联邦卡尔曼滤波在水下航行器组合导航系统中的应用

为了提高水下航行器的导航定位精度,设计了以捷联式惯性导航系统、地形匹配、多普勒计程仪等构成的组合导航系统,建立了各子导航系统的误差模型,采用联邦滤波技术对水下组合导航进行信息融合,建立了水下组合导航系统的观测方程并进行了计算机仿真．仿真结果表明：使用联邦卡尔曼滤波技术进行信息融合提高了组合导航系统定位精度和定位可靠性,能满足水下航行器高精度和高可靠性的要求．     

基于平移不变小波变换的多普勒速度声纳输出信号处理

针对水下航行器组合导航系统所使用的多普勒速度声纳输出信号的特点,采用了平移不变小波变换的多分辨率分析的方法,利用Daubechies小波函数,采用了半软阈值去噪的方法,能够在低信噪比的情况下准确地估计多普勒声纳的频移,从含有噪声的多普勒输出信号中提取出原始信号．通过仿真实验表明:采用4层小波分解,算法计算量减小,有效地消除多普勒噪声,从而提高水下组合导航系统的精度．     

基于移动互联网的气象安全导航研究

随着经济的发展,气象条件对交通的影响越来越大,恶劣天气原因导致的交通事故时有发生,如大雾、团雾、道路结冰造成的汽车追尾,突发强对流天气导致的翻船等。基于移动互联网技术[1-2]充分应用实时气象监测预报信息,提供专业的交通气象服务需求相当旺盛。介绍基于移动互联网技术融合应用天气雷达监测和数值天气预报数据,研究并设计具备灾害性天气分析和提醒功能的陆地、水上交通安全气象导航服务手机客户端软件系统,最大程度降低出行中可能遇到的气象安全风险。     

导航测风

导航测风是近几年发展起来的一种新的测风体制。在探空仪上附加一个简单的接收机,用来接收远程或超远程无线电导航信号,并将接收到的导航信号调制在探空仪的特高频发射机上,连同探空信息一起传送至探空站。在探空站上,根据陆续收到的导航信号,获知不同时刻探空仪位置的信息,并用以算出风向风速。导航测风方式与雷达跟踪的方式相比,精度大体相同,但天线系统大大简化了,用于行动中的舰船测风,尤为有利。一、基本原理采用导航测风方式时,在探空站上并不需要发射任何信号,也不需要单独建设导航信号     

T213数值预报产品与多普勒雷达图像相结合在对流天气中的应用

利用Micaps系统中的T213数值预报产品和714CD多普勒天气雷达的强度和速度回波资料、径向风场资料,对贵阳机场的对流天气进行分析.指出在用常规天气图进行外推预报的同时,结合T213 数值预报物理量预告场提前预测天气趋势和变化,利用多普勒雷达连续探测的特点,弥补时间和空间密度的不足,并运用多普勒速度图和VAD技术来识别和反演流场结构和中小尺度天气系统,密切监测对流天气的发生、发展,提高了短时预报的精度.     

中尺度分析系统LAPS应用雷达资料的个例研究

武汉暴雨所引进国际先进的中尺度分析系统LAPS, 经成功本地移植后, 该系统能融合华中区域多种非常规观测资料, 提供包含丰富中尺度信息的高分辨率中尺度分析场。针对一次梅雨期强降水过程, 利用LAPS系统进行中尺度分析, 通过对比该系统融合多普勒雷达资料前后各种物理量场的差异, 研究了多普勒雷达资料在该系统中的作用。结果表明, LAPS融合雷达径向风后, 对风场的改善比较明显, 能揭示流场的中尺度信息。融合多种资料后的LAPS中尺度分析场比NCEP再分析场更接近实况, 能清楚地反映中尺度特征, 可作为分析此次强降水过程发生\, 发展的工具。融合雷达资料反射率后, LAPS云分析能提供与实况接近的较细致的云信息, 有利于了解暴雨过程中云参数的演变, 同时也为数值模式热启动提供条件。     

