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关键词： 多智能体编队   自适应动态规划   避障   输入受限   通信约束  

摘要： 近年来,多智能体编队控制的潜力被不断挖掘,特别是在灾难救援、智能仓储等领域。然而,避障、输入受限以及通信约束问题不可避免,许多研究在处理这些问题时忽略了对最优性的考虑。因此,本文以两轮差速移动多机器人系统为被控对象,考虑编队中的避障、输入受限和通信约束问题,利用自适应动态规划方法实现了多智能体编队。此外,对所用的神经网络进行了改进以提高算法的收敛速度。具体研究内容如下: 1)输入受限下多智能体编队控制及避障。首先,基于两轮差速机器人模型,建立编队误差方程。将与障碍物的碰撞和过大的控制输入视为风险,设计风险模块对风险进行惩罚,提出带有风险惩罚的自适应动态规划方法。与传统的编队避障方法相比,该方法具有更好的安全性和快速性。 2)通信约束下多智能体编队控制。首先,利用启发式动态规划方法构建编队控制策略。然后,针对智能体的前向和反向通道存在的通信约束问题,引入时间戳技术和数据包传输机制,结合网络化预测控制方法,主动补偿随机通信约束,确保通信约束下编队队形的稳定。 3)基于增量式自适应动态规划的多智能体编队控制。受强化学习中时间差分技术的启发,将增量式的思想与自适应动态规划方法相结合。将神经网络的输入数据变为增量来增强模型对数据的敏感性,以提高算法的收敛速度。最后,通过数值仿真验证了所提方法的收敛速度快于传统自适应动态规划方法。 4)自适应动态规划方法的实验验证。首先,搭建基于Turtlebot3机器人、ROS和光学动作捕捉系统的多智能体编队实验平台。然后,使用1)、2)和3)中的方法实现相应场景下的三辆Turtlebot3编队。

关键词： SOLO分类理论   高考物理试题分析   教学建议  

摘要： 利用SOLO分类理论对2023年全国乙卷物理试题进行分析，对每一道题进行内容领域编码与SOLO层次划分。最后的统计结果表明：该试题考查的内容全面，试题覆盖了力学、电磁学、光学、原子物理学四大模块，且重点偏向于力学与电磁学。同时，该试题在思维层面的考查梯度为：关联结构水平>抽象拓展水平>单点结构水平>多点结构水平，且以关联结构水平的试题为主，占据整体试题的六成有余，其余三个水平总占比不到四成，试题在思维层面存在分布不均衡的缺陷。最后基于分析提出教学建议：(1)筑牢基础，循序渐进；(2)启发思考，触类旁通；(3)因材施教，调控学习动机。

关键词： 星际介质   分子云   线宽-尺度关系   湍流   引力   磁场  

摘要： 星际介质中,由低温、高密度的分子气体构成的分子云是恒星的摇篮。要完整了解恒星形成的过程,特别是早期阶段气体如何坍缩凝聚,需要对分子气体的动力学性质有充分的认识,包括其中的湍流、引力和磁场。虽然多年的理论发展、观测能力的提高和分析手段的进步已经显著推进了我们对分子气体动力学状态的认识,但仍有很多尚待解决的问题。例如,湍流的驱动机制,引力、湍流和磁场在不同尺度上相对重要性的变化,以及磁场如何影响分子气体结构等问题。为了分析湍流、引力和磁场在分子气体结构中起到的作用,本文利用银河画卷巡天项目的大规模分子谱线数据,以线宽-尺度关系为介入点,分析了其中的湍流和引力,并通过统计的方式分析了磁场对气体结构的影响。 在获得气体结构样本和计算物理性质的过程中,我们发现在空间和速度结构较为复杂的区域,视线方向上不同结构的重叠会对结果有较大的影响。为此我们分阶段开发了两种基于多高斯分解的分子气体结构证认算法,可以解决多个气体结构相互混叠的问题。两种算法分别被用于对线宽-尺度关系的分析和有关磁场的工作。 首先,我们利用175个具有精确距离测量结果的分子气体结构,从宏观和微观两种视角对线宽-尺度关系进行了新的分析和解读。该关系讨论的是分子气体的线宽与空间尺度之间的幂律关系,反映结构中湍流和引力的性质。从宏观和微观两种视角出发,我们建立了共计四种线宽-尺度关系。这四种关系的主要区别是对空间尺度的不同考量。使用整个结构在天空平面上的大小作为物理尺度,而不考虑其视向厚度时,我们得到了幂指数～0.4的宏观线宽-尺度关系。类似地,在微观关系中,空间维度数少于3时,同样会得到0.4左右的幂指数。将3个空间维度均考虑在内,可以得到0.6左右的幂指数,与“Cloud Bound Turbulence Chain”(CBTC)理论预言的结果一致。这说明,在以往的观测研究中常被忽略的视向厚度在解读线宽-尺度关系,乃至讨论湍流和引力的相互作用中都可能起到重要的作用。此外,分子气体结构的面密度与尺寸的乘积相比单独地使用结构的尺寸,能够得到与速度弥散之间更加收敛的幂律关系。这也可以解读为面密度在一定程度上反映气体结构在视线方向上的厚度大小。 为了分析磁场对分子气体结构的影响,我们在银河画卷巡天和近红外偏振巡天相互重叠的天区内分析了 146个气体结构和它们附近磁场方向。有40%的样本符合气体结构与磁场顺向分布的特征,另有15%符合两者间垂直分布的情形。与完全随机分布相比,结构方向与磁场方向的关系更加趋向于两者间相互平行。这可能与磁场引起的湍流各向异性和磁场对引力收缩的引导作用有关。

