2016年, 第52卷, 第6期 
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  • 陈欣昊1,2,王咏薇1,2*,任 侠1,2,王恪非1,2,刘 诚1,黄建平1,张园园1
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 961.
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    评估了WRF/CMAQ数值模式对2014年10月—2015年3月江苏省冬半年霾日的模拟准确性,并探讨了导致霾日预报不准确的可能原因.研究表明:(1)WRF/CMAQ模型中霾日预报基准量相对湿度、PM2.5的模拟趋势与观测比较吻合.大气能见度模拟值与观测值的平均值误差为2~5 km.临海及近海城市大气能见度模拟值普遍大于观测值,均方根误差超过10 km以上.(2)能见度模拟较好的城市(南京、镇江、常州、苏州、扬州),观测霾日与模拟霾日之间误差小于10 d,东边沿海城市盐城、南通、连云港等能见度模拟存在较大峰值的城市模拟最差误差超过10 km以上,模拟出的霾日数远小于观测到的霾日数,误差超过20 d.(3)对能见度预报可能造成偏差的原因进行了初步探讨,EC在PM2.5中所占比份模拟偏小、水溶性离子等模拟值被低估等造成气溶胶消光系数偏小以及部分地区相对湿度模拟值偏低,风速模拟偏大,都使得能见度模拟值偏大.
  • 叶绿萌1,樊少芬2,常 鸣1,司徒淑娉3,王雪梅4*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 977.
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    应用大气化学在线耦合模式WRF/Chem模式,对发生在珠三角地区秋季臭氧重污染事件进行了模拟.通过敏感性分析,划分臭氧敏感性区域,并研究敏感性区域随时间变化规律与成因.研究发现:在一定的气象条件和污染物排放情况下,VOCs敏感区主要分布在珠三角中心城区及其下风向地区(例如:佛山、中山、江门、珠海、深圳、广州南部以及肇庆南部地区),而NOx敏感区分布在珠三角的上风向郊区(例如:广州北部、惠州).珠三角臭氧敏感区表现出明显的时间变化特征,上午11-12时相较下午14-15时,VOCs敏感区域范围减少,NOx敏感区域范围增加且增幅达51.4%,其变化原因与生物源VOCs排放增加、气团老化、大气稀释扩散增加有关.
  • 李佳慧1,2,刘红年1*,王学远1
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 989.
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    利用南京大学城市空气质量预报模式(NJU­CAQPS)研究苏州城市颗粒物和臭氧的相互作用,评估各效应对污染物的影响和冬夏两季相对重要性.研究表明冬季颗粒物的辐射效应造成模拟域向下短波辐射减小5.4%~22%,近地面气温降低0.25~0.48 ℃,湍能和风速减小,边界层高度降低,城区PM2.5、NO2、NO和SO2浓度分别增加1.01%、0.48%、1.58%和0.71%,O3浓度降低0.99%;颗粒物的光化学效应造成PM2.5、硫酸盐、硝酸盐、O3和NO浓度分别降低0.04%、0.07%、0.04%、4.33%和8.09%,NO2浓度升高3.59%;颗粒物的非均相效应造成PM2.5、硫酸盐、硝酸盐和NO浓度分别升高4.72%、22.07%、6.93%和2.59%,O3、NO2和SO2浓度分别降低5.05%、1.19%和11.38%.非均相效应对颗粒物、O3和SO2起主导作用;光化学效应对NO2和NO起主导作用.夏季各效应引起污染物浓度变化趋势与冬季相近,但夏季辐射效应对除O3外的NO2、NO和SO2影响程度加强,对颗粒物影响程度减弱;光化学效应对各污染物(除NO)的影响程度加强尤其对硝酸盐和硫酸盐;非均相效应对各污染物(除硝酸盐)的影响程度加强.
  • 陈璞珑1,谢晓栋1,黄满堂1,王体健1*,杜元新2,东 梅2,邹 华3
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1001.
