基于矩谐分析的航空重力向下延拓

提出基于矩谐分析的航空重力向下延拓方法,以重力扰动作为基本观测值,给出基于矩谐分析的向下延拓模型和算法。利用EGM2008重力位模型设计模拟数值试验,对比研究矩谐分析、直接法和基于广义岭估计的逆泊松积分法,分别采用这3种方法将飞行高度处含高斯白噪声的2.5′×2.5′重力扰动向下延拓至大地水准面,与真实值作外部检验。数值比较结果表明:矩谐分析在延拓精度、稳定性和边界效应等方面都要优于直接法和基于广义岭估计的逆泊松积分法,能取得良好的向下延拓效果。     

广义残差地形模型及其在局部重力场逼近中的应用

研究了残差地形模型中的非调和性问题,比较了基于棱柱体和球冠体的积分模型,提出了基于球冠体积分的广义残差地形模型。以泊松小波径向基函数为构造基函数,结合广义残差地形模型,融合多源实测重力数据构建了局部区域重力场模型。研究结果表明:基于棱柱体积分的残差地形模型精度较低,在山区可能引入毫伽级以上的误差,建议采用更为接近真实地形表面的球冠体积分模型。相比于原始的残差地形模型,基于球冠体积分的广义残差地形模型能更为精确地逼近局部重力场模型中地形因素引起的高频效应。     

综合半参数核估计与正则化方法的航空重力向下延拓模型分析

在航空重力向下延拓过程中,将重力数据中的系统误差和离散化造成的模型误差用非参数分量表达。在无外部数据的情况下,建立基于半参数核估计方法的重力向下延拓模型,为了改善泊松积分离散后的设计矩阵的病态影响,引入正则化方法,提出了综合半参数核估计和正则化方法的逆泊松积分延拓方法。基于EGM2008(earth gravity model 2008)模型计算了某地空中重力异常,采用线性项和周期项系统误差进行仿真实验,以及美国某地实测重力异常数据,验证了本文方法在改善病态性和分离系统误差方面的有效性。结果表明,本文方法在无外部数据时,能有效地分离系统误差并具有较高的精度。     

不同函数拟合水体后向散射波形对激光测深精度的影响

为了提高激光测深数据处理结果的精度,在原有的激光测深回波信号拟合方法的基础上,结合信号形成的物理过程,提出使用指数函数模拟激光测深水体后向散射回波成分的方法。利用Wa-LiD（Water LiDAR）工具生成了多组模拟数据集以对比和检验提出的新方法。对于每个可探测回波,海面回波和海底回波均使用高斯函数进行拟合,水体后向散射波形分别使用三角形、四边形、指数函数进行拟合。实验结果显示,指数函数测深误差统计量明显优于三角形和四边形拟合方法,且更适用于拟合不同水质和水深条件下水体后向散射回波信号。同时检验了体积散射函数取180°时数值对测深回波信号探测结果的影响。     

地震损毁建筑物的高分辨率SAR图像模拟与分析

为了分析汶川地震震后高分辨率合成孔径(SAR)图像的城区建筑物特征,基于实际获取的机载X波段SAR图像,采用电磁模拟方法进行分析和研究.通过对城区的完整建筑和毁损建筑进行三维建模,采用射线跟踪的电磁计算方法和图像域积分的成像模拟方法得到不同受灾程度的建筑物SAR模拟图像.与真实SAR图像对比分析,提出的算法能够分析建筑物结构变化对SAR图像的影响,模拟主要的强散射点,能有效辅助SAR图像进行城区特征分析.     

基于Lebesgue积分理论的时间序列信号中的背景重建

提出了一种基于Lebesgue积分理论的时间序列信号背景重建方法，该方法利用测度函数对时间域进行划分．进而实现对信号能量的划分，最终实现对背景信号的重建。     

航空重力向上延拓的外部精度评估

分别采用基于梯度、基于泊松积分和基于快速傅里叶变换（FFT）的地面重力向上延拓方案,并提出交叉检验方法估计地面重力数据误差及其空中误差传播,对毛乌素测区GT-2A航空重力测量系统采集的空中测线数据进行外符合精度评价。对比结果表明：地面重力格网插值误差和代表性误差对空中点的影响达到0.66~0.92 mGal（1 Gal=1×10^-2 m/s²）,航空重力数据误差估计必须扣除这一影响;基于泊松积分和基于FFT的地面重力向上延拓方法能够客观评价航空重力观测值的外符合精度,二者表现相当;扣除地面重力误差影响后,在包含残余边界效应的情况下,毛乌素测区GT-2A航空重力空中测线重力扰动的外符合精度优于1.42 mGal。     

