白噪声Kalman滤波模型在GPS单向授时中的应用

全球定位系统(GPS)的应用越来越广泛,尤其是高精度的星载原子钟使得授时的精度得到了很大的提高。针对GPS授时过程中接收机受到各种噪声的影响,利用Kalman滤波原理,建立状态方程和观测方程,对噪声进行分类并加以讨论。运用Kalman滤波原理对接收机钟差数据进行分析,计算结果表明Kalman滤波可提高GPS单向授时精度。     

在ITRF下建立与统一卫星测高定标场的高程基准

针对卫星测高定标场中地面设备的高程基准相互独立的问题,选定ITRF参考框架进行高程基准的建立与统一。介绍了通过沿岸GPS参考站建立ITRF2008下的高程基准,以及分别利用水准仪和GPS浮标将验潮仪、海洋学阵列的高程基准进行统一的方法。在为期4天的静水试验中,将验潮仪、GPS浮标的高程基准统一到ITRF2008下,两种设备不同时段对水位测量差值的不确定性在3mm量级,初步验证了利用本文方法能够实现高程基准的有效统一。     

船测瞬时海面大地高的获取与数据处理分析

为获得高精度的沿海区域瞬时海面大地高数据,利用船载GPS RTK技术能在动态条件下获得厘米级定位精度这一优势,采用高斯滤波及卡尔曼滤波方式对采集到的观测数据进行处理。从实验数据出发给出了高斯分布参数的选择方法并成功用于高程数据的滤波处理,同时以卡尔曼滤波方法作比较,分析了在获取瞬时海面大地高这一具体问题中两种方法的优劣,认为高斯滤波方法优于卡尔曼滤波。     

基于GNSS浮标的潮位测量技术研究

利用研制的GNSS浮标,在海南省清澜湾进行了21.5 h的潮位测量工作,分别使用GAMIT+TRACK和精密单点定位技术(PPP)两种方法对GNSS数据进行解算,并对高频GNSS解算结果进行了巴特沃斯、低通滤波、中值滤波、小波滤波等处理,处理结果与实测潮位数据进行了对比。结果表明:(1)使用GNSS浮标可以进行潮位测量;(2)移动平均滤波或中值滤波对高频GNSS浮标解算数据的处理结果较好,其次为巴特沃斯滤波,小波滤波处理结果较差;(3)在GNSS基准站的支持下,GAMIT+TRACK对GNSS解算结果精度可达1.065 cm,并可以给出绝对高程下的潮位信息;PPP技术解算结果的精度为4.283 cm,但不需要GNSS基准站的支持,可用于远海潮位测量。     

适用于中国近海观测研究浮标的北斗/GPS双模信标系统的研制与应用

为了提高海洋观测研究浮标在位运行的安全性,自主设计了一种北斗/GPS双模定位信标。该信标采用传统的GPS技术进行定位结合“北斗”卫星特有的报文通信和定位功能,通过解决传统GPS信号盲区问题,为中国近海海洋观测研究浮标安全运行提供了更加有力的保障,同时提高了数据保密能力。该系统采用外部供电和内部自主供电相结合的模式,即使外部供电中断,也可保证正常运行不低于1 a,而且基本上不需要对信标进行专门维护,大大降低了运行和维护成本。与该信标配套的岸站管理系统具备发送和短信和邮件报警的功能,可实现浮标运行状态实时监控。     

GNSS浮标高程测量精度的影响因素研究

针对高度计定标检验的需求,研制了GNSS浮标,并在天津市于桥水库和威海市石岛镇分别进行了浮标性能测试。通过对影响浮标数据处理精度的因素进行研究,为GNSS浮标数据处理方法建立了完整的技术流程,使其满足高度计定标检验的需求。结果表明:GNSS浮标可以满足高度计定标检验的需求;但需特定的数据处理方法。(1)在基准站数据处理中,卫星截止高度角选择为5°~15°,数据采集时间不少于24 h;(2)浮标数据处理模式选择为自动模式,并对其进行移动平均滤波或中值滤波处理后,流动站解算结果最优;(3)GNSS浮标的水面高程测量精度优于1 cm;(4)受到GNSS本身的限制,当浮标距离GNSS基准站越远,浮标数据的解算精度越低。     

多频GNSS跟踪站接收机观测量相关性分析

为了验证多频GNSS跟踪站接收机观测数据的质量和相关性,为GNSS跟踪站接收机后续研制做出贡献。基于多品牌多频GNSS跟踪站接收机比测试验,评估了观测数据的伪距噪声,对伪距噪声序列、伪距零基线双差序列进行自相关分析,进而对P-L序列从时域和频域角度进行滤波周期分析,验证了多频GNSS跟踪站接收机观测数据的相关性。试验结果表明：多频GNSS跟踪站接收机观测噪声满足相应标准,不同品牌跟踪站接收机的伪距观测量具有不同程度的自相关性,为削弱观测数据的伪距噪声,不同品牌跟踪站接收机对伪距数据做了不同周期的Hatch滤波处理。     