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    在无锡市崇宁和旺庄环境监测子站,通过对分级颗粒物进行不同季节(2014年4、7、10、12月)的采样,同时对当地颗粒物主要排放源进行采样,并对受体和排放源样品浓度和化学成分进行特征分析,结合化学质量平衡(CMB)模型解析无锡市城区和工业区分级颗粒物来源,确定分级颗粒物不同排放源的贡献率.两个观测站点,PM10年均浓度分别为143.1 μg·m-3(崇宁站)、119.9 μg·m-3(旺庄站);PM2.1平均质量浓度分别为71.9 μg·m-3(崇宁站)、65.3 μg·m-3(旺庄站);PM1.1年平均质量浓度分别为53.7 μg·m-3(崇宁站)、49.9 μg·m-3(旺庄).崇宁站各级颗粒物平均质量浓度均要高于旺庄站,季节差异上,颗粒物浓度在冬季明显高于其他三个季节.分级颗粒物最主要的化学成分是NO-3、SO2-4、OC、NH+4、EC、Ca、Cl-、K、Fe、Al、Na等,通过质量重构方法后最主要的化学组分依次是颗粒态有机物(POM)、硫酸根(SO2-4)、硝酸根(NO-3)、铵根(NH+4)、地壳元素(CM)、其它水溶性离子、元素碳(EC)和微量元素.利用CMB模型计算得到,无锡市PM10的排放源主要为二次硝酸盐(18.2%)、二次硫酸盐(17.3%)、土壤扬尘(9.0%),PM2.1最主要的三类排放源依次是二次硝酸盐(26.4%)、二次硫酸盐(22.6%)和电厂燃煤(7.3%),PM1.1的排放主要来自二次硝酸盐和二次硫酸盐,分别可以达到26.6%和22.5%.分级颗粒物来源解析结果可以看出,粗粒径颗粒物主要来自于扬尘类、汽车尾气和工业过程,细粒径颗粒物主要来自汽车尾气和工业过程.为了减轻无锡市颗粒物浓度水平,重点是控制燃煤、工业生产活动中大气污染物的排放,同时要加强城市建设中的扬尘和交通废气控制.
  • 姚 帅1,2,3,蒋德海1,张艳霞1,李 菲1,邓雪娇1,2 *,王宝民2*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1016.
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    利用城市冠层加强观测资料对GRAPES­UCM模式进行了多个例的模拟分析与效果检验,表明:城市冠层效应使城市平均气温升高1.2 ℃,感热通量增加163%,热岛效应增强近1.3 ℃;城区风速减小16%,而风速的脉动增大;GRAPES­UCM模式对城市地表温度、风速、向下短波辐射、向上长波辐射、感热通量等的模拟结果与实际观测更为接近.近地面静小风、稳定的近地面层结(逆温)及风向的辐合导致污染物的局地堆积,容易造成高PM2.5浓度与低能见度的灰霾天气;与台风外围下沉气流相联系的高温有利于高臭氧事件的发生.城市冠层模式的引入对GRAPES模式在城市下垫面的模拟效果有显著的提升作用,能更好模拟出不利于污染物扩散的气象条件.
  • 东 梅1,黄 茜2,陈璞珑2,王体健2*,杜元新1,邹 华3,黄满堂2
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1029.
