水声定位导航技术的发展与展望

针对水声通信中,尤其是长帧情况下将残余多普勒视为载波频偏将会导致均衡器逐渐发散,提出了一种基于法罗（Farrow）插值结构的分数阶判决反馈均衡器,以对抗水声通信中的残余多普勒引起的均衡器发散问题;低功耗硬件平台算力有限,将快速递归最小二乘算法应用于均衡器系数迭代过程,使得其信道跟踪性能与算法复杂度有较好折中。仿真表明该方法能够对抗时变多普勒水声信道,能够满足硬件平台实时处理;湖上实验验证了该方法能够在夏季恶劣水声信道环境下实现实时水声通信,在500 m距离实时水声通信的误比特率为7.95×10^－5,在1 000 m距离实时水声通信的误比特率为3.03×10^－4,满足实际工程应用的需求。

     

一种改进的航空重力测量数据处理方法

目前的航空标量重力测量系统主要是在当地坐标系下求解重力垂向分量,该方法涉及厄特弗斯改正,却没有考虑垂线偏差的影响。改进方法在准惯性坐标系下求解重力观测量,给出了一个计算重力值的改进公式,避免了经典方法中的近似处理,从理论上完善了航空重力测量数据处理方法。实例验证了改进方法的正确性,并显示经典方法中的近似处理在实验区域内产生了亚mGal级的误差,这个误差在利用1/60 s以下的截断频率进行低通滤波后基本可以忽略。除了理论上对经典方法的改进,改进方法还提供了确定扰动重力水平分量的公式,经过细致的数据处理后其精度可达mGal级。     

正规化矩阵正定时半参数估计量的统计性质

对于包含系统误差和粗差的观测数据,本文将混合Cook距离引入到半参数模型中,实现了粗差的定值定位。首先,构造补偿最小二乘函数,利用泰勒展式,根据均值漂移模型与删失模型的等价性,导出了观测数据中剔除第i个观测数据前后参数分量和非参数分量相应估计值之间的关系式,为粗差的定位分析奠定了基础。其次,将混合Cook距离作为诊断统计量,进行粗差定位分析,得到了参数分量和非参数分量的诊断统计量的简洁计算公式,为了提高粗差定位的准确性,给出了混合Cook距离参数 Q 和C的一些常用形式,通过合理选择相应参数,计算参数分量和非参数分量的距离函数,实现粗差的定位,并将系统误差和粗差从观测数据中区别开来。最后通过模拟算例和实测数据验证了本文方法的正确性。     

大陆边缘沉积盆地流体逸散管道地震特征及其成因机制

流体逸散管道是深部流体向上运移所形成的通道,在大陆边缘沉积盆地中广泛发育。由地震资料显示,流体逸散管道主要由根部、过路区和末端3部分组成。由于形成机制、起源和流体成分的不同,其组成三要素有不同的表现形式,因此,流体逸散管道类型多样,具有不同的地震反射特征。水力压裂是文献中最常见的一种有关流体逸散管道形成机制的解释,但是,随着地震勘探的发展和研究的不断深入发现,水力压裂不足以解释所有类型的流体逸散管道,还存在其他的成因机制,包括流化侵蚀作用、局部空洞坍塌及同沉积模式等。从流体逸散管道组成三要素的角度描述了不同类型流体逸散管道的地震反射特征,并详细论述了其4种成因机制下的形成过程。     

利用风云3D微波成像仪数据估算北极海冰密集度的精度评价

卷积神经网络（convolutional neural network, CNN）已用于星载全球导航卫星系统反射测量（global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R）海冰检测,其具有数据预处理简单、最大限度保留反射面信息等优势,但已有GNSS-R CNN海冰检测方法研究的数据集时间跨度较小,代表性有限,且未考虑训练集内海水、海冰时延多普勒图（delay-Doppler map, DDM）的比例对方法泛化能力的影响。针对该问题,首先提出一种筛除畸形DDM方法,有效筛除错误数据;然后,设计合适的CNN结构及参数,通过小样本对比实验发现CNN模型在训练集内海水、海冰DDM的比例为1∶1时具有高准确率和最佳泛化能力,并优化数据集选取策略;最后使用2018年全年大样本数据集评估改进的方法在大数据量和大时间跨度时的有效性和可靠性。研究表明,改进的方法通过加强数据质量控制、优化数据集选取策略,提升了CNN海冰检测方法的泛化能力及可靠性,使其更适用于实际应用场景,为海冰消融等研究提供参考。

     