结合多波束点云强度和高程信息滤波算法研究

针对含有鱼群或水草等生物水域精确地形获取困难,存在大量贴近地表的噪声点且难以滤除等问题,提出一种结合多波束点云数据强度和高程信息的滤波算法。首先根据多波束原始点云数据的强度信息对数据进行初步分类,然后利用高程四分法选取地形种子点,最后根据种子点与周围点云数据的强度和高程信息,实现数据的准确分类,达到滤波效果。试验结果与形态学滤波算法、自适应坡度滤波算法对比分析,结果表明所提算法在含有植被和鱼群等生物水域滤波效果明显,Ⅰ类、Ⅱ类误差降低了6%和10%左右,总误差降低了7%左右,验证了所提算法的有效性和可行性。     

我国海洋锚系浮标数据异常值检测方法研究——以QF110和QF306为例

利用统计学相关理论和测量数据连续性特点,综合运用极值法则、莱以特法则、局部法则和观测误差控制,初步提出了海洋浮标数据异常值检测方法。基于锚系浮标QF110和QF306观测数据,开展了海面风速、气压、气温、有效波高等异常值检测。结果表明:两个浮标2018年要素观测数据异常值与有效观测量之比低于0.3%,数据质量稳定性均较好;QF110浮标数据缺失少但数值离散度相对较大,QF306浮标则相反,其数据缺失相对较多但量值整体分布较好。     

基于近岸GPS RTK技术的潮位和波浪提取算法研究

由于潮汐和波浪的周期相差甚远,对实时海面高程数据进行相应的低通和带通滤波即可提取潮位和波浪信息。通过对仿真的实时海面高程数据进行平滑滤波、中值滤波、小波滤波等低通滤波,以及椭圆、巴特沃斯等带通滤波结果分析表明:近岸GPS RTK技术可用于潮位和波浪同步测量;对于潮位信息的提取方面,平滑、中值、小波等低通滤波均能很好的提取出潮位信息,其中平滑滤波最佳,且工程中易于实现;对于波浪信息的提取方面,椭圆滤波、巴特沃斯、切比雪夫Ⅰ型等带通滤波均能很好提取出波浪信息。     

涉海工程水下冲击打桩噪声测量方法研究

随着海洋、湖泊、河流和港口等人类活动逐渐增加,涉海工程产生的水下噪声污染及对海洋生物影响已引起广泛关注。工程建设期环境影响评价中,水下噪声测量逐渐成为海洋监管的要素。水下冲击打桩是工程建设中常见的低频水下脉冲声源,能够传播较远距离。如何规范地开展水下冲击打桩噪声测量至关重要。文章给出了水下冲击打桩噪声的通用测量方法,包括声学指标、测量系统、测量布放、声学测量配置、测量不确定性等,可为海洋工程建设影响评价、海洋生物生态保护等提供技术支撑。     

飞行器状态观测误差对运行轨迹预报精度影响

飞行器状态观测误差大小直接决定了其运行轨迹预报精度。根据飞行器运行状态方程,分析了不同量级初始状态观测误差对飞行器运行轨迹解算影响。通过仿真试验评估了飞行器状态观测误差造成的影响,结论表明:飞行器初始位置和速度误差越大,对运行轨迹解算精度影响越严重,呈现出线性变化趋势。因此,对飞行器进行测控时,应尽量减小飞行器初始状态观测误差,提高飞行器运行轨迹解算精度。     

影响重力场匹配导航效果的要素分析

从重力场匹配导航的改进 TERCOM 算法入手,针对采样长度、采样间隔以及重力测量误差对匹配结果的影响进行了系统的分析,并在此基础上设计了客观有效的准实时仿真试验,结果表明:(1)采样长度对匹配结果有重要的影响,匹配长度过短或过长都不利于匹配到最佳格网位置,当采样长度与重力基准图的分辨率比值在 10 ~ 20 之间时,能够获得较好的匹配效果;(2)在采样长度一定的情况下,适当增加采样间隔可以在一定程度上提高匹配的整体精度;但采样间隔增加到一定程度后,继续增加采样间隔将引起匹配效果急剧恶化;(3)重力测量白噪声误差对匹配结果影响相对较大,但 5mGal 以内的重力测量白噪声对都能够进行有效匹配;而在重力测量误差受高斯白噪声和系统性误差同时作用的情况下,过大的系统性误差将不能得到有效匹配。     