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    研究在无锡市两个站点进行细颗粒物采样,获得了不同季节代表月份(2014年4、7、10、12月)和重污染天气条件下(2015年1月)PM2.1的质量、化学元素、水溶性离子以及碳组分的浓度并进行分析,结合化学质量平衡模型(CMB model)计算了无锡市全年以及重污染天气下不同排放源对细颗粒物的贡献,结合排放清单对二次气溶胶进行再解析,得到最终的排放源贡献结果.无锡全年平均PM2.1浓度为68.6 μg·m-3,崇宁站浓度(71.9 μg·m-3)高于旺庄站浓度(65.3 μg·m-3),冬季浓度高于其它季节,平均可达85.7 μg·m-3,重污染天气浓度为122.8 μg·m-3,明显高于全年平均水平.细颗粒物中最主要的化学成分是二次无机盐离子(36.4%)和碳组分(29.1%),重污染情况下有机碳成分明显升高,可以达到38.4%,表明二次有机气溶胶的转化生成和积累老化是细颗粒物浓度升高的主要原因.利用CMB模型解析得到无锡全年PM2.1来源贡献比例,各类排放源贡献依次是二次硝酸盐(26.4%)、二次硫酸盐(22.6%)、二次有机气溶胶(7.8%)、电厂燃煤(7.3%)、土壤扬尘(6.5%)、柴油车尾气(6.4%)、汽油车尾气(4.1%)、秸秆焚烧(3.4%)、建筑扬尘(3.3%)、城市扬尘(2.5%)、海盐气溶胶(2.2%)、餐饮油烟(1.1%)、钢铁冶炼(1.0%),可以看出无锡市细颗粒物排放贡献主要来自于二次气溶胶的转化生成、汽车尾气和扬尘类的贡献.基于本地排放清单进行二次来源解析,得到无锡全年各类排放源贡献依次为电厂燃煤(30.68%)、钢铁冶炼(13.92%)、其它工业(10.48%)、秸秆焚烧(3.49%)、汽油机动车尾气(6.50%)、柴油机动车尾气(8.80%)、船舶(0.44%)、建筑机械(0.66%)、民航飞机(0.03%)、建筑扬尘(3.3%)、土壤扬尘(6.5%)、城市扬尘(2.5%)、餐饮油烟(1.1%)、海盐(2.2%)、其它来源(9.40%),结合二次解析计算,可以看出无锡市细颗粒物排放贡献主要来自于电厂燃煤、工业冶炼、汽车尾气,因此应该加强对燃煤和工业生产活动的管控,控制机动车尾气排放,大力发展清洁能源.
  • 臧晓梅1,缪爱军1*,郑 浩2,樊祥科2,樊宝洪2,杨柳燕1
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1040.
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    水体底泥污染是一个世界性环境问题.为了研究养殖水体底泥中重金属的生态风险以及植物修复,通过测定养蟹塘底泥中Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb的含量,用Hakanson提出的潜在生态危害指数法对养殖水体底泥中重金属的潜在生态风险进行了评价;同时对养殖螃蟹体内的重金属含量进行对比分析.另外,通过冬麦草对底泥中的重金属进行植物修复,研究冬麦草富集重金属的能力.研究发现养殖塘底泥中Cd的生态风险最高,其它重金属均显示具有轻微的生态风险.底泥中6种重金属总的潜在生态风险按照不同的参照标准显示为轻微或中等程度.螃蟹体内的Cr、As含量较高,且冬麦草对底泥中Cr、As的去除效果最好.
  • 汪小寒1,2,罗永龙1,2*,江叶峰1,赵传信1,2,吴文莉1,郭良敏1,2
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1050.
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    针对现有数据发布隐私保护保护算法中的“局部最优”划分问题,提出了一种基于KD树最优投影划分的k匿名算法.首先,在全局范围内对每一个属性维度进行遍历,根据投影距离方差值衡量每个维度的离散度,并确定最优维度;然后,在最优属性维度上,计算其划分系数值,并确定最优划分点.进一步引入一种改进的KD树结构,与传统的KD树结点是一个数据点不同,新设计的KD树中的每个结点均是一个集合.用经过划分点并垂直于最优维度的超平面将一个结点分成两部分,分别作为其左、右孩子结点.最后通过理论分析证明了本文算法的正确性,用实验比较和验证了算法的性能,实验结果显示所提算法平均概化范围减小10%~22%,能够实现更优的划分和更好的数据集可用性.
  •  薛占熬1,2*,辛现伟1,2,袁艺林1,2,薛天宇1,2
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1065.
