关键词： 雷达数据处理   区域安防   点迹凝聚   多目标关联   雷达终端  

摘要： 数据处理是现代雷达系统的关键技术,它是对雷达信号处理提供的目标原始位置、速度、角度等信息,经过点迹凝聚、跟踪滤波、多目标关联等处理,形成目标的运动轨迹,实现对特定目标跟踪的过程。近年来,随着雷达技术的不断进步,信号处理提供的数据量越来越大,对数据处理的要求也越来越高,在民用区域安防领域的应用也越来越广泛。雷达数据处理及显控终端既要实现对雷达主机运行状态的实时监控,同时也要实时处理雷达主机提供的数据,将探测结果直观地呈现在用户面前,便于操作人员按照实际需求来设置参数,实现友好的人机交互,高效地完成探测任务。随着计算机技术和网络技术的发展,软件化成为雷达终端的发展方向。本文主要研究内容和成果如下:1.研究了雷达数据处理中的点迹处理部分,包括:坐标转换、野值剔除,以及传统的点迹数据归并、分辨和凝聚等方法。研究了基于密度的DBSCAN聚类方法,并将其应用于雷达点迹处理过程。通过仿真实验对以上两种不同的数据处理方法进行了对比,验证了基于密度聚类的点迹处理方法的有效性。2.研究了雷达数据处理中的航迹处理部分,包括:航迹起始、单目标滤波、多目标关联和航迹维持与终止等算法。其中,单目标滤波算法包括卡尔曼滤波、α-β滤波和α-β-γ滤波,多目标关联算法包括全局最近邻算法和联合概率数据关联算法。仿真模拟了单目标和多目标的多种运动场景,并验证了以上算法。3.基于Qt开发了一套雷达数据处理及显控终端软件,包括雷达数据处理、雷达主机状态显示和雷达工作参数设置等功能。介绍了终端软件配套的主机硬件设计以及软件的功能要求、开发平台、开发过程,实现了雷达点迹处理和航迹处理算法,并将其应用于软件。讨论了软件的测试方法,对终端软件的功能进行了室内测试,通过外场试验评估了雷达数据处理性能,验证了终端软件的实用性和可靠性。

关键词： 数据聚类   启发式算法   数据处理   平衡约束   变邻域下降  

摘要： 在任何有序的数据处理中，聚类都是重要的一环，唯有依托合理的数据聚类才能推进后续的科学决策。尽管聚类算法种类繁多，但是提高聚类效率和工程适用性一直是科研工作者的追求。随着数据维度和数量的增多，聚类问题呈现NP-hard特点。使用精确算法求解这类问题虽然能保证求得每个实例的最优解，但解决问题的运行时间将呈指数级增长，而大多数实际工程应用并不能承受为追求全局最优解而付出的时间代价。启发式算法作为相对于精确算法的一种互补算法，常能在多项式时间内求解出比较好的并且能够满足实际应用要求的解。因此，本论文立足启发式算法来求解各种数据聚类问题。　　随着技术进步和信息准确性的需要，现代数据形态日益复杂。为了改善聚类性能，常需要结合数据特征和聚类任务对观测样本进行处理。本论文从不同维度数据的处理角度出发，提出针对一般维度数据和高维度数据的不同处理方法。　　另外，鉴于聚类算法融合发展的新态势，本论文结合不同应用需求，研究相应的启发式聚类算法。首先，针对最小距离和的聚类问题，本论文采取有效的初始代表点筛选策略并制定有别于传统算法的聚类中心更新规则，最终提出一种快速的K-Medoids聚类算法，即AFKM算法。该算法能够有效减少聚类运行时间，提高数据点的聚类率并避免聚类空集的产生。相对于经典K-Means算法，AFKM算法的聚类正确率更高。而相对于K-Medoids同类算法，本算法的聚类目标值更优。其次，针对无权重点集聚类后各集群数目至多相差为1的平衡约束问题，本论文提出了一种基于邻域结构的启发式聚类算法，即IVNS算法。通过在19个经典测试例上进行的同类算法性能对比实验，表明本IVNS算法的聚类性能更加高效。尤其在计算速度上，本算法的运行时间相对于BKM算法和VNS-LIMA算法至少提高了100倍。最后，针对聚类后各集群的数据点权重之和位于一定数值范围内的权重平衡约束问题，本论文提出一种适用于工程应用的迭代变邻域算法，即IVNS-W算法。该算法在研究K-Means聚类算法的基础上，借助变邻域下降的启发式策略来解决权重点集的平衡聚类问题。IVNS-W算法最终也是由实验分析证明了其稳定性。

