航空重力数据谐波小波滤波中卷积运算的处理

数据的滤波提取是航空重力测量数据处理的一个重要环节。谐波小波滤波器在频域具有良好的盒形谱特征,可以较好地实现信号的滤波。但谐波小波滤波器是一个连续函数,航空重力测量采集的信号是离散的,无法直接进行卷积运算。讨论了谐波小波用于航空重力数据滤波处理时的卷积运算处理方法,给出了谐波小波频域卷积的算法实现过程和仿真算例。     

多波束点云滤波算法初步研究及适用性分析

为提高多波束数据处理的准确性和简便性,研究了多波束水深点云处理的策略和关键算法,构建了kd-tree(k-dimensional tree)结构加速点云查找,针对大尺度噪点设计了半径滤波和统计滤波算法,针对小尺度噪点提出了双边滤波算法,并对以上算法的适用性进行了探讨分析。实验结果表明,当设置适合的滤波阈值,半径滤波和统计滤波能高效去除大尺度噪点,且保留地形特征,总误差分别为2.25%和2.76%。在大尺度噪点去除的基础上,改进的双边滤波可以实现地形平滑的同时,保持水深点云的有效数据量。研究成果为多波束点云数据的自动化处理提供了解决方案,对多波束测量工作的效果和效率提升做了有益尝试。     

智能优化方法与粒子滤波技术融合的分析与展望

智能优化算法通过模拟自然生态系统机制以解决复杂优化问题，粒子滤波成为解决非线性及非高斯动态系统最优估计问题的研究热点。若将多种优化算法结合使用，设计更好的滤波器参数寻优步骤，将会极大改善现有非线性滤波的估计性能。介绍了几种智能计算方法和粒子滤波方法，在此基础上，对智能优化方法与粒子滤波技术的融合进行了分析和讨论，并加以总结和展望。     

基于少量地面控制的航空重力测量

提出6种少量地面重力测量布设方案和4种基于少量地面控制的航空重力测量数据处理方法，建立基于最小二乘配置的格网平均重力异常的融合模型，有效地估计出了航空重力数据可能存在的系统偏差，提高了格网数据的质量。     

矢量重力测量系统的仿真

基于矢量重力测量数学模型，仿真了一段5000S的飞行过程，模拟了其SINS／GPS数据。详细描述了捷联惯性导航系统(SINS)中加速度计和陀螺数据仿真的方法，并给出了求解扰动重力的算法。仿真结果显示卡尔曼滤波器能有效地抑制误差积累。仿真的SINS／GPS数据可用于航空矢量重力测量的算法研究。     

海空重力测量及应用技术研究进展与展望(三):数据处理与精度评估技术

系统分析总结了海空重力测量数据预处理即各项环境效应改正技术的研究现状及发展方向,简要论述了海空重力测量数据精细处理即数据滤波与误差补偿技术的研究动态及发展前景,分析讨论了海空重力测量精度评估技术的研究进展及发展思路,为海空重力测量数据处理及精度评估技术的未来发展提供参考。     

几种非线性滤波算法的性能比较与分析

在非线性状态估计中，传统的扩展卡尔曼滤波通过线性化来实现高斯近似，由于截断误差的存在很难保证估计精度；而基本粒子滤波容易出现粒子退化，导致滤波发散。针对粒子滤波的两个基本假设：蒙特卡罗假设和重要采样假设，采用蒙特卡罗随机链的方法来提高粒子的多样性，并利用无味卡尔曼滤波来产生更高精度的替代分布，发展了无味粒子滤波。通过仿真实验证明，相比较扩展卡尔曼滤波和基本粒子滤波，改进后的无味粒子滤波算法性能更优越，对含有非线性非高斯的状态估计问题有更好的滤波效果。     