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    在直觉模糊集和可能性测度理论基础上,用可信度,对三支决策模型进行了研究.首先运用直觉模糊集和可能性理论,定义了直觉模糊可能性测度和直觉模糊可信度,讨论它们的性质.在直觉模糊可能性空间中,建立了基于直觉模糊可能性测度的三支决策模型,给出了该模型的划分规则.然后,定义了直觉模糊信息表的三支决策模型,给出了求信息表对象的综合直觉模糊属性特征值方法.最后,对该模型下的误判进行分析,给出了一种基于直觉模糊可能性测度和可信度的决策风险计算方法,并进行了实例演算.通过实例,给出具体计算步骤:综合分析了对象在不同属性特征下的隶属度和非隶属度,计算其直觉模糊可能性测度;运用可信度,计算出边界阈值和综合直觉模糊属性特征值;讨论了该模型的有效性.
  • 杨兰珍,毛 华*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1075.
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    基于Al-Hawary所提出的模糊广义拟阵(亦称(H)模糊广义拟阵),讨论(H)模糊广义拟阵性质的不足,提出新的模糊广义拟阵,并研究其相关性质.首先否定Al-Hawar所给出的结论:(H)模糊广义可行集族((亦称(H)模糊可行系统)的r-水平截集族仍然是清晰可行集组成的集合,其中r∈(0,1].其次,重新研究(H)模糊可行系统的r-水平截集族,得到了(H)模糊可行系统的相关性质.进而,对(H)模糊广义拟阵的不足进行分析,提出了一种新的模糊广义拟阵(亦称为(Y)模糊广义拟阵),并研究了其性质,得到了(Y)模糊可行系统(即(Y)模糊广义可行集族)与某一清晰可行系统(即清晰可行集族,由(Y)模糊广义可行集的支集构成的集合)等价的结论,这一结论表明(Y)模糊广义拟阵在一定程度上优越于(H)模糊广义拟阵.最后通过有向和无向图分别构造有向分支和无向分支(Y)模糊广义拟阵;还根据Hasse图构造了偏序(Y)模糊广义拟阵.
  • 张燕平*,张 铃,赵 姝,陈 喜,严远亭
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1084.
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    通过商空间链,可得到特定目标求解的逼近方法,由此可完成处理复杂信息,发现隐含知识,揭示事物和事件的内在规律的任务.但随着数据环境的变化,商逼近近似求解开始遇到挑战,由此引发的关键问题就是怎样构建满足求解精度的商空间链,逼近过程中误差界是多少.结合子模函数优化理论来构建商空间链,并对商逼近过程的逼近精度问题展开研究,证明了商空间可保持目标函数的子模性,可利用简单的贪心策略构建最优商空间链,逼近过程中最大误差界≤[1-(1-1/e)-1].
  •  孟 娜1,梁吉业1,2*,庞天杰1
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1090.
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    谱聚类是利用样本数据集的相似性矩阵中特征向量的性质对样本数据集进行聚类.而随着数据规模的增加,谱聚类算法所耗时间会因为大规模的特征分解而明显增大.采用抽样方法可以有效降低算法所耗时间,但是简单随机抽样子集之间关联性太弱,通常无法准确反映数据集的分布特征.基于此,设计了一种新的抽样策略,利用该方法进行多次抽样,生成多个既具有关联性又具有差异性的数据子集.在每个数据子集上分别利用NJW算法(由Ng A Y、Jordom M I和Weiss Y提出)进行谱聚类,并根据最近邻原则将聚类结果映射到全体数据集,生成若干基聚类,最后,将聚类结果集成,得到最终的聚类划分.实验证明,该方法与传统NJW算法以及简单抽样集成算法相比,算法的效率及有效性有了一定的提高.
  •  陆乃彦1,2,张亚强1,吴世嘉1,2*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1097.
