1 中亚大气科学研究中心，新疆乌鲁木齐830002
2 安徽省气象台 , 强天气集合分析和预报重点实验室，安徽合肥230031
3 安徽省气象科学研究所 ,安徽省大气科学与卫星遥感重点实验室，安徽合肥230031
4 安徽省气象台, 强天气集合分析和预报重点实验室，安徽合肥230031
静止卫星的高时空分辨率对高影响灾害性天气的监测和预报有显著优势。开展了基于风云四号A星多通道扫描成像辐射计（Advanced Geosynchronous Radiation Imager，AGRI）红外光谱亮温的台风降水反演研究。探讨了正则化反问题方法中K-最邻近（K-Nearest Neighbor，KNN）不同距离度量对降水反演精度的影响。降水反演共分两步：一是降水视场点识别，主要基于训练字典样本，利用KNN识别待反演的亮温“降水”和“非降水”信号；二是降水视场点反演，即在判识视场点有降水的基础上采用正则化反问题方法进行红外亮温降水反演。KNN距离度量分别采用欧氏、标准化欧氏、马氏和布洛克距离。以台风“安比（2018）”为例，开展了降水反演试验。试验表明，反演结果与GPM的相似度较高，且不同距离度量在反演“极端降水”时各有优势。
台风“安比” 降水反演 距离度量 正则化反问题 FY-4A/AGRI FY-4A/AGRI typhoon Ampil precipitation retrieval distance measurement inverse problem of regularization
红外热波检测技术被应用于零部件或设备内部缺陷及故障的检测与定量识别。本文建立了半无限材料中圆柱绝热缺陷在超短激光脉冲辐照下的非傅里叶热传导波动模型, 在采用波函数展开法和镜像法研究热波散射正问题的基础上, 运用遗传算法对亚表面缺陷深度进行反演, 实际测量温度取热波散射正问题计算得到的材料表面温度, 并且分析讨论了测温点数目、入射频率等因素对反演结果的影响。数值实验结果证明了该方法的有效性。与 L-M法和共轭梯度法相比, 该方法在反演的精度及速度上都有较为良好的表现。
超短激光脉冲 非傅里叶热传导 导热反问题 遗传算法 ultra-short laser pulse, Non- Fourier law, inverse
海军工程大学 动力工程学院，湖北 武汉 430033
基于表面测温的多区域交界面形状的识别研究是红外无损检测技术从定性到定量发展的理论基础。针对多区域交界面形状的常用识别算法受测量误差和测点数目影响相对较大或算法构造相对困难的问题，在改进的一维修正算法和分散模糊推理算法的基础上，提出识别多区域交界面形状的一维加权法，并对两种材料的管壁交界面形状的识别问题进行了研究。讨论了管壁交界面形状初始假设、检测表面测量误差以及测点数目等因素对一维加权法识别结果的影响。数值算例证明了一维加权法的有效性和高效性。
红外无损检测 交界面 导热反问题 一维加权法 thermographic non-destructive inspection interface geometry inverse heat conduction problem One-Dimensional Weighting Method ANSYS ANSYS
1 海军工程大学动力工程学院,湖北 武汉 430033
2 陆军汽车试验场,江苏 南京 210028
管道内部流量及温度的测量在工业生产和工程应用中具有重要作用。采用高温管道一维稳态导热模型探讨了管道外壁面温度随流体流量及温度的变化规律。基于管道外壁面温度,采用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt,L-M)算法对管道内流体流量及温度单参数识别进行了研究,并分析了外壁面上的测温点个数对识别结果的影响。结果表明,流体流量或温度与测温点温度之间是一一对应的；流体流量越小,流体温度越高,则流体流量的识别精度越高；流体流量越大,流体温度越高,则流体温度的识别精度越高；无论存在测温误差与否,流体流量及温度的单参数识别结果均非常精确。
反问题 流体流量 流体温度 L-M算法 传热 inverse problem fluid flow rate fluid temperature L-M algorithm heat transfer
1 山东理工大学 电气与电子工程学院, 山东 淄博 255049
2 天津工业大学 电气工程与自动化学院, 天津 300387
多峰颗粒体系粒度及其分布的测量是动态光散射技术的难点, 本文在Tikhonov正则化方法的目标函数中加入具有平坦约束功能的惩罚项, 增强对解的约束提高对多峰颗粒体系的反演性能.190/443 nm、282/953 nm、457/553 nm双峰分布颗粒体系、564 nm单峰分布颗粒体系和292/591/889 nm三峰颗粒体系的模拟数据, 以及306/974 nm、300/502 nm双峰颗粒体系的实测数据的反演表明, 在正则化反演中增加具有平坦约束功能的惩罚项, 可有效消除反演的颗粒粒度分布中出现的毛刺与虚假峰, 提高算法的峰值分辨能力和抗噪能力.该研究在发挥多角度动态光散射技术测量中、大超细颗粒时具有信息量多的优势, 实现宽范围的双峰及多峰分布颗粒体系的准确测量.
