DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 掺杂稀土元素对分子筛的结构与催化活性影响 3.1. 掺杂稀土元素对分子筛结构稳定性的影响 利用稀土离子掺杂分子筛来提高其结构稳定性一直是研究的热点。在方钠石笼中，两个稀土离子可以通过配位形成比较稳定的双核八面体配合物，从而抑制了骨架脱铝，使得分子筛稳定性得以提高。 Nery等 [ 9 ] 用铈离子和镧离子掺杂NaY分子筛，发现铈离子和镧离子迁移到方钠石的S2位置，钠离子迁移到S4位置，从而形成了比较稳定的配合物，有效提高了分子筛的结构稳定性。佘励勤等 [ 10 ] 通过研究了在不同热处理、水热处理条件下，La的掺杂对LaHY分子筛结构稳定性的影响，发现La离子能起着稳定LaHY分子筛晶体结构(坍塌温度提高了114℃)、抑制骨架结构脱铝的作用，从而使裂解反应活性结构得以保持，但在过高La交换度时，La离子又会取代大笼中酸性中心，使得苯生成率降低了14%，反而使裂解活性下降。 稀土元素的引入还可改善分子筛表面酸性，提高分子筛崩塌温度，从而对其结构稳定性有着重要影响。李斌等 [ 11 ] 对REHY分子筛通过多晶XRD测定了稀土离子在Y分子筛骨架外的分布，结果表明通过极化定位的配位水，能有效减缓由于RE 3+ 取代H + 所引起的酸量下降，增加了分子筛的中强酸性，从而稳定了分子筛的骨架结构。 3.2. 掺杂稀土元素对分子筛催化氢转移反应影响 从催化裂化反应原理分析，氢转移反应强烈影响裂化反应的产品分布(如汽油、柴油和焦炭产率等)和产品性质(如汽油组成和辛烷值等)。过度的氢转移活性会导致焦炭产率大幅度增加 [ 12 ] ，针对这一问题进行改性是目前研制降烯烃催化剂的主要方向之一，而稀土元素掺杂具有明显的作用。 徐德志等 [ 13 ] 对氢转移反应进行概述，着重分析了催化裂化氢转移反应活性受到稀土含量、硅铝比、晶粒度、催化剂孔结构的影响。依靠对催化剂相关技术的完善，选用良好活性的氢转移催化剂，不但能够对催化裂化汽油烯烃含量加以降低控制，而且在保证辛烷值不降低的同时，有效抑制焦炭的形成。陈清等 [ 14 ] 通过研究发现，USY型分子筛引入稀土元素之后，由于极化质子的作用，稀土元素对催化剂密度与酸强度有所提升，使烯烃吸附能力同样获得提高，致使相应的氢转移反应速度加快，汽油烯烃的含量下降。催化剂的稀土含量需要保持适当，以便对氢转移反应有效控制。不同稀土离子改性的分子筛其氢转移活性和稀土离子的半径呈较好的线性关系，目前发现掺杂的稀土离子半径越大，氢转移活性越高 [ 15 ]。 3.3. 掺杂稀土元素对分子筛催化活性的影响 一般认为，稀土元素掺杂分子筛在石油催化裂化中能提高其裂化活性及硫转移活性，且在一定范围下，分子筛骨架上的稀土含量越高，活性也越高 [ 16 ]。 孙书红等 [ 17 ] [ 18 ] 发现当催化剂中稀土含量达1.4%时，催化剂活性提高了70%，但是稀土含量高于1.4%时，催化裂化汽油的MON辛烷值开始降低。沈本贤等 [ 19 ] 采用铈与镧对USY进行改性，用FT-IR等分析方法对改性催化剂的表面酸性进行了表征，结果表明经过多次氧化还原循环，稀土Ce与La的引入能提高催化剂硫转移活性，具体可以达到60%以上，同时也减少了SO x 的排放。
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user: 4. 掺杂稀土元素提高分子筛抗中毒能力 在催化裂化过程中，由于碱性、极性分子及多环芳烃可导致结焦的有机物与催化剂的酸性中心快速吸附，以及催化原料中的重金属随反应–汽提–再生过程不断的在催化剂表面沉积，会致使催化剂暂时性失活或不可逆失活，而稀土元素的掺入能显著提高分子筛抗中毒能力 [ 20 ]。 催化原料油中通常含有多种重金属元素，比如镍、钒、铁和铜等，它们在裂化过程中会不断析出并沉积到催化剂上，引起催化剂的不可逆失活，其中钒是对催化剂活性影响最大的重金属元素。沉积在催化剂上的钒，不仅会使催化剂的裂化活性降低，目标产物的选择性变差，而且还会导致裂化装置的气体压缩机和鼓风机超负荷运行，使再生器温度提高，新鲜催化剂的补充速度加快，能耗增加等 [ 21 ]。通过向催化剂中添加稀土元素，不仅能有效提高催化剂的活性，改善产品的选择性，而且在抗重金属(特别是抗钒)方面发挥十分重要的作用 [ 22 ]。李雪礼等 [ 23 ] 采用x射线衍射研究了不同形式稀土与钒之间的高温固相反应过程，结果表明离子态稀土比氧化态稀土更容易与钒反应生成高温稳定的钒酸稀土，减缓了钒在催化剂中的迁移以及酸性中心的结合速率，抑制了钒酸对分子筛骨架的水解作用，提高了催化剂抗中毒能力，最终使得总液体、轻油收率分别增加了1.22，1.43个百分点，焦炭产率、生焦因子分别下降了0.82，0.19个百分点。
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user: 5. 稀土元素种类及含量对分子筛催化剂的影响 通常初始合成的分子筛是钠型的，无催化活性，必须用其他的阳离子将钠离子置换后才有裂化活性，通常可选用的阳离子有NH 4 、Ca、Mg、Mn和稀土离子等，其中以稀土离子交换后的分子筛活性高、稳定性好。 Trigueiro等 [ 24 ] 通过向分子筛中引入不同稀土元素，研究其对分子筛结构稳定性的影响，结果表明所有稀土元素掺杂的分子筛崩坍峰温度(960℃左右)都比掺杂前(850℃左右)高，稀土元素有稳定分子筛结构的作用。此外崩坍峰温度都随稀土离子的掺杂量的增加而增加，但当掺杂量达到40%以上后，崩坍峰温度趋于稳定，不再随掺杂量的增加而增加，当掺杂量未达到40%时，重稀土元素(Tb、Ho、Er、Tm)掺杂的效果似乎更好。 卢维奇等 [ 25 ] 通过将Gd引入Pt/KL，发现Gd与Pt能发生相互作用，Gd对Pt具有给电子效应，从而增加了催化剂的金属功能，使Pt-Gd/KL的芳构率和活性提高。此外在Pt/KL中加入Ce或Yb，可阻止Pt粒子的结块，从而抑制催化剂的失活 [ 26 ]。 刘小鹏等 [ 27 ] 进行了铈、镧改性分子筛的研究，发现稀土含量对Y型分子筛晶胞常数和结晶度保留率的影响如图3所示，进一步研究发现当稀土含量较低时，由于Ce 4+ 更有利于形成更多的固体强酸，铈对分子筛的稳定作用优于镧，适量铈改性分子筛的优点在于焦炭收率低、汽油和柴油收率高。 李栋藩等 [ 28 ] 研究了稀土含量对超稳Y沸石的酸性及裂化活性的影响，发现随着超稳Y沸石中稀土 图3. 稀土含量对Y型分子筛晶胞常数和结晶度保留率的影响 [ 27 ] 含量的增加，沸石的强酸中心和弱酸中心增加，正己烷裂化活性增高，裂化活性与沸石酸性呈较好的对应关系。