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    利用新型碳材料还原氧化石墨稀对TiO2进行改性,以期提高TiO2的光催化活性.采用溶剂热法,以氧化石墨烯(GO)和钛酸四丁酯(Ti(OBu)4)为原料,成功制备了不同还原氧化石墨烯含量的RGO/TiO2纳米复合材料.运用XRD、TEM、FT­IR和UV­vis等手段研究了复合材料的性质,同时以甲基橙(Methyl Orange,MO)为模型,评价了不同反应条件下制备的复合物的光催化性能,讨论了不同还原氧化石墨烯含量、催化时间等对复合物的光催化性能的影响.在甲基橙评价模型基础上,将制得的具有最佳光催化性能的RGO/TiO2复合材料进行致病大肠杆菌的抗菌实验,以此来检验RGO/TiO2纳米复合材料的抗菌效果.实验结果表明,采用溶剂热法在180 ℃下煅烧6 h制得RGO/TiO2纳米复合材料,锐钛矿相TiO2通过C-O-Ti键均匀地分布在片层还原氧化石墨烯载体上.RGO/TiO2复合材料对甲基橙溶液的降解率明显高于纯纳米TiO2.当制备复合材料时GO的初始投加量为40 mg时,制得的RGO/TiO2复合材料对甲基橙的降解率达到50%.同时,该RGO/TiO2纳米复合材料对致病大肠杆菌有明显的抗菌作用.
  •  程鲁腾1,4,杨 楠1,4,杨华山1,4,刘光祖2,陈相宁3,4*,张洪国1,4*,江 伟1,4*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1104.
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    锗硅探测器由于其在近红外波段有高响应度、高带宽,且与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺兼容等优良的光电特性,已经成为近几年的研究热点之一.为了研究硅基锗APD的商用通信测试指标,结合GPON(Gigabit­capable Passive Optical Networks)接入网的技术指标要求,实验研究了硅基锗探测器的光电变换特性.采用BERT搭建了可靠的硅基锗探测器测试系统,并对探测器进行了性能测试.该设计方案可靠性高,测试数据对实际应用有一定的指导意义.测试眼图表明,该探测器可以在2.5 Gbps速率下可靠检测出2电平调制符号,有在GPON光通信网络中应用的潜力.讨论了进一步降低误码率,实现低误码、高可靠性的数据通信,减小信号因内部逻辑设计而产生的误码的几种方法.其中包括采用可扩展的Aurora光纤传输协议的传输方案、集成直流平衡缓冲器(DC­balancing Buffer)的方法和加入CDR(时钟数据恢复)模块的方法.数据表明,所提出的测试方案是可行的.本试验为硅基锗探测器在GPON上应用提供可行解决方案和技术数据.
  •  陈未未,张兴敢*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1113.
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    弹道导弹目标识别是导弹防御系统的重要环节.用于弹道导弹识别的特征通常包括RCS特征、极化特征、雷达高分辨一维距离像(HRRP)、ISAR像、微动特征等.研究目标散射中心模型,给出了基于散射中心理论的HRRP特征.弹道导弹在释放诱饵过程中,弹头和诱饵在结构和质量上的差别会表现在微运动特征上,据此构建了弹头及诱饵的微运动模型,得到弹头进动模型及诱饵摆动模型,对所建模型回波进行短时傅里叶变换(STFT),提取时频脊得到微动特征.弹头及其诱饵有着丰富的结构信息,仅依靠单一特征识别弹头目标效果并不理想.提出综合HRRP特征与微动特征的多特征联合识别方法,对联合的多特征采用主成分分析(PCA)降维,采用支持向量机(SVM)作为分类算法,仿真结果表明,联合HRRP特征与微动特征并通过PCA降维后弹头识别率得到明显提升.
  •  贾鸣华1,2,张兴敢1,2*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1121.
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    移动终端的运动导致接收信号产生多普勒频移,增大了系统误码率,影响整个系统通信质量.接收端信号产生多普勒频移是由收发端之间相对径向运动产生的,通过多普勒频率估计和补偿可以解决由此导致的误码问题.研究了收发端相对高速运动时多普勒频移补偿尚存在的精确度不高和实时性不好的问题,期望有更好的补偿方法.研究结果表明高速运动中的横向运动分量会使多普勒展宽,形成线性调频信号效应,导致通信系统产生误码,且无法用常规频移方法补偿.进一步研究了高阶多普勒谱估计及其补偿方法.研究表明高阶谱主要是由横向运动和径向加速运动形成的,高阶谱补偿可以解决包括相对横向运动和径向加速运动的大部分运动对通信系统的影响.仿真结果表明结合常规多普勒谱估计和本文提出的高阶多普勒估计并对接收信号进行补偿能有效恢复信号并降低误码率.