海底地形匹配高效质点滤波导航方法

海底地形匹配导航技术可实现自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)长时间的水下精确导航。质点滤波器(Point-Mass Filter,PMF)是实现 AUV 精确海底地形匹配导航的重要方法,但质点权重计算过程中需要寻找空间分布不规则的实测地形数据点与网格化先验地形图数据点间空间对应关系,造成大量计算消耗,严重影响了地形匹配导航算法实时性能。提出一种海底地形匹配高效质点滤波导航方法,通过构建伪输入高斯过程(Sparse Pseudo-input Gaussian Processes,SPGPs)模型,实现实测海底地形数据高效、精确网格化插值过程,并根据 SPGPs 方法提供的插值置信度实现网格化概率地图构建;搭建质点滤波器算法框架,提出适用于概率地图的质点权重计算过程,通过考虑网格化地图不同节点插值置信程度差别,提高地形匹配导航精度。于青岛中沙礁展开海上数据获取试验,并利用海试数据完成算法回放式仿真验证。试验结果证明,所提出网格化插值方法可实现高精度、高效地形深度插值过程,所提出海底地形匹配高效质点滤波导航方法可为 AUV 在线提供精确导航结果,且实时导航圆概率误差小于 3 m。     

EnKF和SIR-PF在贝叶斯滤波框架下的比较和结合

贝叶斯估计理论为非线性、非高斯系统的数据同化提供了一个统一的框架。在本文中,我们利用著名的洛伦茨吸引子(Lorenz'63)模式对两种基于贝叶斯滤波理论的数据同化方法——集合卡尔曼滤波器(EnKF)和重取样粒子滤波器(SIR-PF)——进行了较为全面的比较。比较的结果揭示了两种方法的优缺点:即当集合成员数目较多时,SIR-PF的同化效果优于EnKF;反之,则EnKF的表现较好。进一步地,我们使用统计方法分析了两者表现的差异和原因。最近提出的一种集合卡尔曼粒子滤波器(EnKPF)通过使用一个可控的参数整合EnKF和SIR-PF的分析格式,可以结合两者的优点。本文在充分比较两种方法的前提下,重新阐释并改进了原有的EnKPF算法,使之适用于非线性的观测算子。通过使用相同的洛伦茨模式实验,我们揭示了EnKPF实质上提供了关于EnKF和SIR-PF的连续插值,使得后两者可以视为其特殊情况。并且,在集合成员数目有限的前提下,EnKPF可以在一定程度上避免滤波退化的发生,取得优于EnKF和SIR-PF的同化效果。     

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。     

Airborne Gravity Surveys Over Taiwan Island and Strait,Kuroshio Current and South China Sea: Comparison of GPS and Gravity Accuracies at Different Flight Altitudes

We compare the accuracies of GPS and gravity observations obtained from three airborne gravity surveys over Taiwan Island at altitude 5000 m and over Kuroshio Current, Taiwan Strait, and Dongsha Atoll at altitude 1500 m. A kinematic network adjustment was used to determine the positions of the aircrafts. GPS positioning errors are at the decimeter-level, which are not entirely propagated to velocity and acceleration errors due to cancellation of long wavelength errors. Outliers are downweighted in the Gaussian filtering to improve the gravity accuracy, especially at altitude 1500 m. Compared with the upward-continued gravity, the gravity anomalies from the 1500-m surveys show a consistent accuracy of about 3 mgal; the accuracy from the 5000-m survey is degraded, especially over high mountains. The RMS crossover differences at 1500 m and 5000 m are all below 3 mgal, suggesting flight altitudes do not affect the crossover difference. Coherence analysis suggests that the spatial resolvable wavelengths of the airborne gravity range from 4 km (altitude 1500 m) to 6 km (altitude 5000 m).     

基于海气耦合模式的均权重粒子滤波与集合卡尔曼滤波比较研究

在大气和海洋环境研究中,粒子滤波(PF)由于在非线性数据同化方面突出的优势,逐渐成为研究热点。最近改进的均权重粒子滤波(EWPF)为粒子滤波的进一步发展指明了新方向。集合卡尔曼滤波方法 (EAKF)作为当前主要应用的数据同化方法,使用高斯假设和线性假设来解决非线性问题,然而对均权重粒子滤波方法和卡尔曼滤波方法在非线性模式下的同化结果和特点还缺少系统详细的比较研究。本文在非线性耦合气候模式下,比较研究两种同化方法,采用均方根误差(RMSE)作为评价比较标准。实验结果表明,在非线性低频观测耦合模式中EWPF结果均优于EAKF。同时根据RMSE的结果得出,EWPF的同化结果更接近观察结果,而EAKF的同化结果更接近模式真值。     