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user: 6. 废稀土掺杂分子筛中稀土回收的研究进展 在一些经过稀土掺杂改性的分子筛中，含有4%~5%的稀土元素(以氧化物计)，几乎可以与稀土矿石中的稀土含量相媲美，因此废分子筛中稀土元素具有较高的回收价值，将其变废为宝，进行综合利用势在必行。 虽然国内外针对各种废料中稀土的回收研究较多，但国内针对催化剂中稀土元素的回收工作尚处于实验探索阶段 [ 29 ]。目前的现有技术中，为使沸石骨架彻底坍塌，大多直接应用浓酸浸取，再从复杂混合物中分离出稀土，这样导致分离工艺极其复杂，回收成本较高，且对生态环境有较大的冲击。 有机萃取剂萃取稀土是相对工艺较简单、回收成本较低的一种新方法。何捍卫等 [ 30 ] 研究发现，采用浓度为60%的P507(2-乙基己基膦酸单-2-乙基己基酯)作萃取剂，在一定条件下回收废FCC中的La和Ce元素不小于87%。吴声等 [ 31 ] 研究了P507体系反萃取条件对平衡负载稀土量的影响，建立了引入平衡负载概念的反萃取工艺参数计算方法，还有一些文献专利 [ 32 ] [ 33 ] 报道了用P507为萃取剂或P507和其他萃取剂组成的协同萃取剂分离含有重金属稀土原料的计算方法，这些报道对于废稀土掺杂分子筛中稀土的回收利用均有很好的参考意义。 针对不同的废稀土掺杂分子筛情况，尚需要进一步深入探究，找出优化的方法和条件，实现在较低成本下可工业化应用的大量回收催化剂中稀土元素的目标。
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user: 7. 结束语 流化催化裂化技术自工业化以来，已成为重油加工的重要手段，处于炼油技术的核心地位，但是由于重油和渣油在组成上的特殊性，对催化裂化催化剂提出了许多要求。运用不同方法向分子筛中掺杂不同稀土离子，能有效提高分子筛催化剂活性、结构稳定性和抗中毒能力，是提高催化裂化催化剂品质的有效方法，值得大规模推广应用。通过在炼油技术的催化剂中应用稀土，也是稀土资源的高值化应用的有效途径。为从废催化剂中高效地回收稀土，应该着重考察新浸出机制的引入、浸出和分离条件的优化、分离方式的选择、分离试剂的优化等，尽快实现工业化。
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user: 摘 要 长链非编码RNA(lncRNA)是一类长度超过200 nt (核苷酸)的功能性RNA分子，以RNA的形式在多种层面(表观遗传学、转录水平、转录后水平等)上调控基因的表达。在肿瘤的发生、发展过程中发挥着重要的作用。母系表达基因MEG3是第一个被发现具有肿瘤抑制功能的lncRNA。众多研究表明lncRNA MEG3表达于多种正常组织，而在大多数肿瘤组织或肿瘤细胞株中不表达。本文总结了lncRNA MEG3在研究方面取得的进展，主要就lncRNA MEG3在肿瘤发生发展中的作用作一综述。 关键词 :长链非编码RNA，MEG3，肿瘤 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 母系表达基因(materally expressed gene 3， MEG3)，是一种印迹基因，定位于染色体14q32.3，是由Miyoshi等人于2000年首次发现的小鼠母体印记基因Glt2的人类同系物 [ 1 ] 。lncRNA MEG3是第一个被发现具有肿瘤抑制功能的lncRNA(long non-coding RNA)，在许多正常组织中表达，而在多种人类肿瘤和肿瘤细胞中表达缺失 [ 2 ] [ 3 ] 。本文就lncRNA MEG3的功能研究进展及lncRNA MEG3在肿瘤发生发展中的作用作一综述。
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user: 2. 长链非编码RNA 人类基因组中约有98%的转录产物为非编码RNA (noncoding RNA， ncRNA)，在生长发育、肿瘤发展等过程中起着广泛而重要的作用 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 。非编码RNA包括短链非编码RNA和长链非编码RNA。短链非编码RNA，如miRNA和siRNA的功能和临床意义已被证实，而长链非编码RNA(lncRNAs， >200 nt)的功能和临床意义已成为最近研究的热点。新近研究发现，lncRNAs并不编码蛋白，而是以RNA的形式在多种层面上(表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等)调控基因的表达水平 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。 已有众多研究证实，lncRNAs在肿瘤的形成过程中发挥着重要的生物学作用。LncRNA差异表达于正常组织与肿瘤中，特异性的lncRNA可作为肿瘤的预测因子。例如，lncRNA HOTAIR在乳腺癌中表达显著上调，沉默其表达后影响了乳腺癌细胞的侵袭能力，且与乳腺癌患者的预后不良密切相关 [ 10 ] ；lncRNA MALAT1在NSCLC中表达显著上调并促进了NSCLC细胞的侵袭和转移，可作为NSCLC患者预后不良的分子指标 [ 11 ] 。 LncRNA MEG3是第一个被发现有肿瘤抑制作用的lncRNA。LncRNA MEG3表达于多种正常组织，特别在脑组织呈现高表达，然而在肿瘤组织及一些肿瘤细胞株中不表达，提示lncRNA MEG3具有肿瘤抑制因子的作用 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] 。
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user: 3. lncRNA MEG3来源 Zhang等人 [ 2 ] 为了明确垂体腺瘤的分子生物学发病机制，运用cDNA代表性差异分析法(cDNA-RDA)方法比较了正常垂体组织和无功能性垂体腺瘤间基因表达的差异，其中下调最为明显的四种基因分别是GADD45-γ，组蛋白剪切酶6，DLKl和MEG3。印记基因MEG3在正常人促性腺激素细胞中有表达，而在促性腺激素细胞起源的无功能性垂体腺瘤中不表达；Northern Blot和RT-PCR分析进一步表明：lncRNA MEG3在功能性垂体腺瘤及许多细胞株中也不表达。基因分析表明：lncRNA MEG3定位于染色体14q32.3。Miyoshi等 [ 1 ] 于2000年首次发现lncRNA MEG3基因是小鼠基因Gtl2的同系物。LncRNA MEG3或Gtl2基因与另一个印记基因Dlk1密切相关 [ 16 ] 。Dlk1编码包含6个表皮生长因子重复序列的跨膜蛋白，但lncRNA MEG3或Glt2基因的功能还不明确。