改进泊松算法的图像三维重建点云模型网格化

针对泊松表面重建算法在点云数据的网格化中仍不能有效满足"细节保持与噪声平滑"的平衡问题,该文提出了一种基于高斯滤波的改进泊松算法。通过将高斯滤波引入到点云数据等值面的向量场估计中,一方面实现了对点云拓扑结构的更准确估计以及对点云噪声的有效平滑;另一方面通过调节高斯滤波中的标准差参数,实现了对点云模型网格化的细节保持与噪声平滑的细微控制。以福州大学张孤梅雕像为实验对象,图像三维重建技术获得的点云数据作为数据源,利用改进的泊松算法进行点云网格化。结果表明,改进的泊松算法提高了网格模型的精确性与完整性,且在视觉上更好地逼近真实模型的细节,验证了改进算法的有效性。     

高斯投影复变换的数值计算方法

高斯投影复变换的数值计算简单快捷,具有重要的工程应用价值.从数值计算角度出发,使用计算机代数系统Mathcad,Matlab以及Mathematica对高斯投影复变换进行了改进:只需建立正算变换计算式而不再需要建立反算变换计算式.对于复方程,利用系统的求根函数直接求解.对于复积分,研究了积分级数分析法、椭圆积分函数法及...     

一种修正的星载散射计反演海面风场的场方式反演算法

由于卫星散射计探视雷达回波的各向异性的双调和性质,同时由于散向散射物理模型函数的非线性及信号中存在噪声,使得常规点方式风场反演哕向有多至４个解的多解存在。给出了一种改进的场方式钣演方法,利用该人卫星散射计测量的后向散射强度的数据中唯一反演出大尺度海洋风场。通过数值模拟和实际算例计算表明反演过程在风向、风速上都与真解是吻合的。从结果可以看到,所采用的改进的场方式反演方法对模拟数据或真实散射计探测海面     

中国区域COSMIC数据掩星反射信号特征分析

掩星信号在传播过程中能够在地球表面发生反射,其反射信号中的低层大气信息在改进天气预报精准度和气候监测等方面存在很大的应用价值.基于COSMIC(constellation observing system for meteorology,ionosphere and climate)掩星廓线资料,提取了 2011-20...     

2022年汤加火山喷发对中国大陆地应变观测的影响分析

2022年1月15日汤加火山剧烈喷发产生了波及全球的大气重力波,距离火山8 736~12 758 km的中国大陆所有地应变观测站清晰记录到由此产生的短时地表应变变化。应用小波分析方法系统分析了中国近200个地应变观测站记录数据的时空响应与频率特征,主要表现为:由大气重力波激发的短时地表应变变化的持续时间约为1.5 h,其中能量最强的变化集中在前40 min,面应变平均变幅约为186×10-10,呈现出单脉冲起伏状变化,形态具有很强的一致性,具备兰姆波传播属性;短时地表应变变化的平均传播速度约为310 m/s,与大气重力波传播速度基本一致。部分观测站还记录到绕地球一圈后再次到达的大气重力波对地表的作用。这是首次通过大范围布设的高精度地应变观测仪记录到大气重力波作用于地表的痕迹,有助于认识地壳运动和大气圈层相互影响的机制。     

小行星光学定轨软件研制和数据处理分析

结合中国航天局2019-04-19拟定的第1个小行星探测任务规划,针对任务目标之一的主带彗星133P/ElstPizarro(7968)自主研制了小行星光学定轨软件。使用1979-07-24—2019-10-28发布的133P/Elst-Pizarro地面光学观测数据进行精密定轨,与国际知名小行星光学定轨软件OrbFit进行对比分析。对比发现,解算结果残差分布一致,两软件生成的残差均方根的差值小于0.01″,定轨的内符合精度相互吻合。该结果初步表明,自主研制的小行星光学定轨程序可靠。在此基础上,对133P/Elst-Pizarro开展光学数据仿真定轨分析,研究地面光学数据的定轨精度。结果表明,模拟中国云南站和智利站每月一次联测,在只考虑观测噪声影响的情况下,添加接近目前实际观测水平的高斯白噪声,使用20 a光学观测资料定轨,小行星光学定轨精度在50 km量级。同时验证,增加观测数据或降低观测噪声均可有效提高小行星光学定轨精度。     

一种利用三阶互小波累积量的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量算法

针对运动航天器收到的脉冲星信号受Doppler效应影响,难以准确测量脉冲到达时间的问题,提出了基于三阶小波互累积量的脉冲星累积脉冲轮廓时间延迟测量算法。结果表明,当信号受到Doppler效应影响时,该算法测量精度优于现有算法,适用于脉冲星导航系统中脉冲到达时间的测量。     