水下模糊图象维纳滤波和卡尔曼滤波恢复算法研究

该文将海水中图象传输特性的研究与用此传输特性进行水下模糊图象恢复结合起来 ,得到一套测量水体传递函数及进行水下图象处理的方法。采用维纳 (Wiener)滤波和卡尔曼 (Kalman)滤波算法 ,对模糊图象进了恢复。结果表明 ,利用计算机采用一定的算法对散射性质已知的水体造成的图象模糊可以进行有效的复原 ,且良好效果。     

集合资料同化方法的理论框架及其在海洋资料同化的研究展望

在海洋动力系统的数值模拟中,海洋资料同化是一种能够有效融合多源海洋观测资料和数值模式的方法。它不仅可以显著地提高数值模拟的效果,构造海洋再分析资料场,还能有效减少海洋和气候预报时模式初始条件的不确定性。因此,海洋资料同化对于海洋研究和业务化应用具有非常重要的意义。资料同化方法的研究一直是大气、海洋科学的热门课题之一。其中,集合卡尔曼滤波器(EnKF)是一种有效的资料同化方法,自提出以来经过了20多年的发展和改进,已经在海洋资料同化中得到了广泛的研究和应用。近年来,随着动力模式的不断发展和计算能力的提高,粒子滤波器由于不受模型线性和误差高斯分布假设的约束,也逐渐成为了当前资料同化方法研究的热点。本文分析和总结了目前关于集合卡尔曼滤波器和粒子滤波器的一些最新理论研究结果,在贝叶斯滤波理论的框架下讨论了这两类算法的关联和区别,以及各自在资料同化实践中的优势和不足。在此基础上,我们探讨了粒子滤波器应用于海洋模式资料同化的主要困难和目前可行的一些解决方法,展望了集合资料同化方法研究的新趋势,为集合资料同化方法的进一步发展和应用提供理论基础。     

Airborne Gravimetry Survey for the Marine Area of the United Arab Emirates

The Military Survey Department (MSD) of the United Arab Emirates (UAE) undertook an airborne gravity survey project for the marine area of the country in 2009, especially to strengthen the marine and coastal geoid in the near-shore regions. For the airborne gravity survey, 5 km spacing coast-parallel flight lines were planned and surveyed. These lines were supplemented by cross-lines in order to assess the quality of the airborne gravity surveys. The flight lines were extended 10 km, spacing lines further offshore. A Beech King Air 350 aircraft was used for the surveys, collecting data at a typical flight speed of 170 knots and a typical flight elevation of 900–1500 m, depending on weather conditions and topography. Gravity was measured with a ZLS-modified LaCoste and Romberg gravimeter (S-99), augmented with a Honeywell strap-down inertial navigation system unit. The estimated accuracy for the airborne gravity data is better than 2.0 mGal r.m.s., as judged from the airborne track crossovers. The new airborne gravimetry data changed the UAE coastal geoid by up to 30 cm in some regions, highlighting the importance of airborne gravity coastal surveys.     

基于趋势面的多波束测深数据滤波方法

简要的介绍了基于统计特性进行多波束测深数据滤波的方法,并对这些滤波方法的特点及实际应用效果进行了对比分析,在此基础上,提出了趋势面滤波法,并对其进行了实践验证,取得了理想的效果。     

一种宽响应带通滤波器的设计

本文介绍一种由四参差调谐回路和反相输入模拟加法器构成的宽响应带通滤波器,并给出电路结构,实验测试和结果。     

基于最小二乘和卡尔曼滤波方法进行原子时预报的研究

介绍和分析了最小二乘和卡尔曼滤波方法在时间预报中的应用。通过IGS站提供的钟差数据，分别运用这两种方法对其中六个原子钟进行了时间预报的实验。通过对预报结果进行分析，结论证明为了取得较好的预报效果，不同的预报方法和钟参数的模型对于观测数据的要求有一些差别。从实验数据所成图形来看，当采用一天的观测数据进行模型预报时，最小二乘法的预报精度比卡尔曼滤波法稍高一些。