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user: 4. lncRNA MEG3特点 LncRNA MEG3，一种母系表达的印迹基因，编码长度为~1600个nt的长链非编码RNA的表达(17)。LncRNA MEG3具有10个外显子组成的单拷贝印迹基因，由于不同的剪接方式共发现了12个表型，每个表型包含共同的外显子1-3和8-10，在外显子4-7有不同的链接方式；12个lncRNA MEG3表型均显示3个明显的二级结构域 [ 1 ] [ 17 ] [ 18 ] 。 功能上，lncRNA MEG3可以刺激肿瘤抑制因子p53介导的转录活性，使p53蛋白在细胞内聚集，降低了p53负性调节因子MDM2蛋白的表达 [ 17 ] ，同时选择性地激活p53的下游目标基因GDF15(TGF-β家族成员，具有抑增殖作用 [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] ；而p53的另一个众所周知的靶基因p21 CIPI 并不受lncRNA MEG3的影响 [ 17 ] 。同时，lncRNA MEG3本身的表达也受表观遗传学的控制，在多种肿瘤中lncRNA MEG3存在异常的CpG甲基化 [ 22 ] [ 23 ] 。
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user: 5. lncRNA MEG3与肿瘤的研究进展 除了正常的垂体组织，lncRNA MEG3在脑、肾上腺以及胎盘组织中均高表达 [ 2 ] ，而在几乎全部无功能性垂体瘤、大部分功能性垂体瘤、肝癌以及神经胶质瘤等肿瘤中lncRNA MEG表达是缺失或明显下调的 [ 2 ] [ 20 ] [ 24 ] 。 5.1. lncRNA MEG3与无功能性腺瘤 垂体腺瘤占颅内肿瘤的10%，人群发病率为20%，无功能性垂体腺瘤(non-functional adenomas， NAFs)体肿瘤的30% [ 25 ] 。NAFs的细胞起源差异很大，确诊时往往肿瘤体积较大，肿瘤压迫致临床常继发出现垂体功能低下，视力下降及视野缺损等症状 [ 26 ] 。尽管NAFs大多数是良性肿瘤，但约5%~35%的肿瘤呈侵袭性生长，破坏硬膜、颅骨，侵入蝶窦或海绵窦；极少数是恶性肿瘤，转移到中枢神经系统以外的其他区域生长 [ 25 ] [ 26 ] 。 Zhang等人 [ 2 ] 运用cDNA-RDA方法比较了正常垂体组织和NAFs间基因表达的差异，发现lncRNA MEG3下调较为明显；为了进一步验证lncRNA MEG3在NAFs中的表达，他们运用RT-PCR检测了在五种正常脑垂体以及八种促性腺激素来源的NAFs中lncRNA MEG3的表达。在正常脑垂体中lncRNA MEG3均有表达，而在NAFs中lncRNA MEG3无表达；同时又通过qRT-PCR检测了16例正常垂体和50例额外的促性腺激素细胞来源的NAFs。在19例NAFs中lncRNA MEG3的表达水平少于正常垂体的2%。这些数据表明lncRNA MEG3表达在促性腺激素细胞来源的NAFs中是缺失的；同样检测了LHβ或FSHβ表达阴性的肿瘤，发现这些肿瘤中MEG3的表达类似于促性腺激素细胞来源的NAFs。 所有结果表明NFAs中lncRNA MEG3表达缺失是普遍现象。 5.2. lncRNA MEG3与脑膜瘤 脑膜瘤占所有中枢神经系统肿瘤的15%~25%。脑膜瘤生长比较缓慢，分期为I级的脑膜瘤被认为是良性的，但是I期脑膜瘤的复发会导致重要结构的挤压，从而导致临床神经系统功能的损伤；II期或III期脑膜瘤发病率低于20%，却具有较强的侵袭能力，随着发病率及死亡率的增加具有了高的复发风险 [ 27 ] 。 Zhang等人 [ 19 ] 报道lncRNA MEG3与脑膜瘤的病理发生、临床进展相关，在正常脑膜细胞高表达，而在大多数人脑膜瘤组织或细胞株中不表达，同时lncRNA MEG3表达的缺失与肿瘤的分级存在强烈的相关性。另外，lncRNA MEG3基因启动子在脑膜瘤CpG甲基化增加。从功能上看，lncRNA MEG3抑制脑膜瘤细胞的DNA合成及细胞集落的形成，而且刺激p53的转录活化。 5.3. lncRNA MEG3与肝细胞癌 肝细胞癌(hepatocellular carcinoma， HCC)是全世界发病率迅速上升的恶性肿瘤之一，目前肝移植是治疗早期肝癌最有效的根治方法，但是术后复发是影响肝癌患者远期生存最主要的问题。 Braconi等人 [ 24 ] 研究表明，与正常肝细胞相比，lncRNA MEG3在肝癌细胞中下调了210倍；过表达lncRNA MEG3后显著地抑制了肝癌细胞的生长，诱导了肝癌细胞的凋亡。MiR-29能够通过启动子区的超甲基化来调控lncRNA MEG3的表达并增加lncRNA MEG3的表达水平，提出了lncRNA MEG3将会成为肝细胞癌干扰治疗中的一个潜在的下游靶点。 5.4. lncRNA MEG3与膀胱癌 膀胱癌发病率位于男性恶性肿瘤的第四位 [ 28 ] 。分子及病理研究将膀胱癌至少分为两大类：泌尿道上皮肿瘤是非侵袭性的乳突状肿瘤，发生较多但是较少进展；而侵袭性的膀胱癌进展非常快，病人往往预后不良，且五年生存率只有50% [ 29 ] [ 30 ] 。因此，研究其分子机制就显得尤为重要了。 Ying等人 [ 31 ] 研究发现，相比于正常组织，lncRNA MEG3在膀胱癌组织中的显著减少，且在肿瘤组织中的自噬活性明显增强，同时体内研究发现lncRNA MEG3和LC3-II (一种自噬标记物)之间具有负性相关性；进一步在体外实验中发现lncRNA MEG3抑制了自噬活性，而敲除lncRNA MEG3表达后激活了自噬活性；下调lncRNA MEG3表达后会抑制细胞的凋亡，而自噬的抑制剂能够解救lncRNA MEG3敲除所导致的细胞凋亡，更重要的是自噬抑制剂消除了lncRNA MEG3敲除后所导致的细胞增殖。 以上数据表明，在膀胱癌中下调lncRNA MEG3后会激活自噬从而增强细胞的增殖。 5.5. lncRNA MEG3与其他肿瘤 另外一些研究显示，lncRNA MEG3与神经胶质瘤增殖相关，lncRNA MEG3的过表达抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡，并且与p53基因的活化有关 [ 20 ] ；在对多发性骨髓瘤、急性髓性白血病、骨髓增生异常综合症病例lncRNA MEG3基因启动子差异性甲基化区的甲基化状态分析发现，在57%的多发性骨髓瘤存在异常的甲基化谱，并且甲基化谱与疾病的亚型和疾病的阶段具有相关性，同时发现，在34.9%MDS和47.6%的急性骨髓性白血病有异常甲基化，但在甲基化状态与核型和预后评分系统间没有重要联系然而，采用生存分析法发现，lncRNA MEG3启动子异常高甲基化的急性骨髓性白血病、骨髓增生异常综合症病例总的幸存率下降 [ 15 ] [ 32 ] 。
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user: 6. 展望 一个好的肿瘤抑制因子应该至少满足以下三个标准：1) 在肿瘤中功能性的失活；2) 过表达后会在体内外抑制肿瘤生长；3) 敲除了这些基因后会导致肿瘤的形成或老鼠模型中发育的缺陷。许多研究已经报道，lncRNA MEG3在多种肿瘤组织及肿瘤细胞中表达缺失。过表达lncRNA MEG3后能够抑制肿瘤细胞的增殖，诱导细胞的凋亡。lncRNA MEG3的功能可能是通过肿瘤抑制因子p53来调节。众多研究表明lncRNA MEG3是一个新型的lncRNA肿瘤抑制因子。尽管对lncRNA MEG3作用的分子机制的认识还相对有限，但是lncRNA MEG3在不久的未来将有可能成为临床肿瘤治疗的理想靶点。