FY-4气象卫星定位用导航星选取方法

给出了一种导航星的选取方法,该方法以J1991.25 Hipparcos星表为中心,联合Tycho-2星表、SAO星表及Pulkovo视向速度表,通过精密历元转换至J2000.0历元时刻,引入位置精度阈值,使得高精度的恒星作为导航星,为高精度的卫星姿态反演奠定了基础;引入辅助导航星,以提高星图识别率和识别速度;通过对星图识别失败的个例分析,剔除冗余星,以进一步提高星图识别效率。189颗辅助导航星遍及全天球,其中亮于3等星的恒星占34.4%,非常有利于提高星图识别率,且弥补了部分天区恒星稀疏的不足。参考星表的不精确将引起姿态输出的误差,这是无法避免的,通过精密历元转换计算FY-4观测历元时刻的导航星精确位置,与直接利用常用星表中提供的恒星位置相比,改善了参考星的输入误差,是提高姿态确定精度的手段之一。     

美国“区域观测和预报服务计划(PROFS0)”考察报告(Ⅱ)

三、PROFS观测系统 1、雷达 PROFS使用三部雷达回波拼图和多普勒速度资料。(1) NCAR(国家大气研究中心)的10cm天气多普勒雷达CP—2是1983年加入系统的,每五分钟提供一次低仰角反射率和径向多普勒速度资料,量程600m—260km(反射率),径向速度量程为1200m—150km,方位角精度为1°(反射率)和2°(多普勒速度)。使用一台DEC PDP—11/24进行资料预处理和通讯管理,通讯速率为0.56Mbps,实际达到0.25Mbps。      

T213数值预报产品与多普勒雷达图像相结合在对流天气在的应用

利用Micaps系统中的T213数值预报产品和714CD多普勒天气雷达的强度和速度回波资料、径向风场资料，对贵阳机场的对流天气进行分析。指出在用常规天气图进行外推预报的同时，结合T213数值预报物理量预告场提前预测天气趋势和变化，利用多普勒雷达连续探测的特点，弥补时间和空间密度的不足，并运用多普勒速度图和VAD技术来识别和反演流场结构和中小尺度天气统，密切监测对流天气的发生、发展、提高了短时预报的精度。     

基于GNSS的空间环境参数反演平台及精度评估

基于全球和区域全球导航卫星系统（GNSS）参考站网进行对流层和电离层参数反演实现空间环境变化监测具有成本低、精度高、实时性好等优点,得到了广泛应用.本文基于南京信息工程大学的北斗/GNSS空间环境监测平台Xsensing,以国际GNSS服务组织提供的对流层产品为参考,评估了不同气象条件下对流层参数反演精度,在此基础上采用固定非差模糊度的精密单点定位技术（PPP）实现高精度电离层参数反演.实验结果表明,基于全球参考站的对流层估计误差偏差为0.05 mm,对应的标准差为5.6 mm,在平稳和剧烈的气象条件下均能反映水汽变化趋势特征.基于短基线进行电离层延迟反演精度评估,结果表明浮点解PPP反演电离层延迟误差的平均偏差为-0.09 TECU,精度为0.38 TECU,采用非差模糊度固定技术对电离层延迟提取精度提高达84.2％;静态模拟动态解算模式下电离层估计精度与静态相当.上述结果表明该平台可实现高精度空间环境参数反演,下一步将融合机载、船载等多种平台观测实现中小尺度空间变化监测.     

脉冲星导航发展概要

随着空间探测任务的纵向深度发展,基于地基设备和操作的现有导航模式无法胜任未来的任务需求,利用遥远宇宙中脉冲星辐射信号信息的脉冲星导航为深空飞行器的精密定轨开辟了新的发展方向.文章介绍了脉冲星成因及辐射机制,在分析现有通用导航模式特点及其在深空任务中的局限性的基础上,阐述X射线脉冲星自主导航原理,对脉冲星导航方法以及X射线探测器等关键技术的发展进行了介绍,最后,对射电脉冲星导航进行了初步探讨.     

