卫星海洋遥感数据的无损压缩及解压算法

在分析卫星海洋遥感单轨三级数据产品特征的基础上,针对游程编码无损压缩算法特征,提出了优化游程编码压缩算法,运用该算法实现了海洋遥感三级数据产品的无损压缩,并与流行的WinRAR压缩软件进行了比较测试,结果表明上述算法对海洋遥感数据均有较高的压缩率,优化游程编码压缩算法在空间复杂度及时间复杂度上均有明显的比较优势,可极大节约海洋遥感数据的存储与共享发布空间。     

一种用于海洋综合观测浮标的多种通信方式集成系统

为了优化海洋综合观测浮标的通信系统,设计了一种通信方式集成系统,将多种通信模块进行集成管理,并在每个数据发送周期进行通信信号检测,经过比较选择最优的通信方式进行数据传输。该系统具有采集数据完整、数据冗余小、运行功耗低等优点,有效增强了浮标的通信能力,完善了原有通信系统的功能,并且后期还具备较强的可扩展性功能,如浮标舱内环境监测和独立定位等,进一步增强浮标的安全性。该系统已经完成12个月的海上试运行,系统运行稳定,功能达到预期,可满足海洋综合观测浮标对多种通信方式进行优化管理的需求。     

基于LZW的海底声学探测数据压缩方法研究

针对海底声学探测仪器采集数据量大而存储容量有限、数据传输带宽不足的实际问题,基于Lempel-Ziv-Welch(LZW)无损压缩算法,研究海底声学探测数据的实时压缩方法,提高数据压缩效果、节省传输带宽。并在LZW无损压缩算法的基础上结合数据存储的特点对压缩结果进行内存重新分配,极大提高压缩比(压缩数据大小/原始数据大小)。利用海底地震仪(OBS)采集的原始声学探测数据进行测试验证,结果表明该方法对于OBS声学探测数据有很好的压缩比,可用于对OBS采集的声学探测数据进行压缩处理,对于海底探测仪器的研发有很好的指导意义。     

对RINEX格式GPS观测文件的压缩算法研究及软件实现

针对RINEX格式的GPS观测数据文件,利用观测数据的相关性设计一种新的压缩算法,并进行了对算法的软件编制以及试验。实现了对观测文件的快速、无损压缩。试验证明,这种压缩算法对RINEX格式的GPS观测数据文件的压缩比率在75％左右,优于常用的Huffman、改进半字节等算法。     

GPM和TRMM卫星与海洋定点浮标观测降水日变化的比较

基于热带大洋地区共23个海洋定点浮标雨量器数据比较了GPM和TRMM两种卫星降水数据(IMERG和TMPA)对热带海洋降水日变化的观测能力,选取时间为2014年4月1日—2018年4月30日。相较于浮标观测结果,2种卫星数据都低估了降水日变化范围。在太平洋和印度洋,IMERG和TMPA都能捕捉到降水极大值出现在早上、极小值出现在傍晚的特征,与浮标观测结果基本吻合。在大西洋,两种卫星数据与浮标观测的降水日变化特征有较大差异,主要是由于大西洋降水较少,而卫星对小降水的观测存在较大偏差,同时浮标观测在小降水区域更容易存在误差。     

低功耗双处理器漂流浮标系统

漂流浮标具有结构简单、易布放、不需要额外动力等方面的优点，在海洋观测领域已经有了较为广泛的应用。然而现有的漂流浮标为了控制成本和整体功耗，搭载的传感器较少，在使用中能够采集到的数据种类较少，并且由于电子系统设计相对简单，一旦出现故障，无法解决，导致实际使用时长往往达不到设计使用时长。因此，本文以低功耗、高可靠性、多样化载荷为设计目标，提出一种具备扩展性的双系统漂流浮标的设计方案，能够尽可能地提高漂流浮标的可靠性，同时基于双系统设计了一种低功耗切换算法。该款漂流浮标系统可在主模块损坏时及时启用备用模块工作，并可对当前电池电量、工作环境状态及模块功能状况进行处理分析，根据分析结果实现对系统未来工作模式的决策，系统功耗降低了20%，同时实现了漂流浮标系统的长时序高效观测。     