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user: 摘 要 通过解算北斗卫星基线单历元时间序列，分析其误差特性，时间序列中主要包含周期性误差及高频噪声的影响。本文通过使用中值滤波和小波分析等去噪方法，对时间序列中的高频噪声进行滤波，实验结果表明，高频噪声接近正态分布特性，可归类于偶然误差，通过滤波能得到较好地抑制，小波分析相对而言更适合用于北斗单历元去噪。 关键词 :北斗单历元定位，时间序列，中值滤波，小波分析 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 北斗卫星导航系统(BDS)的设计空间星座由5颗地球静止轨道(GEO)卫星、27颗中圆地球轨道(MEO)卫星和3颗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星组成 [ 1 ] 。截止2018年2月12日，共发射了29颗北斗导航卫星。随着北斗系统进一步发展与完善，北斗高精度定位逐渐成为研究热点。卫星信号穿过电离层、对流层到达接收机会受到一系列干扰和延迟。在信号传播路径误差中，电离层延迟、对流层延迟可通过模型改正削弱，相对定位差分技术可大幅度削弱相关性误差，但仍然存在一定的残差。差分技术无法消除多路径误差，在消除其他强相关性误差后，多路径误差成为主要的误差源 [ 2 ] 。通过实测数据发现，北斗GEO、IGSO、MEO卫星伪距观测量中均包含严重的多路径误差，同一个卫星的多路径误差与该卫星的高度角呈强相关关系 [ 3 ] 。文献 [ 4 ] 根据基线解算结果提取了观测站的多路径误差时间序列，并通过最大相关性分析确定了多路径误差的周期，在此基础上提出了适用于北斗系统的恒星日滤波算法。文献 [ 5 ] 基于实测数据提取多路径误差并分析其所具有的特性，探讨不同定位解算方式中的多路径误差消除策略。北斗单历元时间序列中不仅包含多路径误差，还包含有高频噪声，为了提取较为纯净的多路径误差需要对时间序列进行去噪。高频噪声一般为高斯白噪声，具有单峰、有界、对称、零均值四个特性。北斗单历元时间序列由于观测误差包含有高频噪音，其去噪是一个基本问题，本文通过中值滤波、小波分析等去噪方法，对北斗单历元时间序列中的噪声进行滤波，从而移去其中的偶然误差；并从均方根误差、信噪比、平滑度的角度比较分析两种方法的特性，评价去噪效果，从而为选择滤波方法提供参考。
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user: 2. 北斗基线时间序列的误差特性 为了研究北斗单历元的误差特性，在校园内进行北斗实验数据采集，基线长度约482米，观测开始时间是2015年1月12日8时0分0秒，结束时间2015年1月12日8时59分59秒，采样率为1秒，共采集3600个历元的观测值。通过电离层残差组合和M-W组合解算北斗整周模糊度和探测周跳，使用卡尔曼滤波解算北斗单历元定位。基线解算结果在N，E，U三个方向的基线分量及其残差的直方图如图1、图2所示。 基线解算表明，北方向分量均方根误差和东方向分量均方根误差相对较小，为3.7 cm和6.3 cm，高程方向均方根相对较大，为15.7 cm。由三个方向的直方图可知，时间序列中包含有高频噪声，噪声分布服从近似正态分布，属于高斯噪声。
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user: 3. 去噪方法 为了过滤北斗单历元时间序列中的高斯噪声，常采用中值滤波、小波分析等去噪方法，以下简单介绍去噪原理并将去噪结果进行对比分析。 图1. BDS基线解算结果 图2. BDS基线残差分布 1) 中值滤波 中值滤波是选取一定大小的窗口，将窗口内的数据按照从小到大排列，取其中值为窗口中心的替代值得一种滤波方法。其本质为一种低通滤波，具有平滑效果，可以较好地消除高斯噪声。中值滤波包括一维中值滤波和二维中值滤波，去噪效果与选取的窗口有关，窗口过大容易过度平滑，窗口太小则达不到去噪效果，因此须合理选择去噪窗口。我们共观测了一个小时1 Hz的数据，选取滤波窗口为25进行滤波，通过中值滤波得到结果如图3所示，其中滤波残差为原始信号减去滤波信号。 3600个滤波残差的统计特性如图4所示。从图4中我们可以看出，过滤残差近似服从正态分布，因此中值滤波的过滤部分属于随机偶然误差。 通过中值滤波，可获得滤波后残差，各不同方向滤波后残差的均方根误差值为：北向±5.0 mm，东向±2.9 mm，高程方向为±13.6 mm。 2) 小波去噪 小波广泛应用于图像处理、数据压缩、信号处理等应用领域，是近年来热门数据处理手段之一。相比于傅里叶变换，小波可以实现低频处频率细分，高频处时间细分，能自适应时频信号分析的要求，克服了傅里叶变换的难题。小波去噪在GPS数据处理方面有广泛的应用。以基线观测数据为研究对象，采用不同分解层数、不同阈值选取方法、不同小波函数等三种方案进行小波去噪处理，结果表明选用合适的去噪方法可以很大程度上提高基线解算的精度，反之则会降低基线解算的精度 [ 6 ] 。文献 [ 7 ] 提取GPS信号中的两颗卫星载波相位L1上的C/A码，分别通过不同历元间求出单差以及双差，再分别选取一定的小波基函数和选取特定的阈值对其进行小波分析去噪，通过信噪比、均方根误差作为小波函数和阈值 图3. 基线2021~2951东方向分量和高频噪声 图4. 残差统计 选取的标准及去噪效果的评价标准，将获取的不同小波去噪结果进行对比，根据对比的结果确定选择哪种小波，选取何种阈值，确定小波函数和阈值以后，最后选取平滑度来确定最终去噪的效果。 小波阈值去噪，是通过对信号进行小波分解，采用一定的原则进行去噪后重构信号，实现过滤噪声的目的。因此，小波去噪的一般步骤为： a) 分解过程：首先根据信号的特性和波形选择合适的小波，再对需要处理的信号进行多层分解，然后通过小波变换，得到小波变换的系数。 b) 阈值过程：根据公式计算小波阈值，得到小波阈值后再选择合适的阈值对分解后的各层系数进行降噪处理。 c) 重构过程：对降噪处理后的结果进行小波逆变换，将去噪后的信号进行恢复。 小波阈值去噪包括小波函数的选取、阈值的确定、分解层数的确定和去噪效果评价。关于小波函数的选取，当被检测的信号的震荡频率与相应的尺度函数的小波震荡频率接近时，信号获取了较大系数的小波分解，通过这种手段就可以利用小波分析将多尺度信号中的不同频率提取。可以采取熵值来度量信号和小波基之间的距离，距离越小或者是熵值越小信号则它们之间的差别越小，信号获取的分解越大。阈值选取有软阈值和硬阈值法，相比而言，用硬阈值处理后的信号比用软阈值处理后的信号显得更为粗糙 [ 7 ] 。
