度和计算效率的对比研究。通过数值模拟，对比分析了TSVD、BRD、LM-模平滑和TIST-L1正则化四种反演方法的反演结果和计算耗时，并优选反演方法对MR Scanner仪器SP模式测井数据处理。结果表明，对于油水和气水两种模型的CPMG和DE序列回波信号，TIST-L1正则化方法精度最高，LM-模平滑方法略差，但耗时较少，更适合测井数据处理，该方法针对A25井的处理结果与Geolog软件相符，能够满足数据处理的需要。