摘要： 史料题是高考历史试题中不可缺少的一种题型，也是难度较大的题型，了解学生解答史料类题目过程中存在的问题以及提出有效解决对策是历史教师的重中之重。通过对近几年山东高考试题的分析研究可知，高考朝着更加开放灵活的角度发展，高考不仅考查学生的基础知识，还考查学生各方面的综合能力。因此，如何提出有效的教学对策是广大师生共同关注的热点之一。

关键词： “教-学-评”一体化   素养表现性测评   测评实践  

摘要： 基于“教-学-评”一体化的素养表现性测评从测评结构体现整体规划、测评活动构建复杂情境、测评目标指向问题解决、测评材料蕴含文化价值等方面进行实践探索，让学生语文学习素养在测评环节可测可评。在测评环节落实素养导向，由测评引导教学，促进教与学活动方式的改革，有助于“教-学-评”一体化落地。

关键词： 大气湍流   计算关联成像   洛伦兹光束   闪烁指数   纵向空间相干性   散焦效应  

摘要： 关联成像(鬼成像)是一项非局域成像技术,其原理是利用光场的关联性实现待测物体图像的重构。关联成像系统主要包括两个具有空间相关性的光场:信号光场经过透射物体后直接被无空间分辨率的桶探测器接收;参考光场在参考路径中传播后被具有分辨率的探测器接收。通过分析信号光场与参考光场的强度涨落之间的相关性,可以恢复待测物体的图像。计算关联成像方案降低了实验装置的复杂性,具有众多优势,例如更高的横向分辨率和在散射中的鲁棒性,因此引起了研究者们的广泛关注。 实际应用不可避免地需要在大气湍流环境中进行成像。大气湍流引起的光传播现象包括光强的闪烁、光斑的漂移、以及相位的波动等,对计算关联成像系统产生显著影响,导致复原图象模糊畸变,造成成像质量恶化。因此,有必要深入研究大气湍流对计算关联成像的影响规律,以推动关联成像走向实用化。本文详细研究了大气湍流对计算关联成像系统的闪烁特性、光场纵向相干性以及散焦效应的影响。本论文主要工作及结果概括如下: (1)基于有限口径桶探测器的计算关联成像系统,研究了大气湍流对该系统闪烁效应的影响规律。推导了采用部分相干光源的计算关联成像解析公式,定义了计算关联成像系统的闪烁指数、孔径平滑因子及信噪比。通过自行编制程序模拟大气湍流中的计算关联成像,得到了湍流强度对闪烁指数、孔径平滑因子以及成像质量的影响规律。结果表明:大气湍流引起的相位调制效应是导致计算关联成像闪烁指数增加和图像质量下降的主要原因,强湍流会导致闪烁饱和现象的发生。增加桶探测器口径尺寸或降低光源相干度均能降低计算关联成像系统的闪烁指数以及提高成像质量,因此采用相干性差的部分相干光源和大口径桶探测器均能提升大气湍流中计算关联成像的性能。 (2)研究了长曝光和短曝光条件下大气湍流对计算关联成像系统光场纵向相干性的影响。在光学传统成像理论架构下推导了该系统在大气湍流信道中的调制传递函数的理论解析公式,提出了点扩散函数横向宽度和调制传递函数面积分别作为量化评估计算关联成像的分辨率和成像质量的指标,研究了长曝光和短曝光条件下大气湍流强度和光源参数对计算关联成像纵向空间相干性、点扩散函数、成像分辨率和成像质量的影响,探讨了光场纵向空间相干性、成像分辨率和成像质量之间的关系。结果表明:计算关联成像的成像质量取决于信号路物体平面和“参考路”计算的散斑光场之间的纵向空间相干性。物体平面和“参考路”计算光场之间的纵向相干性退化,在图像指标上表现为更尖锐的点扩散函数曲线和更平缓的调制传递函数曲线,在图像复原效果上标志着更好的分辨率和成像质量。大气湍流强度、散斑颗粒尺寸、波长、传播距离,加散斑束宽均影响纵向相干性,进而影响计算关联成像的分辨率及图像质量。短曝光对计算关联成像系统成像质量的改善相比于长曝光更为显著。 (3)研究了大气湍流中计算关联成像的散焦效应,提出了采用非相干洛伦兹光源抑制散焦效应的方法。推导了大气湍流信道中计算关联成像系统散焦效应理论解析式,分析了散焦效应和湍流效应对该系统成像质量的综合影响,比较了非相干洛伦兹光源与非相干高斯光源对大气湍流中计算关联成像散焦效应的抑制作用。结果表明:在弱湍流和短距离传播条件下,散焦效应是影响计算关联成像质量的主要因素,非散焦状态下的成像质量优于散焦状态下的成像质量。在强湍流和长距离传播条件下,需要综合考虑散焦效应和湍流效应对计算关联成像系统的影响。在一定散焦长度范围内,相同光束尺寸的非相干洛伦兹源比非相干高斯源能够更有效抑制散焦效应并改善成像质量,这一范围与湍流强度以及正负散焦效应相关。在正散焦状态和远距离传播条件下非相干洛伦兹源相较于非相干高斯源能够在更大的散焦长度范围内抑制散焦效应。