基于北斗卫星的大型海洋浮标通信机制研究

针对北斗通信效率低、通信并非百分百可靠等问题,提出了一套新的大型海洋浮标北斗通信机制,包含一套通信协议、一种适用于通信数据的"位拼接-LZW"两重数据压缩机制以及一套适用于通信系统的"主-从"两重状态机通信控制机制。该机制有效地提高了通信传输效率,节约了通信成本,保证了北斗通信的可靠性,并且已成功应用于大型海洋浮标中。     

一种精细化的海洋浮标数据质量控制方法

针对海洋浮标数据获取特点及常见数据错情,本文提出了一种精细化的海洋浮标温盐数据质量控制方法。通过范围检验、尖峰检验、莱因达准则等六个步骤实现浮标数据质量控制,其创新性在于有效集成了多种质量检验法,并且研究了一种融合传统尖峰检验与莱因达准则的质量检验新方法;并以中国近海观测研究网络黄、东海站浮标温盐观测数据为例,验证了本方法的有效性和适用性。该方法可广泛用于海洋浮标温盐观测数据的质量控制,识别出长时间序列数据的异常值。经过本方法质控后的浮标观测数据对于海洋科学研究、海洋气象预报、海洋灾害预警以及渔业发展等具有重要意义。     

基于10 米浮标载体的锚链式剖面观测系统实践之一——自容式采集方式

为了对我国近海海域进行剖面观测,获取到多层位水体的多要素观测数据,尝试依托中国近海海洋观测研究网络东海站10 m浮标系统的锚系,采用在锚系上挂载自容式组合传感器方式,获取到8个观测周期共412 d的有效剖面观测数据,观测层位分布于10,20,30 m 3个水层;通过结合浮标获取的表层温度数据与3个水层的对比分析表明,锚链式剖面观测方案在实用性和可推广性方面具有显著优势,是基于海面浮标载体进行剖面观测的有益尝试,可在我国构建的海洋浮标观测网络上进行广泛应用,将为我国近海海洋科学研究提供弥足珍贵的水面-水体全序列系统观测数据资料,从而为近海海洋科学研究取得突破性进展提供重要的数据支撑。     

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。     

基于北斗短报文的海洋观测实时通信系统的设计与研发

北斗一代和北斗二代短报文每次通信数据长度只有78个字节，每次通信后间隔60秒或者300秒才能进行下一次通信，远远满足不了海洋观测实时通信的需求。设计了一套基于北斗短报文的海洋观测实时通信系统，北斗多卡机作为数据发送端，采用哈夫曼压缩算法将观测数据压缩后分成多个数据包，通过多个北斗卡分别发送，岸站接收系统接收到分包的数据后，将接收的数据包解压缩并整合成完整的观测数据。哈夫曼压缩算法将观测数据压缩50%左右，将1组观测数据压缩后发送3次，通过岸上3个月和海上1个月的测试，观测数据接收成功率达到了96%以上，验证了基于北斗短报文的海洋观测实时通信系统的可行性和实用性。     

海洋湍流数据实时压缩方法研究

海洋湍流因具有随机性特点,目前多采用统计学理论进行研究,因此需要获取大量的湍流观测数据,这给湍流观测设备的数据存储和传输带来挑战。针对上述问题,本文在分析海洋湍流数据特征的基础上,提出了一种高效实时的无损数据压缩方法。以大量的湍流数据增量信息作为数据源构建霍夫曼编码表,并以此作为湍流压缩和解压的字典,从而提高了压缩效率。通过对历史海洋湍流数据进行压缩实验,证明该方法的湍流数据压缩比低至25%,并且具有压缩速度快、处理器占用率低等特点。     

Huffman数据压缩技术在卫星数据通信中的应用

当前,很多海洋监测平台利用卫星进行数据传输,卫星通信虽然有其自身的优点,但也存在一个突出的问题-通信费用高.针对通过卫星发送的海洋监测数据的特点,采用Huffman数据压缩技术对数据进行压缩,可以提高通信效率,降低通信费用.论文主要介绍了Huffman数据压缩技术原理以及如何将其应用到海洋监测平台的卫星数据通信中.     