多普勒雷达资料同化对北京“7.21”大暴雨过程模拟的影响

利用新一代中尺度预报模式WRFV3.6及其三维变分同化系统(WRF-3DVAR),对2012年7月21日北京地区的一次暴雨过程进行多普勒天气雷达径向风和反射率的同化试验研究,检验和探讨高时空分辨率多普勒天气雷达资料在改进模式初始场及提高对暴雨过程预报的准确率等方面的应用效果及意义。结果发现雷达资料同化能在初始场中加入反映产生降水的低层风场辐合的动力和锋前暖区充足的水汽条件的物理信息,可以在模式积分开始后改善初始场中水汽和风的分布,较快地模拟出局地对流系统的发生、发展,改善由于中尺度观测资料不足而造成的模式初始场里中尺度信息缺乏的问题。径向速度的同化增加了中尺度信息,对初始流场的调整较为显著,侧重于改进风场。而雷达反射率资料的同化对初始温、湿度场和强回波位置的调整更明显,侧重于改进湿度场。累计降水的预报结果显示,同化径向风资料对雨带的位置、范围有较好的改进,同化雷达反射率资料对暴雨强度的预报有明显的改善。通过降水ETS评分发现,同化常规观测试验相对于控制实验,对于5、15 mm和25 mm降水评分能增加0.1左右,径向风同化试验能增加0.2左右,反射率同化试验能增加0.3左右,而径向风加反射率试验增加的评分介于0.2～0.3。雷达资料对于提高定量降水预报的精确度有着重要作用。     

CINRAD-SA雷达在正面登陆台风预警中的应用

新一代天气雷达（CINRAD-SA）具有丰富的产品和强大的功能。通过对云娜等正面或临近正面登陆温州的热带气旋的雷达资料分析，发现一些独特的回波特征和风场结构。结果表明，强台风具有明显的眼（眼越小强度越强），眼壁和螺旋雨带对流发展旺盛，强度结构完整、紧密。台风暴雨强度与台风气旋性涡旋本身的动力辐合上升强度趋于一致。强降水常出现在台风前进方向的右前侧，相同的垂直累积液态水含量受地形等因素影响“降水效率”差异极大。对于沿海一带，利用新一代天气雷达更高的探测能力对于台风性质的判断、短时预警和决策服务会起到积极的重要作用。     

风廓线雷达探测大气返回信号谱的仿真模拟

利用2008年1—9月北京延庆地区对流层CFL-08风廓线雷达和2009年7—12月广东东莞地区边界层CFL-03风廓线雷达晴空大气探测资料,对大气返回信号功率谱密度分布及雷达系统噪声幅度统计特征进行分析。基于大气返回信号的谱分布符合高斯分布的统计结果,采用高斯模型对大气返回信号谱进行模拟;雷达系统噪声是白噪声,其谱线幅度的统计特征呈高斯分布,在此基础上,通过生成高斯分布随机函数对雷达探测输出信号进行信号谱分布的仿真模拟,并采用雷达探测信号的谱参数对仿真模拟进行检验,效果较好。该文应用仿真模拟的数据,对风廓线雷达信息处理方法及其处理精度进行了初步试验和分析。     

极轨气象卫星自动地标导航方法

该文实现了一种极轨气象卫星的自动地标导航方法。地标导航能够纠正由于姿态而引起的定位误差。首先根据当前轨道遥感卫星图像中海洋、陆地、河流等地物特征能量的概率分布情况,利用全球模板,建立地标库,然后通过最大相关系数方法计算地标偏移量,从而获得姿态偏差,之后利用计算得到的姿态偏差对遥感卫星图像重新导航,获得地理定位结果。利用FY-1D扫描辐射计的遥感数据对方法进行检验,结果表明:该文所提出的自动地标导航方法可以有效纠正由姿态而引起的定位误差,达到像素级的定位精度。该方法能够突破传统地标导航方法需要丰富的遥感卫星历史资料的限制,拓展传统地标导航方法的适应范围。该方法已在我国2008年5月发射的新一代极轨气象卫星FY-3号上得到应用,并将在下一代静止轨道气象卫星FY-4号上进一步开发。     