关键词： 船舶自动识别系统   轨迹预测   GRU   LR   数据处理  

摘要： 随着经济全球化和国际贸易的扩大,海上运输业发展迅速,海上交通密度、船舶数量、危险货物种类以及装载量不断增加。船舶数量及航运线路的增多虽然使航运贸易越来越繁荣,但同时会使船舶频繁行驶的航道拥挤,负载增大。相应由于船舶自身问题以及人为因素也会导致事故增多,人员的生命财产安全也受到威胁,同时给港口管理、船舶安全行驶以及船舶避碰提出了新的挑战。因此,提前预知船舶的航行轨迹,对保障船舶海上交通安全具有重要意义。由于AIS历史数据包含大量的船舶交通行为信息,因此通过分析AIS数据可以得到重要的船舶交通行为特性。本文利用大量的历史AIS数据,分析数据特点和运用深度学习理论,研究适用于船舶轨迹预测的算法,构建基于GRU-LR混合模型的船舶轨迹预测模型。本文的研究内容为如下:1.对AIS数据进行分析。筛选符合模型训练的船舶,处理数据的空缺值、异常值,提取符合模型训练的船舶轨迹数据。利用随机森林算法对AIS数据特征进行重要性排序,筛选对模型目标影响较大的数据特征。2.建立GRU-LR轨迹预测模型。在处理时间序列时,由于GRU模型可以捕获时间序列数据中的长期依赖关系,因此,将GRU(门控循环单元)与LR(线性回归)结合,构建GRU-LR混合模型。3.通过仿真实验验证GRU-LR轨迹预测模型是正确的、有效的,具有较好的训练效果和较小的误差。

关键词： 基坑变形监测   时间序列模型   SVM回归模型   组合模型   预测模型  

摘要： 基坑变形精确监测和精准预测对在基坑工程施工具有重要研究意义。本文结合乌鲁木齐某基坑工程的实际开挖施工情况。通过基坑工程实际变形监测数据,采用组合模型法对基坑整体变形趋势进行了准确预测,该预测模型对基坑的施工设计和安全施工管理提供了技术保障,确保了基坑施工过程在安全的环境下进行。本文的主要研究工作内容如下:(1)研究了本次基坑边坡变形的基本监测内容。介绍了基坑开挖工程的概括、地质情况、监测所使用仪器的选择和监测测量方法,监测点和基准点的布置,测量中符合相关技术标准规范要求等,对基坑工程整体变形监测统计结果进行相关数据分析,根据变形监测数据的变化规律分析判断基坑开挖工程的稳定性,实验结果发现,每个基坑监测项目的整体监测值是在控制范围内,在整个基坑开挖施工阶段中基坑边坡支护结构的建设均处于相对稳定的状态,保障了基坑安全开挖和顺利施工。(2)以监测区中沉降量最大的监测点JCD8为例,采用SVM回归模型、时序(ARMA)模型对该监测点数据进行预测分析。对单一模型分析可知,其预测结果存在一定的不稳定性。因此,利用单个模型的数据处理的预测结果进行决策时,会存在一定的风险。本文提出了组合模型预测方法,结合上述两个单一模型的优势,建立了基于SVM-时间序列组合模型。对模型的对比分析表明,组合模型有效地克服了单一模型预测的缺陷,不仅提高了模型预测的精度,而且使预测模型更加稳定可靠。最后借助数值分析软件平台,对上述监测数据进行预处理并建立预测模型进行编程实现。(3)为验证本文结论的可行性,以另一个最大沉降量次之的JCD7监测点为例,分别采用SVM模型和时间序列模型以及两者的组合模型对监测点数据进行预测分析,实验结果进一步验证了组合模型预测精度更高,误差更小。研究结论对类似地质条件下的基坑工程具有一定的参考价值。