中国沿岸主要验潮站海图深度基准面的计算与分析

全球导航卫星系统干涉反射测量（global navigation satellite system-interferometric reflectometry,GNSS-IR）技术可利用信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）数据包含的多路径信息反演潮位,但通常需限制仰角范围,导致可用数据量少以及时间分辨率不足。针对上述问题,提出一种数据质量控制方法,重构SNR残差序列获得仅受多路径影响的SNR序列,再设计并训练Transformer神经网络模型对数据进行分类,在潮位反演前筛除无效SNR数据,将高仰角数据纳入可用范围。实验表明,该方法可大幅度提升高仰角数据有效率,将反演站点的可用数据仰角范围扩展至5°~30°,从而显著提升可用数据量和潮位反演值的时间分辨率,对利用GNSS-IR技术的海啸、风暴潮实时监测等应用和长期海平面变化等海洋研究具有重要意义。

     

北京地区基于不同地面沉降阈值的地下水位控制分析

城市地面沉降是对城市规划建设、经济发展和人民生活构成威胁的地质灾害。为了探究地下水位与地面沉降的关系,本文对北京顺义地区天竺地面沉降监测站多年分层地面沉降及对应含水层组地下水位监测数据进行统计分析,建立了该地区基于累计沉降量与含水层组水位标高、水位变幅及水位波动的多元回归模型,并对所建立的回归方程进行了检验,研究分层地面沉降与地下水位变化的定量关系,并结合《全国地面沉降防治规划(2011—2020)》中北京市的控沉目标,设置该地区不同地面沉降速率控制阈值,计算得到各层位达到控制阈值时所对应的地下水位,为下一步合理调整地下水开采层位,开展地面沉降防控工作提供科学依据。     

高水压条件下大理岩破坏机理试验研究

锦屏二级水电站深埋隧洞中大理岩洞段处于高水压力和高应力环境中, 该段在施工过程中多次发生严重突水灾害。对该段大理岩的高水压条件岩石力学试验表明, 高水压条件下, 岩石应力-应变曲线在峰值应力附近出现明显平缓段, 应力降大, 岩石峰值强度及脆性破坏后破碎程度随水压力升高而升高, 岩石试件以压致拉裂破坏为主。基于高水压条件下裂纹周边应力解析分析, 认为裂隙中高水压力存在降低了裂隙尖端附近高应力集中效应, 与加载方向一定小夹角范围内的微裂隙尖端附近最大拉应力集中程度接近, 这使得岩石中应变能可进一步积累、压致拉裂型微裂隙数量进一步增加, 岩石呈脆性破坏, 并且破碎程度明显增加。研究工作对深埋隧洞突水灾害防治及强降雨诱发高速滑坡灾害预防具有重要的理论和现实意义。     

基于CRD法的地铁大断面横通道变形规律研究

长春某地铁车站横通道采用CRD工法开挖, 具有断面大、埋深浅的特点, 有必要对地层及结构的变形情况进行研究。据此, 基于地层条件和施工过程, 利用FLAC3D程序建立工程开挖的三维动态模型, 对比实际监测数据, 进行变形规律研究。研究表明, 横纵断面地表沉降槽曲线均可用高斯公式拟合, 地表三维沉降近似呈椭圆形漏斗状, 最大沉降发生在横通道投影中心偏近马头门处, 开挖过程中, 最上层导洞对地表沉降及拱顶沉降影响较大, 约占总沉降的1/2左右, 中隔壁对洞室收敛起到了减缓作用, 故实际监测过程中应以地面沉降和拱顶沉降为主。研究结果对今后地铁大断面横通道开挖有工程指导意义。     

探地雷达在振动台斜坡模型震裂变形探测中的应用

5,12, 汶川大地震造成了大量山体震裂变形, 形成众多次生潜在灾害。地震前后山体震裂变形的发展演化规律是防治滑坡的关键。振动台试验是实验室模拟地震的重要手段, 可以重现边坡在地震作用下的变形破坏过程, 探地雷达是利用高频电磁波反射探测目的体及地质结构的物探方法, 可用于查明滑动面的位置。本文采用室内小型振动台模拟实验, 通过输入相同加速度, 不同频率正弦波, 研究边坡的动力加速度响应特征。利用LTD-2100探地雷达主机, GC900MHz屏蔽型天线, 检测施加地震荷载前后坡体内部裂缝的发育状况, 结合解译成果, 对地震造成边坡内部裂缝的位置进行推断。实验结果表明探地雷达检测出的裂缝发育位置与边坡动力加速度响应特征相一致。探地雷达用于振动台模拟试验分析地震滑坡的成因和机理是可行的。