“7.17”庐山雷击事件分析

通过对 2 0 0 2年 7月 1 7日雷电过程的天气形势、卫星云图、多普勒雷达资料 ,以及雷电探测定位系统资料的分析 ,指出水汽云图上的强水汽累积区、雷达回波上的回波合并与高层强回波区以及雷达回波速度场上的“零值线”等特征 ,是判断雷电发生和强对流天气的重要依据     

基于扩张观测器的航天器无速度旋量信息姿轨一体化控制

针对在轨飞行期间无法精确获得速度信息（角速度与质心速度）的情况,设计了基于扩张状态观测器的航天器姿轨一体化控制器.首先给出了基于对偶四元数的航天器姿轨一体运动学与动力学模型;然后针对速度旋量信息缺失的情形并考虑模型参数误差与外界扰动设计了扩张状态观测器,并利用Lyapunov稳定性定理分析观测误差的有限时间收敛性;最后基于该扩张观测器设计航天器姿轨一体快速终端滑模控制器,分析该控制系统的有限时间收敛性,并进行数值仿真验证.     

多普勒天气雷达速度图像在近海台风移动路径预报中的应用

在Rankine涡旋运动模式基础上模拟台风的水平风场结构,给出了准环境风的定义,研究了受准环境风影响台风的多普勒速度的重要特征,即根据台风正负极值中心的不对称程度和零速度线和台风中心的相对位置来估计一定高度的准环境风的风向风速,同时结合对近年来影响广东的几个近海台风的多普勒天气雷达径向速度场资料进行分析研究,证明准环境风的分析判断对近海台风的移动路径预报有很好的实际指示意义,可为今后近海台风的路径预报特别是转向台风的路径预报提供重要参考。     

多普勒雷达资料同化的稀疏化方式对暴雨过程的影响研究

利用中尺度非静力WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其三维变分同化系统,对2007年7月淮河流域的一次强降雨过程进行多普勒雷达径向速度资料的三维变分同化试验,重点考察雷达资料的不同稀疏化方式对同化结果以及对暴雨数值模拟的影响。结果表明:同化多普勒雷达径向速度资料使得模式初始风场包含了更丰富的中尺度特征信息,有效调整了初始场的环流结构,能够改善模式对暴雨过程的模拟效果;以不同的稀疏化处理方式同化多普勒雷达径向速度资料对分析场会产生不同的影响,进而影响模式的降水预报效果,本次试验中当极坐标网格径向分辨率取10 km的时候降水过程的预报效果最好。     

基于变分技术的天气雷达速度退模糊算法的改进研究

为有效地识别和提取多普勒天气雷达风场信息,对Gao和Droegemeier提出的基于变分技术的多普勒雷达径向速度数据退模糊方法进行了改进。原方法中将背景风场、方位和径向速度距离梯度信息同时作为约束条件,对Nyquist数进行校正。但是该方法在迭代过程中使用了大量的数值分析和偏微分方程计算,造成径向速度场过度平滑和数据失真。针对这个问题,改进算法在得到径向速度分析场后,结合原始径向速度观测场,通过图像变化检测法,自动识别存在速度模糊的区域及计算需要校正的Nyquist数,对观测场的模糊区域进行校正。利用强对流天气和台风过程的雷达体扫数据验证了改进算法的可行性,并与原始算法及业务应用的WSR-88D算法对比。结果表明:改进算法有效地解决了原始算法中的不足,恢复真实的风场结构和分布特征,改善了退速度模糊的质量,从而得到更为合理的径向速度观测场;并且该算法退模糊效果优于WSR-88D算法,有助于为科研和业务应用服务。