关键词： 宜宾市叙州区   城乡居民基本养老保险经办机构   服务能力   人才保障   服务供给   精细化管理   数据处理  

摘要： 随着我国老龄化程度日渐加深,以“广覆盖、保基本、多层次、可持续”为原则的城乡居民基本养老保险制度的推行对于保障居民老年基本生活、缩小贫富差距、构建和谐社会具有重要的意义。然而随着参保覆盖范围的扩大、参保群众对经办服务的要求日益增加,宜宾市叙州区于2012年7月正式成立宜宾市叙州区城乡居民基本养老保险服务中心,正式推行新型农村社会养老保险和城镇居民社会养老保险,并于2014年7月合并实施城乡居民基本养老保险,截至2019年底,叙州区参保人数已达到38万人,而现有经办机构服务力量已不堪重负,在社会化、规范化、信息化建设方面体现的不足日益加剧,直接影响了城乡居民基本养老保险在我区的推行和完善,影响了群众的切身利益,同时也影响了群众对政策的满意度和信任度。而在建设“服务型”政府的今天,必须不断提高经办机构的服务能力,才能逐渐满足群众的切实需求。本文在宜宾市叙州区城乡居民基本养老保险经办机构服务能力现状分析的基础上,通过现行相关政策、数据、问卷调查数据分析了叙州区城乡居民基本养老保险经办机构服务能力存在的问题,深刻分析了能力不足的原因,并提出相应的具有针对性的完善建议。研究中,叙州区城乡居民基本养老保险经办机构服务能力初步实现了共享居保、精品居保、数字居保、阳光居保、便民居保、效率居保;然而叙州区城乡居民基本养老保险经办机构服务能力现存的主要问题有:无法充分满足群众需求、不能有效对基层平台进行管理、不能提供方便快捷的业务办理流程、无法有效获得精准的数据资源。因此还存在很大改善空间,可以通过提高人才保障能力、提高服务供给能力、提高精细化管理能力、提高数据处理能力促进城乡居民基本养老保险经办机构服务能力得到提升。

关键词： 含能材料   冲击波压力   测试方法   数据处理   评价模型  

摘要： 不同型号的战斗部根据其应用目的,装药选取的含能材料会有不同,含能材料是能够提高战斗部毁伤威力的重要驱动源。而爆炸作用能力是考量含能材料性能的重要指标,因此有必要对含能材料的爆炸作用能力进行评价,爆炸作用能力的评价主要包括三个方面:冲击波压力作用能力、热作用能力以及驱动破片能力。本文主要围绕冲击波压力作用能力这一方面进行研究,针对如何评价含能材料爆炸冲击波压力作用能力的问题,开展了相应的压力测试试验,通过TNT静爆仿真试验,明确了测点布设的要求,对多测点、多测线获取的测量数据,开展了测试数据处理分析的工作,通过建立TNT基础评价模型对典型含能材料爆炸冲击波压力作用能力进行评价。针对如何准确获取测量数据的问题,开展了测点布设方法的研究工作,设计了TNT静爆仿真试验。运用AUTODYN有限元软件分析了TNT柱形装药的爆高、尺寸（长径比）、起爆点位置、不同当量对三波点高度变化的影响,获取了不同影响因素下三波点高度和爆心距的变化曲线并建立了两者的关系模型,为试验测试方法和压力传感器测点位置设计提供了一些指导。针对测量数据不够准确的问题,开展了测试数据处理与分析方法的研究。使用MATLAB信号处理软件采用滤波频率为40k Hz的贝塞尔低通滤波器对所采集到的原始信号曲线进行滤波处理,滤除混杂其中的高频噪声,并读取原始数据。对不同测线同一半径处的数据进行系统误差剔除,在不存在系统误差的前提下对同一半径处的数据进行粗大误差剔除,最终获取了较为准确的测量数据。针对如何评价含能材料爆炸冲击波压力作用能力的问题,开展了TNT基础评价模型建立方法研究。通过爆炸相似率和神经网络两种方法分别建立了TNT基础评价模型,并分析比较了两种基础评价模型的精度。针对战斗部如何对装药材料进行选取的问题,开展了典型含能材料爆炸冲击波压力作用能力评价方法研究。按照目前业内常用的评价方法,以TNT等效当量为评价准则,将装药在不同爆心距下的地表反射压峰值压力代入TNT基础评价模型,算出等效TNT当量,以比当量的形式评定其爆炸作用能力。文章主要针对含能材料爆炸冲击波压力作用能力进行评价,为含能材料的装药应用提供一些基础数据。