基于小波变换的声纳图像边缘特征检测研究

声纳图像的边缘特征检测是其目标识别技术的重要技术基础。声纳图像背景复杂、噪声污染严重,而传统的边缘检测方法对图像噪声非常敏感,所以针对这一特点,利用小波变换易于消除噪声、运算方便的数学特征,提出了一种基于小波变换的声纳图像边缘特征检测算法。由计算机仿真结果可以得到,与传统的边缘检测算法相比,此算法在有效地抑制噪声的同时,还可以得到较高的边缘定位精度,能够很好地检测到原始声纳图像的边缘。     

带乘性噪声广义系统状态最优估计算法

针对带乘性噪声广义系统,提出1种在线性最小方差意义下的状态最优估计算法.首先,采用标准分解将系统变换为2个子系统;其次,通过估计子系统的状态,获得原系统的状态最优滤波.同时,算法还给出了动态噪声与量测噪声的估计.仿真结果表明了该算法的有效性.     

重力异常垂向一阶导数的一种简便算法

利用拉格朗日插值导出了重力异常垂向一阶导数的计算公式，给出了地面以及地面之上不同高度的求导系数。该公式可以计算地面上的重力垂向一阶导数，还可以直接计算地面之上任意高度上的垂向一阶导数。鉴于该公式除系数不同外，与上延公式完全相同，因此，程序设计尤为简单。使用本公式对模型数据和实际资料进行了处理，证明了本算法的实用性。     

Aspects of the measurement of the acoustic transfer function in a cavitation tunnel

Model scale experiments represent one of the most effective, and probably the most commonly used, approaches for the study of cavitating propeller noise. Despite this, the acquirement of consistent data of propeller noise from tests in model scale facilities is still a challenging task. Data collected with such an approach are usually affected by several scale effects and facility related issues which make such experiments still very complex. Among others, the effect of the facility itself as acoustical surrounding must be carefully addressed in order to properly estimate propeller source levels in ideal free field conditions. This is currently carried out, when possible, by measuring facility transfer functions and applying such functions as a correction to measured noise spectra. The development of robust procedures for the measurement of these transfer functions is thus very important. In the present work, this problem is addressed by discussing in details techniques, merits and possible problems related to this topic.     

First arrival cycle-based calculation methods of in situ sound speed and attenuation in sediments

The acoustic properties of seafloor sediments are of great importance in geoacoustic modeling, detecting, and oceanic engineering. The methods based on the first arrival cycle are investigated to calculate sound speed and attenuation of sediment more precisely in in situ measurements. The comparison of different data analysis methods based on the first arrival cycle approach for in situ measurement results in the following conclusions: (1) the calculated methods can help find the effective cycles and reduce the errors in calculating sound speed and attenuation; (2) using this approach, the point judgment method-based data analysis has the same effectiveness as the cross-correlation method-based data analysis in calculating group sound speed and has the same effectiveness in calculating attenuation in the time domain as the spectrum analysis method-based data analysis has in calculating attenuation in frequency domain; and (3) measurement in water can help not only calibrate the transmitting distance but also can calculate the time delay for the sound speed and the attenuation loss in the transmitting process. Finally, theoretical calculation was used to calculate the measured results, indicating a good agreement, which supports that first arrival cycle-based calculated methods can be used to analyze the measured data and the effective density fluid model can be used to analyze more acoustic properties and invert several physical properties in this experiment.     

Depth dependence of noise resulting from ship traffic and wind

Under conditions of distantly generated noise, the noise level is found to decrease with depth in the mid-northeastern Pacific. These data show a decrease in noise level greater than 25 dB between critical depth and the ocean bottom. A result of this decrease is that locally wind-generated noise can be detected on near-bottom receivers for wind speeds less than 10 kn. It is shown that the noise level generated form local sources such as wind and nearby shipping is almost independent of receiver depth. The differences in spectra shape between the distant shipping noise and wind-generated noise and the low noise levels detected near the ocean bottom allow the measurement in the frequency band at 200-500 Hz of local wind noise level for wind speeds less than 10 kn     

特征系统实现算法中的噪声问题研究

研究特征系统实现算法在模态识别过程中的噪声处理问题。特征系统实现算法为目前土木工程领域应用较为广泛的一种模态识别法。在处理实测数据时,特征系统实现算法将实测数据分解为结构真实信号和噪声信号,从而将噪声消除。分块Hankel矩阵的维数对信噪分离过程影响很大。提出当分块Hankel矩阵的分块行与分块列数接近时,真实和噪声信号可以最好的分离。通过在实测信号里添加噪声(产生噪声-噪声信号),将实测信号和噪声-噪声信号识别的结果进行比较,提出了1种验证识别模态参数是否为结构真实模态的检验方法。本文应用导管架平台实例来验证提出方法的适用性。结果表明,当分块Hankel矩阵的分块行与分块列数接近时,真实和噪声信号能够有效地分离,此时添加的噪声主要影响噪声信号部分。由实测信号和噪声-噪声信号识别的模态参数非常吻合。