自动水下航行器测量子系统实时多任务软件设计

针对多传感器测量系统中存在的单任务软件系统很难实现同步、实时测量的问题,引入了实时多任务操作系统。基于开放式、面向任务、模块化设计思想,研究了自动水下航行观测平台测量子系统的多任务软件系统。描述了多任务软件的静态结构和动态模型,实现了多传感器测量任务并发执行,保证了各个传感器测量数据的实时性和有效性。     

基于任务-能力的反水雷作战效能评估方法

针对层次分析法中的指标体系及判断矩阵的复杂性和随机性等不足,提出了一种便捷的反水雷装备作战效能评估方法,构建适宜多任务分析的"任务–能力"作战效能评估指标体系.给出了效能评估模型,并对适宜岛礁反水雷的两型装备进行了作战效能评估.通过专家打分和定性评估结合,可便捷得到符合作战任务需求的效能评估结果,验证了该评估方法的可行...     

Cell处理器微调度系统设计

介绍一种基于最新的Cell处理器的微调度系统的设计算法和结构。针对Cell开发中多任务调度问题,文中提出使用改进的Lawler算法微调度内核算法,具有较高的调度效率。文中提出的多层次解耦的软件开发模型,有效的克服了Cell系统开发困难的现状。通过对样例应用的分析和验证,系统被证明可以适应广泛的高性能科学计算问题。     

集成虚拟格网和八叉树的点云数据管理方法

为实现大规模点云的快速组织和检索,提出了基于内外存动态调度的虚拟格网与八叉树相结合的点云数据索引和组织策略。该方法利用虚拟格网对点云进行节点分割和存储,并结合磁盘映射与内外存动态调度技术,将节点进行构八叉树以实现点云数据高效的组织与检索。实验证明,该方法可在计算机内存资源有限的情况下,以较小的内存消耗实现十亿级规模点云的快速组织和检索操作。     

多测量装置水质监测仪器集成控制系统开发

介绍了一种具有多个测量装置的水质监测仪器集成控制系统的开发设计方案。该设计方案针对5套功能相似但相互独立的水质测量装置,以嵌入式系统为控制核心,灵活运用Modbus RTU通信协议及RS485总线,并自主开发通信协议,实现控制核心与触摸屏、PC机以及5套测量装置的通信连接;进而采用多任务的处理架构,对上述外围设备操作任务进行分时处理,最终成功将5套测量装置集成为一台水质监测仪器,并支持PC机和触摸屏双终端进行显示和控制。实际应用效果表明,该设计方案稳定、可靠。     

一种UUV集群抵近目标侦测决策效率评估方法研究

为实现对不同 UUV 集群自主抵近目标侦测任务中决策效率的评估,分析了被测目标采取不同策略时 UUV 集群决策灵活度,提出了评估 UUV 集群决策效率的 5 个指标：任务准备时间、目标停车集群响应时间、目标转向集群响应时间、目标旋回集群响应时间和目标加速集群响应时间,并建立了评估指标体系。 参考已有试验测试结果,基于字典序法对 5 种类型的 UUV 集群决策效率进行综合评估,并分析了该方法的优缺点,为不同类型 UUV 集群决策效率评估提供了研究思路。     

利用线性调频脉冲进行帧同步的方法及性能

针对水声信道的特点,提出了一种利用具有大的时宽带宽积的线性调频信号作为帧同步信号的方法。该方法首先在接收端进行滑动时频分析,从而实现线性调频信号的检测及粗同步,再进一步利用拷贝相关处理来实现细同步。计算机仿真和海上试验结果均表明,该方法能够在多途干扰下有效地实现同步。     

基于多旋翼无人机的小型海洋磁力数据采集系统设计与实现

海洋磁力测量是一种海洋地球物理调查方法,对于资源勘探、科学考察等都具有非常重要的意义。将便携式的小型旋翼无人机应用于海上进行磁力探测是一种全新的海洋磁力测量手段,本文基于这种全新磁力测量方式的实现需要,设计了一套便携、高精度的航磁数据采集系统。该系统以STM32F407单片机为控制核心,结合FPGA和等精度测频原理,实现了旋翼无人机在航磁任务中的磁力数据、定位数据及姿态数据的实时采集和存储。此外,在航磁任务开始前,可通过Wi Fi实现机载系统自检功能,确保仪器处于正常工作状态,保证任务的执行质量。航磁任务中每3 min进行一次数据保存,任务结束后通过按键再次保存数据,以保证数据的完整性。通过实验室测试和野外实际飞行试验,验证了该采集系统的实用性,同时验证了该系统能够满足野外航磁探测任务的需要。     