关键词： 大气边界层高度   频谱分析   湍流特征   开放单体对流  

摘要： 由于青藏高原地区具有特殊的地形造就了高原边界层的独特性和复杂性,其强大的热力和动力作用对中国东部、南部地区甚至全球天气和气候都有着重要影响,而青藏高原对大气的作用是通过其边界层对大气造成影响的。以往受到青藏高原观测条件的限制,利用基于个别站点的常规观测数据来研究高原边界层,使其对青藏高原边界层的整体性认识受限。本文利用2014年7月和8月那曲测站C波段调频连续波雷达、L波段探空仪以及梯度塔数据来研究全边界层湍流特征。利用雷达反射率因子(Z)湍流信号占比垂直廓线来估算边界层高度(Z-zi),将其与再分析数据集的边界层高度(ERA5-zi)和探空数据估算的边界层高度(SD-zi)进行对比验证。同时,计算了不同感热通量(H)和稳定度(z/L或zi/L,z为离地绝对高度,L为奥布霍夫长度)条件下近地层和混合层的湍流统计量以及湍流谱,其主要结论如下: (1)Z-zi与SD-zi的相关性略高于其与ERA5-zi的相关性,约0.442。那曲Z-zi的日变化较为明显,Z-zi中值的日较差约为0.7～0.8 km。在北京时(BT)16:00左右Z-zi达到最大值,样本中值约为1.2 km。 (2)随着H的增加,近地层垂直速度标准差(σw)、温度标准差(σT)和温度与垂直速度相关系数(RWT)都在逐渐增加,σT增加的速率略有减小,大体是线性增加,而σw和RWT的增加的速率在H超过一定阈值后逐渐减小。σw的中值与-z/L基本上无关的,当-z/L<0.3时,σT和RWT都随-z/L数值增大而迅速增大,当-z/L>=0.3时增速明显趋缓。 (3)总体上混合层内湍流垂直速度方差(σw2)平均值的最大值出现在约0.25zi-0.3zi的高度上,平均值约1.2-1.3 m2/s2。强不稳定时混合层内σw2略小于弱不稳定时的结果,在混合层内σw2的平均值随H的增大而增大。归一化湍流垂直速度方差(σw2/w*2,w*是对流速度尺度)随z/zi增高先迅速增大后逐渐减小,σw2/w*2极大值出现在0.35zi附近。强不稳定时混合层内σw2/w*2略小于弱不稳定时的结果,在混合层内σw2/w*2的平均值随H的增大而减小。 (4)随着z/L的减小,近地层归一化垂直速度谱谱峰左移,谱峰对应的归一化功率谱密度变大。强不稳定时湍涡尺度变大,湍涡能量增强。根据泰勒湍涡冻结假设,估算出垂直方向以及与温度有关的湍涡的空间尺度分别约20 m和75 m。混合层归一化后的湍流垂直速度谱在0.5zi处的湍涡尺度和强度达到最大,其最大的时间尺度和空间尺度分别约10～15 min和2.5 km。近地层和混合层内归一化后的湍流垂直速度谱随不稳定程度的增加均表现为谱峰左移,谱峰对应的归一化功率谱密度变大。 (5)利用C波段调频连续波雷达数据,首次研究了高原上观测到的开放单体对流的结构特征,发现上升气流持续时间约为22%-30%,下降气流持续时间约为46%-60%。下降气流宽而弱,上升气流窄而强。上升气流通常对应于地幔回波的波峰,而下降气流对应于地幔回波的波谷。地幔回波高度约为2500 m,持续时间约为8-16 min,厚度约为200-300 m.