  •  曹冬寅,王 琼*,张兴敢
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1127.
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    传统的基于稀疏表示的图像分类算法,通常根据稀疏重构后类残差向量的l2范数得到分类判决.在复杂情况下,各类残差向量l2的范数差别可能并不明显,从而导致分类器作出错误判决.提出了一种基于稀疏表示和随机森林的集成分类方法,通过稀疏表达字典对图像进行重构,提取各类残差图像的l2范数组成特征向量,并引入随机森林进行分类判决,有效地提升了算法基于类残差向量的判决能力.在手写数字数据库MNIST上的实验结果表明,在训练样本数较少的情况下,提出的基于稀疏表示和随机森林的集成学习分类方法与目前主流的SVM分类方法及随机森林方法进行比较,识别率有较为明显的提高,具有良好的鲁棒性.
  •  靳 取1,方 晖1*,柏业超1,2
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1133.
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    结合虚拟仪器技术、GPIB(General Purpose Interface Bus)技术设计了一种数字电路自动测试系统.测试系统由硬件和软件两部分组成.硬件包含主控计算机,GPIB转接卡,USB(Universal Serial Bus)集线器,USB数字量I/O模块,具有GPIB接口的测试仪器.主控计算机通过USB接口控制数字量I/O模块和GPIB接口的测试仪器,并处理测试数据、显示测试结果.测试系统软件基于LabVIEW平台,采用图形化编程的形式开发.软件由应用程序和数据库管理程序两部分组成,应用程序为“主模块+功能插件”的形式,数据库管理程序采用Microsoft Access软件.本文阐述了数字电路的通用测试流程,并描述了测试系统在测试矢量生成环节的实际工作过程.该系统已用于雷达接收机数字电路的自动测试,性能稳定.
  •  郑啸宇1,王建卫1,柏业超2*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1139.
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    在雷达阵列信号处理中,信源数估计是空间谱分析的基础.传统的信源数估计方法多是基于采样快拍数无限多的假设,采样快拍数较多时,这些方法可以发挥良好的估计性能.在采样快拍数有限的情况下,传统的信源数估计方法性能下降,甚至不能发挥作用.本文针对阵元数较多而采样快拍数有限的情况,利用矩阵加权算法对雷达回波信号的协方差矩阵进行加权优化,减小样本协方差矩阵与实际协方差矩阵间的均方误差(Mean Square Error,MSE),然后结合一种基于随机矩阵的估计方法在少快拍数下进行信号源数目预测,得到一种稳定的信源数估计.仿真结果表明,在阵元数较多而采样快拍数有限的情况下,本文所提出的方法可以有效并且稳定地提高信源数估计的准确率.
  • 倪裕豪1,倪国新1,孙晓闻1,柏业超2,3*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(6): 1146.
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    在穿墙雷达成像中,墙体的强反射信号会干扰墙后目标的成像与检测,甚至湮没临近墙体的目标.传统的空域滤波法从回波幅值出发,通过空间域线性滤波实现对墙体杂波的抑制.然而,该方法在墙体与目标临近的情况下效果较差,且不适用于MIMO穿墙雷达.本文针对超宽带MIMO穿墙雷达成像过程中墙体杂波抑制问题,提出了一种基于子空间投影的奇异值分解方法,该方法从信号回波的特征出发,通过回波信号矩阵最主要的一个或几个奇异值成分确定墙杂波子空间,再利用正交子空间投影去除回波信号中的墙杂波成分.MATLAB仿真结果表明,提出的墙体杂波抑制方法在消除墙体杂波对目标成像结果的影响方面效果更佳,还能消减随机噪声等弱干扰杂波,抑制多目标探测中的虚假成像,改善成像质量,实现目标的精确成像.