基于波面起伏相关性估计海浪波长的新方法

提出了一种实验室波长估计的新方法。在实验室中,使用同步测量的多个测波仪采集波面起伏数据,并根据不同测波仪数据的相关性,计算通过两个测波仪的波浪传播速度,并由此计算波浪波长,计算结果与传统的根据频散关系计算波长对比。分析结果表明:这种新的方法比原有的根据频散关系计算波长更为合理。同时,针对该方法分辨率较低的不足,本文提出了一种新的测波仪数据的插值方法。通过分析实验数据表明:这种新的插值方法有效地提高原有方法的波长计算精度。通过测波仪数据相关性及插值方法配合,该方法可以更合理计算海浪波长。     

一种机载激光雷达海洋测深波形数据处理算法

双色机载激光雷达测深技术在海岸带水下地形测量方面具有明显的优势,测深数据的波形分解是其波形处理环节中的关键步骤。采用一种基于全局收敛LM(Levenberg Marquardt)算法的波形分解方法,通过综合分析近红外、浅水、深水通道的波形数据特点,设计了一种分层筛选策略并确定了合理的阈值,实现了水底和水面回波脉冲的准确检测。实测数据实验结果表明,该方法对实验区域获取的回波脉冲能够达到98%的有效检测率和87%的成功检测率。     

我国海洋标准样品发展探讨

文中通过与国外海洋标准样品、国内其他行业标准样品的发展情况进行对比,分析了我国海洋标准样品发展现状,并对目前存在的问题,从组织机构建设、标准样品研制、海洋标准样品体系建设、标准样品制备技术研究、标准样品研制技术标准制定等五方面进行了深入探讨.     

嵌入式硬件在环UUV模拟器的设计及实现

针对 UUV 对高逼真仿真的需求,设计了嵌入式硬件在环 UUV 模拟器。 选用 XMC4800 作为模拟器的主控芯片,设计了最小系统电路和通信接口电路。 给出了数据流图和主要软件算法,包含任务调度算法、任务优先级设计、UUV 模型选择、干扰模型选择和 CAN 应用层协议设计。 模拟器具有多种工作模式, 可以根据不同的应用场景,完成相应的硬件在环仿真,对 UUV 的研制、生产和使用具有一定的参考价值。     

港口航道图测量工作量自动计算系统研究

港口航道图测量工作量的计算是测绘计划编排和任务管理的基础性工作,一直以来完全采用手工方式操作完成,具有计算工作量大、精度不高、容易出错等缺点。探讨了基于GIS技术的港口航道图测量工作量自动计算系统的主要研究内容,采用GIS技术中的成熟空间操作算法,系统实现了图幅各类多边形的全自动提取、自动裁剪、自动拼接、自动扩展,最终实现工作量的自动计算,从而取代繁琐的人工操作,最大限度实现工作量计算的自动化,改进测绘生产管理效率。     

一种移动式海洋地震仪的硬件电路研究

针对移动式海洋地震仪对控制系统电路设计的可靠性和低功耗的需求,提出了一种基于Cor-tex-M4内核芯片的硬件电路设计方案.首先选用超低功耗的STM32L4芯片作为微控制单元,在保证高运行能力的同时降低自身功耗;其次针对MCU(Microprogrammed Control Unit)、传感器等超低功耗模块提出针对性的...     

基于kubernetes的海洋遥感数据产品服务平台设计与实现

伴随着海洋遥感资料的大量积累,高效的“一站式”服务成为海洋遥感数据业务化应用的基本需求,同时也对系统在动态调度资源、易维护、弹性可扩展、复杂度可控和灵活部署等方面提出了更高的要求.针对上述问题,本文引入kubernetes容器编排管理平台,将单个业务系统拆分成多个独立运行在相互隔离容器中的服务,共享服务器软硬件资源,在保证系统具备高度可扩展性和灵活性的基础上,有效降低了开发的复杂度,设计和实现了海洋遥感数据产品生产和应用服务平台,满足了对海洋多源卫星数据从获取、预处理、产品自动生产、展示发布到应用服务的一体化需求.     