改进的GNSS/SINS组合导航系统自适应滤波算法

GNSS/SINS(global navigation satellite system/strapdown inertial navigation system)组合导航系统已得到广泛的应用与研究,当处于复杂环境时,GNSS输出容易出现误差均方差突变、误差均方差缓变、硬故障和软故障4种现象,进而影响组合导航系统滤波精度及载体的导航安全。为了解决上述问题,提出了一种改进的GNSS/SINS组合导航系统自适应滤波算法。首先,利用滤波过程中的观测异常检验统计量与滤波器门限值构建观测因子,然后,将变分贝叶斯原理与抗野值滤波方法结合,设计了改进的组合导航系统自适应滤波算法。仿真实验表明,相较于传统算法,当GNSS输出误差均方差发生变化时,所提算法可将位置精度及速度精度提高11.8%及13.7%;在GNSS输出发生硬故障时,所提算法可将位置精度及速度精度提高70.8%及69.6%。实验结果表明,所提算法具有较强的自适应性,可提升复杂环境下组合导航系统的精度和连续可用性。     

网络约束下局部空间同位模式的扫描统计方法

空间同位模式挖掘旨在发现空间数据库中频繁发生在邻近位置的地理事件。由于空间异质性,地理事件在不同区域邻近出现的频繁程度亦存在差异,进而形成局部同位模式。现有局部同位模式挖掘方法多基于欧氏空间的平面假设,难以客观揭示网络空间（如城市道路）内地理事件间的局部同位规律,因此基于空间扫描统计思想,提出了一种网络约束下的局部同位模式挖掘方法。首先,发展了网络约束下的路径扩展方法,识别可能存在局部网络空间同位模式的候选路径;其次,基于网络约束下的二元泊松分布构建显著性检验的零模型,判别候选路径中局部网络空间同位模式的有效性。通过模拟实验与北京市出租车供需模式分析,发现该方法比现有方法得到的结果更精细、更客观,能够有效地挖掘网络约束下的局部同位模式。     

利用卫星引力梯度确定地球重力场的张量不变方法研究

应用张量不变理论对利用卫星重力梯度数据确定地球重力场的方法进行了研究,对张量不变观测方程的线性化处理、非全张量观测值的数据处理策略以及采用白噪声特性下的梯度观测值恢复地球重力场的精度等进行了数值分析.结果表明,张量不变解实现了不同观测值的联合求解,基于先验重力场模型的线性化方法在实现张量不变观测模型线性化处理的同时,提...     

福建省重力台网对米娜台风激发的微震信号源定位

利用重力台网进行台风激发信号的源区定位研究不仅有助于提高台风监测能力,而且可从台风激发信号中区分出震前与震源有关的信号,促进地震预测研究。以2019年第18号台风米娜(MITAG)为研究对象,基于福建省重力台网观测的1 Hz采样的固体潮观测数据,利用噪声互相关函数的信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)和归一化噪声能量流方法分析数据质量和微震源区方位,使用SNR≥25的Rayleigh波互相关信号走时作为定位数据,进行台风4个时段的定位研究。结果表明,在MITAG台风靠近中国大陆的过程中,定位区域能够覆盖台风中心所在位置;地震背景噪声能量辐射模型的微震垂直位移极值区域也和台风靠近中国大陆过程时段一致;通过人工剔除高速波群的互相关信号后,定位区域也能覆盖到转向远离大陆过程时段的台风轨迹。福建省重力台网对台风的追踪提供一类新的数据和方法。     

利用GA-NN模型反演声速剖面的众源水深数据声速改正

针对当前众源水深数据后处理过程中缺少高精度的实测声速剖面,导致测深数据质量偏低的现状,提出了一种基于遗传算法优化反向传播神经网络（genetic algorithm-back propagation neural network,GA-NN）模型反演声速剖面的声速改正方法。首先,利用历史声速剖面群进行正交经验函数分析,提取特征向量与重构系数范围;然后,结合海区的历史声速场数据训练GA-NN模型;最后,将海表声速数据输入模型反演声速剖面,并分析不同方法下的声速剖面分别进行声速改正后的水深和位置误差。实验结果表明,在复杂的海底地形下,与现有方法相比,所提方法反演的声速剖面更适用于众源水深数据的声速改正,削弱了声速误差的影响,提高了众源水深数据的处理精度。     

中国空间站微波链路引力红移检验仿真实验

利用高精度空载/星载原子钟进行引力红移检验是物理学领域的研究热点。随着原子钟精度的不断提高,利用高精度时频信号检验引力红移和测定重力位成为可能。中国空间站二号实验舱预计于2022年10月在轨运行,并搭载高精度原子钟组,为高精度引力红移实验奠定了基础。利用中国空间站的一组上行微波链路与下行微波链路进行双向时间/频率比对,从而实现引力红移检验。由于两条链路的频率及路径相同且极化方向相反,可以极大地消除误差干扰。结果表明,当空间站搭载的原子钟稳定度为$\mathrm{2}\times {\mathrm{10}}^{-\mathrm{15}}/\sqrt[]{\tau }$且长期稳定度约为10-18量级时,引力红移检验精度可达到10-7量级,比目前国际上最高的引力红移检验精度高1~2个量级。