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user: 4. 去噪效果评价 关于如何评价去噪的效果，传统的评价指标有均方根误差(RMSE)、信噪比(SNR)、平滑度(r)以及相关系数(R) [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 。设原始信号为 x ( i ) ，去噪后信号为 x ˜ ( i ) ，n为信号数量，则各评价指标算式如下。 1) 均方根误差 均方根误差(RMSE)主要是体现了去噪信号与原始信号之间的偏差程度，均方根误差RMSE的计算公式为： RMSE = ( x ( i ) − x ˜ ( i ) ) 2 n (1) 均方根误差值越小，偏差度就越小，去噪效果越好。 2) 信噪比 信噪比(SNR)主要是体现噪声信号在整体信号中的比重，是原始信号能力与噪声能力的比值，其计算公式为： SNR = 10 lg [ ∑ i = 1 n x ( i ) 2 ∑ i = 1 n ( x ( i ) − x ˜ ( i ) ) 2 ] (2) 其值越大说明去噪效果越好。 3) 平滑度 平滑度(r)主要是表述了信号是否有局部的突变，计算公式为： r = ∑ i = 1 n − 1 [ x ˜ ( i + 1 ) − x ˜ ( i ) ] 2 ∑ i = 1 n − 1 [ x ( i + 1 ) − x ( i ) ] 2 (3) 平滑度越小，信号越光滑，去噪效果越好。 4) 相关系数 相关系数(R)主要是体现去噪后信号与原始信号的相似度，相关系数的计算公式为： R = ∑ i = 1 n ( x ( i ) − x ( i ) ¯ ) ( x ˜ ( i ) − x ˜ ( i ) ¯ ) ∑ i = 1 n ( x ( i ) − x ( i ) ¯ ) 2 ⋅ ∑ i = 1 n ( x ˜ ( i ) − x ˜ ( i ) ¯ ) 2 (4) 相关系数越接近1，说明去噪后所得到的信号与原始信号拟合的越好，去噪效果越好。 以有大量文献对如何选取去噪指标进行研究。文献 [ 8 ] 等综合分析以上四个指标，并将其归化到[0， 1]得到总体评价指标，出现最大值时认为去噪效果最优。文献 [ 9 ] 借助最小均方根误差、信噪比及光滑度变化随小波分解尺度增加的收敛特性，提出了一种多指标融合的小波去噪最佳分解尺度选择方法。文献 [ 10 ] 针对传统评价指标应用于小波去噪质量评价的局限性，提出了一种复合评价指标。文献 [ 11 ] 论述了基于均方根误差变化率的方法、基于总体评价指标的综合法、多指标融合法及复合指标法，得出结论多指标融合法只能确定小波分解尺度的大致范围，基于总体的评价指标和复合评价指标可以准确判定小波分解层数。本文实验中，我们参考文献 [ 11 ] 提出的评价指标进行分解层数的确定及效果评价，选取db4小波函数，采用软阈值去噪方法进行去噪。
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user: 5. 去噪结果分析 采用中值滤波、小波阈值去噪，对基线N，E，U三个方向进行去噪，去噪结果如图5所示(限篇幅，图5仅列出东方向)。 由图5可知，中值滤波去噪结果在边界处比较粗糙，相对而言，小波阈值去噪结果更为平滑。各方向不同滤波方法的评价指标如表1~表3所示。 图5. 去噪结果对比 Table 1 Filtering results of two methods (east direction 中值滤波 小波阈值去噪 RMSE (mm) 2.9 2.8 SNR 68.9 69.2 r 0.0056 0.0013 表1. 两种方法滤波结果(东方向) Table 2 Filtering results of two methods (north direction 中值滤波 小波阈值去噪 RMSE (mm) 4.9 4.8 SNR 37.9 38.2 r 0.0054 0.0009 表2. 两种方法滤波结果(北方向) Table 3 Filtering results of two methods (height direction 中值滤波 小波阈值去噪 RMSE (mm) 13.5 13.1 SNR 21.5 21.7 r 0.0056 0.0008 表3. 两种方法滤波结果(高程方向) 由表1~表3可知，采用两种去噪方法去噪后计算的均方根误差都比较接近。东方向RMSE在2.8~2.9 mm之间，SNR在68~70之间；北方向RMSE在4.8~4.9 mm之间，SNR在37~39之间；高程方向RMSE在13.1~13.5 mm之间，SNR在21~22之间，说明两种方法都可以较好地去除随机噪声。从平滑度方面分析，小波消噪结果平滑度更小，平滑度是表述了信号是否有局部的突变，平滑度越小，信号越光滑，去噪效果越好。
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user: 6. 结论 实验表明，滤去的高频噪音符合偶然误差的四个特性，可归类为偶然误差，通过滤波等方法，可以从北斗单历元时间序列中较好地移除。中值滤波效果取决于所选取的滤波窗口大小，窗口的大小通常由经验确定，难以实现对去噪结果的最优化。小波具有多分辨率的特性，去噪效果与所选的小波函数、分解层数、阈值方法有较大关系。通过选择合适的小波基函数、分解层数、阈值方法，可以获得更优的去噪结果。
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user: 摘 要 CORS-RTK在煤矿地面测量工程中得到了广泛地应用，其在煤矿岩移沉降监测方面的应用仍存在不足。本文针对煤矿岩移沉降观测正常高测量问题进行探讨，基于矿区似大地水准面和区间高程异常变化率构建了CORS-RTK高程修正模型，实例分析获得了很好的精度和可靠性，具有一定的推广应用价值。 关键词 :CORS-RTK，岩移观测，似大地水准面，高程修正模型，正常高 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 CORS-RTK技术给现代矿山测量带来技术变革 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。CORS-RTK技术较之传统测量技术可以提高测量精度、减少工作量、提高工作效率、节约资金等优势，已在矿山测量中获得广泛应用 [ 3 ] - [ 9 ] 。但，CORS-RTK测量高程成果的精度显著低于平面测量精度，特别是正常高测量精度远低于传统几何水准测量精度，大大地限制了其在煤矿岩移沉降监测上的应用 [ 2 ] [ 10 ] - [ 15 ] 。 基于此，本文拟基于矿区大似地水准面和区间高程异常变化率构建CORS-RTK高程修正模型，并进行实例验证，以期拓展CORS-RTK的应用范围，获得其在岩移沉降监测方面的广泛应用。