关键词： 基因高通量转录组   数据处理   统计学   概率模型  

摘要： 包括微阵列和RNA-Seq等在内的高通量转录组技术已经成为系统生物学、分子生物学等研究的基础。高通量转录组技术允许从整个基因组的水平研究基因表达和调控模式的差异。在处理海量的组学数据时，适配的数据分析方法显得尤其重要。本论文针对高通量转录组数据分析的三个基本问题，利用统计学的思想和方法，创新性地解决或者改进现有方法。这几个问题包含高通量转录组数据从上游到下游的分析，它们或是以基因表达定量(quantification)为目的，或是以基因表达定量为基础。　　1.利用RNA-Seq数据进行基因表达定量。表达定量是通过对映射到每个基因的读数数量进行正规化(normalization)来完成，将其建模为统计学的估计问题。对于一个特定的待正规化的目标样本和一个参照样本，我们的公理化建模说明了应该用回归来解决正规化问题。受管家基因和其相似的统计概念的启发，用最小截断二乘(LTS)回归。对LTS的进一步分析，得到缩放正规化的因子应该是表达差异的众数(mode)，而不是现有方法主张的某个均值或者中位数。当选择多个参照样本时，一个样本会有多个预正规化值，用稳健的最小绝对偏差(LAD)回归来集成多个预正规化值为最后的正规化值。对于正规化的优良性评估，强调要保持可能的非对称的基因表达差异。并且通过一个单细胞细胞周期数据例证了非对称的基因表达差异的生物学意义。　　2.基因集的富集(enrichment)分析。基因集的富集分析允许在代谢通路或者功能复合体的水平解释基因表达模式的差异，因而比逐基因的分析更有生物学意义。将富集分析建模为参数的统计检验问题。并且，还定义了沿着时间序列的多个时间点样本的基因集的富集。此前，常用Wilcoxon秩和检验进行基因集的富集分析，在多个时间点的富集中，使用基于秩伪范数的一般线性模型的估计和检验，这是Wilcoxon秩和检验的直接推广。进一步，在一个大鼠2型糖尿病案例中，证明了这个沿着时间序列的基因集富集的定义的有效性。　　3.以基因表达水平推断转录因子活动变化。活性变化的转录因子是引起基因表达模式不同的直接原因。课题组常用的BASE2.0通过检验一个类Kolmogorov-Smirnov统计量的显著性来实现这一推断。在BASE推断中，转录因子和motif的顺反结合强度是重要的，给出其一个简单的概率模型，这个概率模型指示结合强度正比于基因上游motif的频数。这个结合强度的定义只需要知道基因上游启动子序列，因此与实验条件无关的。在研究多不饱和脂肪酸饮食对小鼠小肠细胞的效用时，BASE2.0得到了与文献一致的以及新的转录因子，这证明了BASE2.0方法以及用motif频数定义的转录因子-motif结合强度的有效性。