散射 粒度分布 颗粒测量 反问题 多惩罚正则化 Scattering Particle size distribution Particle sizing Inversion Multi-penalty regularization
海军工程大学 动力工程学院, 湖北 武汉 430033
基于表面测温的管内流量及温度识别问题在红外无损检测领域还处于起步阶段, 是目前红外无损检测技术从定性向定量发展的关键理论基础。针对目前流量识别结果较温度识别结果差和基于最小二乘拟合的识别方法精度有限的问题, 使用Gnielinski关联式建立管道充分发展段的一维传热模型, 并采用Levenberg-Marquardt(L-M)算法根据表面检测温度进行管内流体流量及温度的识别。通过理论推导和具体算例得, 待识别参数的相对识别误差值与参数灵敏度最大值和参数真实值乘积的绝对值成反比关系, 含测温误差的温度分布与基于最小二乘拟合得到的温度分布之间的方差不等于测温误差标准偏差的平方与测温点个数的乘积, 同时提出了基于表面测温等方差拟合的管内流量及温度的识别方法。数值实验证明该方法在存在测温误差时仍可以精确识别出管内流量及温度。
红外无损检测 反问题 流量及温度识别 L-M算法 传热 infrared nondestructive testing inverse problem flow rate and temperature identification L-M algorithm heat transfer 红外与激光工程
2018, 47(1): 0104002
中国人民解放军92419部队, 辽宁 兴城 125106
针对人工编程数值建模进行缺陷识别反问题求解存在编程复杂、分析效率低的局限性, 提出了采用通用有限元数值计算软件Ansys结合共轭梯度算法进行二次开发对复合材料内壁不规则缺陷进行红外诊断定量识别的方法, 并引入了相对敏感系数的概念用于比较评估试件检测状态对缺陷边界形状定量识别的影响。通过相对敏感系数分析发现, 不同检测状态下内壁不规则缺陷的可检测性并不相同, 采用检测面达到最大温差时刻点的瞬态检测比稳态检测更具优越性。数值试验验证了Ansys二次开发红外诊断识别的可行性和相对敏感系数比较评估的有效性。
导热反问题 红外检测 缺陷识别 Ansys二次开发 共轭梯度法 inverse heat conduction problem infrared inspection defect identification Ansys secondary development conjugate gradient method 红外与激光工程
2016, 45(12): 1204002
1 山东理工大学 电气与电子工程学院, 山东 淄博 255049
2 山东理工大学 光电技术研究所, 山东 淄博 255049
采用两种常用的粒度反演方法——正则化和Chahine算法, 对90 nm与250 nm单峰分布、50 nm与200 nm双峰分布、100 nm与300 nm双峰分布的模拟动态光散射数据, 以及105 nm、300 nm标准颗粒的实测动态光散射数据进行了反演分析.结果表明: 噪声水平的高低是影响粒度分布反演准确性的关键因素之一, 反演结果的准确性随噪声水平的增加而降低, 噪声水平超过某一阈值后, 将无法得到有意义的反演结果; 不同反演方法具有不同的抗噪能力, 在低噪声水平下反演结果无显著差别, 随着噪声水平的增加, 反演结果表现出很大差异; 正则化方法通过正则参数的选择可以有效抑制噪声影响, 表现出强于Chahine算法的抗噪能力; 与Chahine算法相比, 正则化方法不需要假定初始分布, 因此, 在噪声较大的实验或生产过程中进行颗粒分布测量时, 宜采用正则化方法.
散射测量 粒度分布 颗粒测量 反问题 正则化算法 Chahine算法 Scattering measurements Particle size distribution Particle sizing Inverse problems Regularization algorithm Chahine algorithm 光子学报
2016, 45(11): 1112004