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user: 2. 修正模型 CORS-RTK测量可获得监测点平面位置及高程信息，其中高程为以大地水准面为参考面的大地高经由仪器内置模型拟合出监测点高程异常进而转换为点位正常高，大地高与正常高关系见式(1) [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] 。但由于CORS-RTK内置转换模型通常为大范围区域似大地水准面模型，有时无法精确反应小区域内的高程异常变化趋势，故需对CORS-RTK测量中高程异常变化项进行改正。 h r = H 84 − ζ (1) 2.1. 高程异常变化率修正模型 地面任意两控制点a、b之间的高程异常变化率为： α a b = ( Δ H a b − Δ h a b ) / S a b (2) 式中， α a b 为 a 、 b 方向的高程异常变化率，单位为 m / km ； S a b 为 a 、 b 点间的平距，单位为 km ； Δ H a b 为 a 、 b 点间的大地高差，单位为 m ； Δ h a b 为 a 、 b 点间的正常高高差，单位为 m 。利用控制点计算两点间的高程异常变化率，为了更准确，可以是多点间高程异常变化率的平均值。 根据式(2)，a、b两点间的高程异常差为： Δ ξ a b = α a b S a b (3) 其中， Δ ξ a b = Δ H a b − Δ h a b 。 若在高程异常变化方向(ab)布设岩移观测点，经RTK测量后可得到观测点j与a或者b的平距 S a j 或 S b j ，由(3)式可得观测点与已知点的高程异常差 Δ ξ a j 或 Δ ξ b j 。则CORS-RTK的高程异常改正为： ξ ¯ j = ξ a − Δ ξ a j ( ξ ¯ j = ξ a − Δ ξ b j ) (4) 式中， ξ ¯ j 为 j 点改正后的高程异常值， ξ a 或 ξ b 为 a 或 b 点实测高程异常值， Δ ξ a j 或 Δ ξ b j 为 j 点高程异常修正值。结合(1)式，则CORS-RTK测量的高程修正模型为： h j = H j − ξ ¯ j (5) 2.2. 二次曲面拟合修正模型 二次曲面高程异常值拟合模型，即： ξ j = a 0 + a 1 x j + a 2 y j + a 3 x 2 j + a 4 y 3 j + a 5 x j y j + Δ (6) 式中， α i j 为拟合系数， ξ j 为 j 点的高程异常值，至少需要6个已知控制点高程异常值。 通过矿区及临近区域已知点GPS数据和相应水准数据对(6)式进行解算，得到区域高程异常模型。在岩移观测点j上进行CORS-RTK观测，获得观测点的平面位置信息。通过训练好的二次曲面拟合模型解算出观测点的高程异常值 ξ j ，以 ξ j 作为j点RTK的高程异常修正值即 ξ ¯ j = ξ j 。j点正常高有： h j = H j − ξ j (7)
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user: 3. 算例及分析 3.1. 测区概况及已有数据 煤矿位于济宁市某县，矿区所在位置地面起伏较为平坦，多为农田。为了研究地表岩移规律，在二采区地表建立地表岩移观测站，沿工作面走向方向布设一条观测线N，设置了62个观测点，在观测线N的中点且垂直与N的方向上布设观测线E，设置了58个观测点。数据采集采用济南CORS基站，应用RTK技术进行平面和高程测量。开采面沉降区域外共有11个C级GPS已知点且均进行了三等水准联测。测区已知点分布、二采区地表范围(矩形区域)及观测线见图1。 图1. 二采区范围及已知点分布 3.2. 修正计算 为验证模型修正准确度与两种模型的修正优劣，在考虑测区已有数据的前提下进行以下方案设计：利用测区已知数据分别计算出二采区的高程异常拟合模型，选取二采区地表观测线N方向3个岩移观测点(A01、A02、A03)与E方向3个岩移观测点(S01、S02、S03)进行修正计算，计算结果与6个岩移观测点的四等水准测量结果对比。 1) 高程异常变化率修正计算 依据图1，在二采区地表沉降范围外N、E观测线两端布设四个GPS控制点与测区已知点进行C级GPS静态测量并进行三等水准联测，经网平差计算后作为二采区岩移观测的控制点。二采区控制点分布图见图2。 利用式(1)、(2)计算观测线方向高程异常变化率，计算结果见表1。 根据表1和式(2)~(5)，可得6个CORS-RTK岩移观测点的高程异常修正值，及修正后的正常高，计算结果见表2。 2) 二次曲面拟合修正计算 利用测区已知数据、式(1)及最小二乘法可得测区二次曲面高程异常拟合模型 ξ = − 8.785383456 − ( 3.64 × 10 − 5 ) x + ( 3.56 × 10 − 5 ) y + ( 6.01 × 10 − 8 ) x y + ( − 4.33 × 10 − 8 ) x 2 + ( 7.29 × 10 − 9 ) y 2 (8) 图2. 二采区控制点分布 Table 1 Calculation results of elevation abnormal change rat 方向 大地高差/m 正常高差/m 高程异常差/m 距离/km 高程异常变化率(m/km) N1-N2 −0.4154 −0.4259 0.0104 0.74 0.01405 E1-E2 −1.3361 −1.3134 −0.0227 0.54 −0.04203 表1. 高程异常变化率计算结果 利用式(8)及6个RTK岩移观测点观测数据可得各点高程异常修正值，及修正后的正常高，计算结果见表3。 3) 精度分析 据表2、表3，可得二采区地表观测线N、E方向上的正常高残差中误差以及与其相对应的四等水准测量限差。计算结果见表4。 3.3. 结果分析 据表2，高程异常变化率修正模型最大修正残差为4 mm，最小为2 mm，残差中误差为3.4 mm。据表3，二次曲面修正模型最大修正残差为4 mm，最小为1 mm，残差中误差为2.9 mm。对比表1、表2，两种修正模型均能达到良好的修正效果。据表3，二采区地面沉降区在N、E方向上经过两种模型修正后的CORS-RTK点正常高均能达到四等水准测量的要求，且二次曲面修正模型总体上优于高程异常变化率修正模型。 Table 2 Correction results of CORS-RTK rock-movement monitoring point 点号 大地高/m 高程异常修正值/m 修正后正常高/m 四等水准高/m 正常高残差/mm A01 27.643 −8.863 36.506 36.503 3 A02 27.651 −8.860 36.511 36.507 4 A03 27.603 −8.850 36.453 36.456 -3 S01 27.642 −8.884 36.526 36.530 -4 S02 27.624 −8.873 36.497 36.498 -2 S03 27.562 −8.859 36.421 36.419 2 中误差 3.4 表2. CORS-RTK岩移监测点修正结果 Table 3 Correction results of CORS-RTK rock-movement monitoring point 点名 大地高/m 高程异常修正值/m 修正后正常高/m 四等水准高/m 正常高残差/mm A01 27.643 −8.859 36.502 36.503 −1 A02 27.651 −8.853 36.504 36.507 −3 A03 27.603 −8.857 36.460 36.456 4 S01 27.642 −8.891 36.533 36.530 3 S02 27.624 −8.872 36.496 36.498 −2 S03 27.562 −8.854 36.416 36.419 −3 中误差 3.1 表3. CORS-RTK岩移监测点修正结果 Table 4 Model Correction Accurac 方向 距离/km 高程残差中误差/mm 四等水准限差/mm 高程异常变化率修正 二次曲面拟合修正 N1-N2 0.74 4.1 3.6 4.3 E1-E2 0.54 3.5 3.3 3.7 表4. 模型修正精度