Model reference adaptive autopilot with anti-windup compensator for an autonomous underwater vehicle: Design and hardware in the loop implementation results

In this paper, a novel model reference adaptive controller with anti-windup compensator (MRAC_AW) is proposed for an autonomous underwater vehicle (AUV). Input saturations and parametric uncertainties are among the practical problems in the control of autonomous vehicles. Hence, utilizing a proper adaptive controller with the ability to handle actuator saturations is of a particular value. The proposed technique of this paper incorporates the well-posed model reference adaptive control with integral state feedback and a modern anti-windup scheme to present an appropriate performance in practical conditions of an AUV. Stability of the proposed method is analyzed by Lyapunov theory. Then, the proposed controller is implemented in the hardware in the loop simulation of AUV. For this purpose, the introduced method is implemented in an onboard computer to be checked in a real-time dynamic simulation environment. Obtained results in the presence of real hardware of system, actuators, computational delays and real-time execution verify the effectiveness of proposed scheme.     

HY-2微波辐射计降雨条件下海面风速反演算法研究

由于降雨改变了海洋-大气的辐射/散射特性,长期以来星载遥感器在降雨条件下进行海面风速信息提取存在困难。本文针对自主海洋动力环境卫星海洋2号（HY-2）搭载的扫描微波辐射计,分析了不同频段亮温对降雨和海面风速敏感性,自此基础上获得了一种对降雨不敏感的亮温通道组合,该亮温通道组合对海面风速的敏感性甚至高于原有亮温通道。本文利用该亮温通道组合建立了降雨条件下的风速反演算法,并将反演结果与WindSat全天候风速产品、HY-2微波辐射计原有风速产品以及浮标实测数据进行了比较。结果表明本文算法在降雨条件下的反演误差小于2m/s,明显优于原有HY-2微波辐射计风速产品,验证了本文发展的算法在降雨条件下的风速反演能力。     

基于竞争遗传算法的海洋云平台资源调度模型研究

高质量的海洋自然资源管理离不开数据和信息的支撑。鉴于海洋数据的特殊性，海洋数据处理常涉及长时间序列或大空间范围的处理工作，对于此类密集型计算为主的数据处理，通用型云平台存在效率不高的突出问题。文章在全面分析Hadoop平台原生资源调度算法的基础上，结合海洋数据处理密集型计算的特点，创新性地提出了基于竞争模型的遗传算法任务调度策略(CGA),有效地解决了遗传算法求解速度受初始化种群与种群进化测量影响较大的问题。此外，为加快收敛速度，引入竞争机制，构建基于种群竞争的自适应进化模型。通过实际验证和比对，证明改进后的算法在收敛速度及收敛结果的稳定性上都优于传统算法，有效地改进了海洋云平台资源调度的能力，提升了海洋数据的处理效率。     

Design and reliability analysis of DP-3 dynamic positioning control architecture

As the exploration and exploitation of oil and gas proliferate throughout deepwater area,the requirements on the reliability of dynamic positioning system become increasingly stringent.The control objective ensuring safety operation at deep water will not be met by a single controller for dynamic positioning.In order to increase the availability and reliability of dynamic positioning control system,the triple redundancy hardware and software control architectures were designed and developed according to the safe specifications of DP-3 classification notation for dynamically positioned ships and rigs.The hardware redundant configuration takes the form of triple-redundant hot standby configuration including three identical operator stations and three real-time control computers which connect each other through dual networks.The function of motion control and redundancy management of control computers were implemented by software on the real-time operating system VxWorks.The software realization of task loose synchronization,majority voting and fault detection were presented in details.A hierarchical software architecture was planed during the development of software,consisting of application layer,real-time layer and physical layer.The behavior of the DP-3 dynamic positioning control system was modeled by a Markov model to analyze its reliability.The effects of variation in parameters on the reliability measures were investigated.The time domain dynamic simulation was carried out on a deepwater drilling rig to prove the feasibility of the proposed control architecture.     

步进电机控制系统

介绍步进电机控制系统的硬、软件设计及在潮汐模拟系统中的应用．以８０３１－ＣＰＵ为主控器，详述了其结构、分时控制、电源共享，异步运行和调速的实现方法．潮汐模拟结果表明以上方法简单、稳定、易于实现．