多参数海洋浮标实时采集系统的设计

提出了一种深海浮标实时数据采集的设计方案。该方案基于数据库和卫星通信技术,通过多通道数据采集,能够实现深海环境要素的实时获取,完成在无人值守状态下浮标周围海域的环境监测,有助于推动特定海域海洋环境的研究。     

水下升降式准实时通信潜标控制系统研制

为实现长期、连续、定点、低成本的上层海洋垂直剖面要素的准实时观测,提出了一种以STM32单片机(microcontroller unit,MCU)为主控器、采用国产温盐深传感器(conductivity temperature depth,CTD)和声学多普勒剖面流速仪(acoustic doppler current profilers,ADCP)等仪器进行剖面观测、搭载铱星通信模块或其他通信设备、适用于近海和远海的低功耗水下升降式准实时通信潜标控制系统设计方案。介绍了潜标的结构组成、控制系统硬件和软件设计,以及服务器接收软件的设计;实现了基于无线双向通信的数据补发机制和对潜标的远程控制;提出了一种适用于霍尔无刷直流电机(hall brushless direct current motor,HBLDCM)的堵转保护方法。近海和远海试验表明,该型潜标可以实现海洋垂直剖面的连续观测和数据的准实时传输,验证了潜标控制系统设计方案的可行性与稳定性。     

国产深海准实时传输潜标系统设计

基于海洋环境安全保障、海洋环境预报和海洋科学研究的需要,开展国产深海准实时传输潜标系统的设计,重点进行锚泊系统水动力分析、观测设备工作同步性、准实时通讯系统安全可靠和系统低功耗等整体技术设计;开展轻型感应耦合传输缆制作、大深度感应耦合传输和智能收放通讯等数据实时通讯技术的研究;进行适用于准实时传输潜标系统的多种类国产设备的稳定性和可靠性优化、规模化集成和系统化的应用示范,形成半潜升降式准实时通讯潜标与浮子式准实时通讯潜标各1套。所设计的准实时传输潜标系统集成了1台抗污染CTD、19台感应耦合CTD、8台感应耦合T、4台感应耦合传输的ADCP、2台单点海流计和6台感应耦合数据传输仪,并配有2套声学释放器;潜标系统本体设计含有3个水下流线型浮体、1套通讯浮子、1套准实时卫星通讯装置(半潜式水下绞车或海面浮子)和1套锚泊缆系,可实现深达2000mm的剖面温盐深和海流等海洋要素的高频率、多要素、多层次的长期连续观测和数据准实时传输,以便对科学问题解决和海洋环境安全保障等提供及时的数据支撑。     

基于北斗通信的海洋多要素观测系统设计

以低功耗、多参数、安全可靠为设计目标,提出一种基于北斗卫星通信的海洋多要素观测系统设计。设计以嵌入式微控制器STM32F103RET6为核心,实现以漂流浮标为载体的海洋环境噪声测量,同时实现对海洋气温、气压、风速、风向及表层海温的多要素观测;以可充电锂电池组和太阳能电池板组合方式供电,同时进行必要的电源管理,有效提高漂流浮标的工作寿命;采用我国自主知识产权的北斗系统进行定位及双向通信,安全性高。实验表明,基于北斗通信的海洋多要素观测系统设计具有可行性,满足低功耗、多参数、安全可靠的设计要求,为以表面漂流浮标为载体的海洋多要素数据采集控制提供新的硬件设计方法。