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user: 4. 结束语 CORS-RTK技术在矿山测量中具有明显技术优势，鉴于其在煤矿岩移沉降监测方面的限制，构建了利用CORS-RTK进行较高精度正常高测量修正模型。利用实例进行了验证，结果表明：在合理限制和外业观测条件良好的情况下，利用修正模型获得了测点正常高精度的明显提高，可以达到四等几何水准测量的精度。该模型可用于煤矿岩移沉降监测，具有很好的推广应用价值。
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user: 摘 要 数据采集单元DAU作为天气雷达的监控单元，在CINRAD/SA雷达调机和维修时故障定位中起到了重要的辅助作用。在新一代天气雷达面临技术升级和双偏振技术开发时，需要为其研制满足功能要求的DAU技术升级电路。文中介绍了基于FPGA作为控制核心的DAU技术方案，该设计不仅实现了原有基础上RDASC与DAU之间通信接口及雷达信号监控的功能，而且拓展了双偏振技术新增的功率监控和控制命令需求。新型的DAU电路板在功能上能够完全兼容替换旧型号的电路板，且新板电路布局和信号走线更加合理，单板性能的加强使得雷达系统的稳定性和可靠性得到进一步提升。新方案的DAU电路已经应用到SA，SB，CA，CB及X波段等多个型号的天气雷达中，通过详细的功能介绍希望能为相关领域的技术人员对雷达日常的使用和维护提供一定的借鉴和参考。 关键词 :DAU，FPGA，状态机，故障定位，可靠性 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 中国新一代天气雷达网计划由216部雷达组成，建设现已接近尾声 [ 1 ] [ 2 ] 。新一代天气雷达在多年的应用中不断优化和改进，雷达的稳定性逐年提高，由雷达网建设初期的无故障运行时间设计标准为平均故障时间(Mean Time Between Failure， MTBF) 300 h，提高到实际统计为MTBF 1000 h以上 [ 3 ] 。我国的新一代天气雷达CINRAD/SA (WSR-98D)来源于美国下一代天气雷达NEXRAD (WSR-88D)的型号技术升级，它继承了美国88D雷达结构和设计理念 [ 4 ] ，同样实现了对台风、龙卷风等重大天气的监控和预警功能 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。随着天气雷达双偏振技术的普及和推广，随着电子科学技术的不断向前发展，电子器件有了突飞猛进的发展，一方面先进的技术可以使雷达探测技术得以提升，另一方面原有一些基于88D设计初期的主流器件处于或濒临停产的现状，这些都促使CINRAD/SA雷达面临必要的技术升级。其中，CINRAD/SA的数据获取单元(Data Acquisition Unit，DAU)是天气雷达监控雷达各分系统状态并实现关键控制功能的一个雷达组件，适用于国内SA、SB、CA、CB、XA等多种型号天气雷达。它提供与维护面板、塔/市电以及发射机的接口 [ 8 ] ，它虽然在雷达整体故障列表里作为监控单元属于故障较低的部分 [ 9 ] [ 10 ] ，但是由于一些器件濒临停产，升级迫在眉睫。DAU以其丰富的雷达状态检测功能和关键命令控制功能，在雷达维修维护中起到重要帮助作用。雷达故障分析定位时，杨传凤等 [ 11 ] 、潘新民等 [ 12 ] 、舒毅等 [ 13 ] 和刘远等 [ 14 ] 都充分利用了DAU的监控优势。在新一代天气雷达主要技术升级和双偏振两个气象行业专项的资助下，DAU链路进行了技术升级和双偏振技术方案的设计。
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user: 3. DAU技术升级 DAU技术升级主要是对DAU数字板和DAU模拟板的升级，并实现DAU相关的双偏振监控需求。 3.1. 功能需求 DAU数字、模拟板的升级要完全兼容现有CINRAD/SA雷达系统的信号接口和RDASC软件的控制接口。数字、模拟板的单板设计须采用向下完全兼容的方案，不仅要支持现有的数据格式和控制策略实现单板的无缝隙替换，还要支持雷达升级、双偏振扩展的测量和控制相关需求。此外，为了保障新旧版本的顺利更迭，新升级的电路可用性和可靠性不能低于现有的电路。 3.2. 功能设计 图1为DAU升级设计的原理功能框图。新的DAU模拟板主要实现运算放大器对模拟信号的电平转换，符合采样要求的模拟信号分时复用ADC完成采样功能。其功能较为单一，而且多路器和ADC的时序受控于DAU数字板。新的DAU数字板设计采用FPGA为实现平台，它与RDA计算机采用RS-232标准电气接口。DAU数字板上的FPGA作为控制核心，要控制板内的异步通信(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter， UART)芯片HD1-6402完成串口数据的收发工作；要控制模拟板上的多路器分时复用ADC；要控制模拟板上的ADC完成采样；要控制板内的各路信号的采集；还要实现对RADSC下发控制命令的解码并传达给执行单元。 Table 3 Commands of RDASC/DA 命令名称 字头 字节0 字节1 字节2 字节3 状态请求 0x02 复位命令 0x03 音频报警开 0x03 0x01 0x21 0x81 0x01 音频报警关 0x03 0x01 0x01 0x01 0x01 天线底座操作 0x06 0x01 0x01 0x09 0x01 波导开关 0x06 0x01 0x81 0x01 0x01 波导开关2 0x06 0x01 0x01 0x21 0x01 发射机开高压 0x06 0x01 0x41 0x01 0x01 命令关闭 0x06 0x01 0x01 0x01 0x01 表3. RDASC/DAU控制命令 图1. DAU功能框图 3.3. DAU数字板FPGA控制设计 图2是DAU数字板FPGA程序控制的流程图。FPGA首先通过控制UART芯片将收到的串口数据进行解码，按照表3中数据字头定义进行解码——只提取以0x02、0x03、0x06为字头的命令数据。然后按状态请求命令和控制功能命令进行程序分流。分流后的控制命令，如果数据符合表3定义则传达控制命令，并通过电气接口进行执行；如果数据不符合表3定义则重新进入接收数据的解码模块等待新的命令。