关键词： 甚长基线干涉测量   导航卫星   对流层时延   电离层时延   硬件设备时延校准  

摘要： 甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometer,VLBI）作为一种重要的射电干涉测量技术,在天体测量和大地测量等领域被广泛应用。近些年VLBI技术开始被用于中高轨导航卫星的跟踪观测。VLBI相关处理及时延提取是实现干涉测量的关键环节。目前尚未有公开且适用于卫星观测的相关及后处理软件,为此,本文基于天文软件Di FX、AIPS和Parsel Tongue,开发了卫星干涉测量数据处理软件,用于中国科学院国家授时中心13米宽带VLBI系统（ZFS-VLBI2010系统）的卫星干涉测量数据处理。针对VLBI观测中高轨卫星,本文设计开发了卫星干涉测量数据处理软件。基于该软件包,使用ZFS-VLBI 2010系统的卫星观测数据,开展了干涉测量数据的系统差修正方法研究。论文主要成果如下:（1）概述了国内外VLBI技术的发展情况,分析了多种卫星干涉测量模式及其系统误差。首先概述了VLBI技术及软硬件相关处理机的发展及现状、VLBI及差分VLBI的基本原理、信号接收与处理流程以及条纹搜索方法。详细介绍了ZFS-VLBI 2010系统的组成结构,分析了试验中使用的多种卫星干涉测量模式,研究了该系统观测中的各项系统差。在此基础上,开展卫星干涉测量试验并进行数据处理分析。（2）为实现卫星干涉测量数据的处理,基于天文软件Di FX、AIPS和Parsel Tongue二次开发,建立了一套卫星干涉测量数据处理系统。增加了卫星干涉测量数据的相关处理功能、中性大气时延和电离层时延的修正功能、钟差修正功能以及硬件设备时延的校准功能。将校准后的数据进行条纹搜索生成基线时延和时延率序列。重点分析了所增加的各项系统差校准功能模块以及总时延计算方法,设计了数据处理系统框架和操作流程。使用该系统处理ZFS-VLBI 2010系统的观测试验数据,干涉测量数据的相位可被拉平,由0～360度校准为0±5度。（3）在卫星干涉测量系统中,研究了对流层时延、电离层时延、站间钟差及硬件设备时延的修正方法,并开展了实测数据处理。利用ZFS-VLBI 2010系统观测北斗C02卫星和5×3.7米天线系统观测Z10卫星的试验数据,并使用所开发的卫星干涉测量数据处理系统进行各项系统差修正,分析了各个环节的修正结果及精度。其中,中性大气时延校准精度可达到0.07 ns;实时任务使用全球单层电离层预报模型可实现S频段0.5～1 ns精度水平的电离层修正;硬件设备时延部分可实现0.3 ns精度水平的修正。研究结果表明使用该卫星干涉测量数据处理系统,处理ZFS-VLBI观测北斗GEO卫星的干涉测量数据,时延精度约1～2 ns。

ISBN: (纸本)9787121405471

关键词： 粒子探测器读出   电荷测量   ASIC   SoC   数据采集  

摘要： 近年来,随着粒子物理实验规模的不断扩大,探测器前端读出电子学的通道数也在不断增多。专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit,ASIC）代替了传统分立元件搭建的前端电子学电路,更好地满足现代实验下高密度、高事例率、高速度的读出需求,被广泛使用。探测器前端电荷读出ASIC（后简称电荷ASIC）使用时,在收集电荷脉冲,输出模拟信号后,还需要配套的电子学系统完成信号采集与数据处理工作。在构建电子学系统的可选方案中,片上系统（System On Chip,SoC）作为近几年流行起来的新架构平台,具有巨大的优势。SoC芯片在内部集成了现场可编程逻辑阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）与高性能的硬核处理器。与传统的“FPGA+处理器”的双芯片方案相比,精简了电路硬件的设计规模,极大提高了两部分单元在通信时的数据吞吐量,能更好满足采集电荷ASIC信号需要的大数据量、高速率等性能指标。本文根据实际需要,基于Xilinx公司的ZYNQ SoC芯片,设计了一套电荷ASIC信号采集与数据处理系统。为解决电荷ASIC的信号读出问题,探索出一种新的读出电子学系统的解决方案。主要完成的工作如下:（1）分析前端电荷ASIC芯片的工作原理与信号读出需求,确定采集与数据处理系统实现的技术路线,制定了设计方案。（2）根据方案完成了系统设计。系统由数据采集板卡与上位机软件两部分组成。数据采集板卡以ZYNQ SoC芯片为控制核心,完成了信号采集、刻度源生成、温度与电流监测、数据处理与上传等功能。上位机可以配置工作参数,实时显示采样的信号波形与系统状态,完成实验数据的存储。（3）对系统进行了初步的功能测试与性能指标测试。测试结果表明,系统实现了信号采集与数据上传、刻度源生成、状态监测、数据保存等基本功能。在性能指标上,各通道随机噪声小于2LSB,有效位为8.9位,非线性度优于0.7%。单板峰值上传速率达到600Mbps,静态功耗小于5W,满速率下功耗小于8W,满足电荷ASIC对后端电子学系统的需求。