分流后的状态请求命令，则按RDASC/DAU接口中定义的数据顺序执行模拟信号采样和数字信号收集，将获取到的数据通过UART发送，即收即发，不缓存数据。 3.4. 通信保护 正常情况下RDASC以2 s的时间间隔向DAU发送状态请求数据，命令数据不定时发送。DAU数字板的FPGA内设置一超时计数器来判定串口通信是否正常。当超过9 s时，没有接收到来自RDASC的任意命令，内部计数器产生一个超时信号，该信号会驱动RDA维护面板上的报警灯亮起以示通讯超时。当RDASC与DAU通信超时失败时，暂停门联锁使发射机、波导开关和天线底座伺服停止工作，以免系统不受控对雷达起到保护作用。 3.5. DAU双偏振技术 天气雷达的双偏振技术指在原有发射水平极化电磁波的基础上，再新增垂直极化的电磁波发射。因此双偏振发射机发射两路电磁波时，需要新增一路垂直极化的波导，通过RDASC/DAU接口实现表3 图2. FPGA程序控制流程图 新增的波导开关2命令来实现控制。另外，DAU需要新增对垂直极化的发射机功率和天线功率模拟信号检测。新增的两路功率检测传感器信号从DAU链路模拟板接入采样，分别排在表1中RDASC数据序列中的第36和45字节，从而实现偏振功率参数的监控。 3.6. 电路板布局布线优化 旧的DAU模拟、数字板全部采用直插的阻容和芯片，单个元器件在电路板中占用的面积较大，最终导致电路板的布局和布线较为困难，均采用8层印刷电路板(Printed Circuit Board， PCB)板实现。新的DAU模拟、数字板根据PCB底部的信号接口位置，按芯片的功能进行区域优化达到芯片的合理布局，均以4个PCB板层实现了板图设计。另外，DAU数字板采用1片FPGA实现了原有10片PAL芯片的功能，选用体积较小的贴片的阻容元件，实现了元器件的集约化。器件布局合理后，对信号的布线设计起到积极的推动作用。单个信号层上实现了信号平行走线，多个信号层之间实现了信号垂直走线。这样的信号走线形式降低了信号间的干扰，实现了优良的电磁兼容性。
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user: 4. 应用效果 目前，新升级的DAU模拟、数字板已经在全国SA、SB、CA、CB及X波段等多个单双偏振天气雷达型号上成功应用。新的电路板，稳定性和可靠性较旧型号由大幅度提升。特别是数字板，采用FPGA控制程序状态机稳定，程序加载后在芯片内部由门逻辑和寄存器组成，不会产生由堆栈溢出或程序跑飞造成死机的问题；单片FPGA替代了原来10片可编程芯片的方案设计，解决了原来方案中由于单片可编程芯片故障造成联锁导致其他可编程芯片不能正常工作的现象，对提升天气雷达系统的可靠性做出了监控部分应有的贡献。
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user: 5. 结论 需求牵引，技术进步，产生了具有国际先进水平的业务使用多普勒天气雷达。优化改进后的DAU模拟、数字板器件布局和信号走线较原电路更加合理，并且通过批量生产和自2011年以后汛期新旧电路板应用和维修数据统计分析，新的电路板具有成本更低，可靠性更高的特点。在当前电子技术的迅猛发展的趋势下，芯片设计能力和制造工艺的大幅度提升，贴片芯片较直插芯片的功耗更低和可靠性更高的特点使其成为当前主流趋势。在后续持续的改进中，有以下升级优化方案： 1) 采用功能、性能和稳定性更高的贴片芯片设计，降低功耗、增强可靠性； 2) 将数字板UART串口通信功能写入FPGA中，设计更加集约化； 3) 统计使用中受损率较高的元件，加强电磁兼容设计。如DAU发射机接口差分信号采用带瞬态二极管作为保护电路，可实现±4000 V的信号保护能力，有效降低改善来自发射机端的电磁兼容问题，增强接口的可靠性。
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user: 摘 要 本文利用2016夏季长江中下游地区的气象探空资料，分析了长江中下游地区的一次强降水过程的特征，利用波包诊断方法，结合降水空间分布以及波包值的变化、扰动能量的传播，来探究波包的传播变化和扰动能量的释放与强降水之间的联系。结果表明：波包值在强降水发生前有显著增长过程，在减小过程中伴随扰动能量的释放，扰动能量的释放对强降水起到了促进作用，同时，在强降水周围的波包大值区也不断为降水区域输送扰动能量，这也是强降水能够维持的一个重要原因。因此通过降水发生前扰动能量的变化特征将此应用于中期天气预报技术，可以提高预报的时效性和准确性。 关键词 :降水，波包，扰动能量，中期天气过程 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 2016年我国的强天气过程频发，据研究 [ 1 ] ，2016年为强厄尔尼诺年，以长江中下游为例 [ 2 ] ，长江中下游地区梅雨期间暴雨发生频率高，6、7、8月的强降水频率显著增加，南京、武汉等市普降暴雨 [ 3 ] ，同时，全国降水量也较常年同期值显著上升。中期天气预报是大气科学领域研究的难点所在 [ 4 ] [ 5 ] ，针对强天气过程造成的自然灾害，如何准确、快速的对天气过程进行预报成为了重中之重，了解中期天气的演变规律、加强中期天气预报的研究，成为当前研究的主要问题。 关于波动能量的传播，究其起源，为1940年叶笃正的能量频散理论 [ 6 ] ；其后，曾庆存在《强迫基流上Rossby波包的结构和演变》一文中 [ 7 ] [ 8 ] ，通过WKB方法阐述了正压及斜压大气下波包的发展和传播过程，同时研究了其演变特征；缪锦海 [ 9 ] 等将波动能量的传播真正应用于实际中，将观测资料用于诊断从而进行天气预报；缪锦海，宋燕 [ 10 ] 等将其应用到天气预报的过程中；肖天贵 [ 11 ] 等研究了波包传播与青藏高原夏季风强弱之间的联系，得出波包大值区与强天气过程相对应，波包的传播与槽脊的移动有相同的趋势。 在前述研究工作中，针对长江中下游地区强降水期间波动能量的传播和发展研究较少，陈伟斌等 [ 12 ] 将波包传播诊断方法(WPD)应用于强天气过程(如暴雨)的预报：在降水发生前，扰动能量急剧增加，而在降水结束后，大气的扰动能量值又开始迅速减小，由此得出了可以通过扰动能量的增大减小判断强降水的开始和结束的结论，因此能够对强天气进行预报与分析；葛非 [ 13 ] 等通过研究2008年我国南方低温雨雪等特殊天气过程中扰动能量的变化趋势，得出在天气过程发生期间，雨雪区域基本处于波包大值区的，而在天气过程结束后扰动能量开始减小的结论。因此本文选取了长江中下游的某些省份降水期间波能传播进行研究，长江中下游的强降水可能导致长江及其支流水位上升，给周边城带来洪涝灾害，同样会对人民的财产造成损失 [ 14 ] ，针对长江中下游的降水，何冬燕等 [ 15 ] 通过研究初春青藏高原地表温度变化对长江中下游降水的影响发现：地表温度与长江中下游南部的降水量有负相关的关系，本文通过研究中长期天气过程中扰动能量的规律，并从中提取共同点，以期将此规律应用于中长期天气预报，提高预报的时效性。