基于黑白环扇圆盘的角点自动识别与排序

采用传统棋盘格进行相机标定时,标定模板旋转角度对角点排序带来较大的影响,针对此设计了一种黑白环扇圆盘标定模板,并提出了与该标定模板相应的角点识别和排序算法。新的标定模板设计中心圆为1/4缺口的黑色圆,以此来消除标定模板旋转给角点排序带来的影响。通过模板区域分割算法实现标定模板的提取;创建圆形检测器剔除Harris算法提取的伪角点;利用向量积和角点几何特性完成角点排序。实验结果表明:该标定模板及其角点识别与排序算法可以有效剔除伪角点,角点排序具有良好的旋转不变性,能够实现自动相机标定。     

BDS/GPS/GLONASS组合单历元姿态测量性能对比分析

相比于单一卫星导航系统,多卫星导航系统组合具有显著增加可用卫星数目、改善卫星空间几何结构等优点,因而多卫星导航系统组合应用成为近年来关注的热点。在复杂观测条件下,利用BDS/GPS/GLONASS组合进行载体姿态测量具有单系统无法比拟的优势。首先阐述了BDS/GPS/GLONASS组合超短基线解算的双差模型以及姿态测量基本原理;然后分析了BDS/GPS/GLONASS组合多频单历元姿态测量性能。通过实测静态数据设置不同高度截止角进行分析表明:相比于单系统及双系统组合的姿态测量,BDS/GPS/GLONASS组合能够有效地提高姿态测量的精度、稳定性和可用性。当运动载体处于高楼、峡谷等受遮挡严重的复杂环境时,BDS/GPS/GLONASS组合单历元姿态测量更具有应用价值。     

地面报中高山站资料的应用分析

无线电探空仪观测和地面观测资料作为天气分析和数值预报最常用、最重要的两种资料数据源,两者时空分辨率有着明显的差异。如何利用地面观测资料的高时空分辨率特点来补充探空观测资料在一些地区的欠缺和不足,特别是地面高山站资料的使用对对流层底层环流场的影响及对精细化数值天气预报风场分析指示意义等都需要进一步的探究。文章通过对地面高山站资料在资料同化中不同的使用方式的分析,探索其作为探空资料的补充在资料同化中的贡献。个例试验选取2013年6月29日00时地面资料和探空观测资料进行资料同化,试验方法:分别将地面高山站资料作为探空资料和地面资料应用于同化分析中,结果表明:地面高山站资料当探空资料使用时对850和925 hPa风场同化分析有正效果。在地面高山站资料当探空资料使用和当地面资料使用的对比中,其24 h 850和700 hPa高度和风场预报试验差异不显著;但24 h降水预报结果显示:地面高山站资料当探空资料使用对降水强度和位置的预报都有弱的正贡献。连续试验的降水预报检验证明:在地面高山站较多的西南区,高山站资料当探空资料使用在小雨、中雨、暴雨等量级的预报评分要优于高山站资料当地面报使用,且其预报偏差也较小;在中国区降水预报检验高山站资料当探空资料和地面报使用差异不大。     

基于在线加权式多模型方法的磁控立方星姿态机动控制

针对一类低轨道磁控立方星,提出一种在线加权式多模型自适应跟踪控制方法,使得卫星姿态能够根据指令实现较大角度的机动,并将误差保持在容许的范围内,达到满意的动态性能.首先,在卫星的几个姿态平衡点处建立控制系统模型,通过模型匹配度指标值,在线调整加权式多模型控制算法;其次,在多模型控制回路中引入动态自适应神经网络,充分利用其结构和参数均可以在线自适应调节的特点,以消除卫星在轨运行时受到的地球磁场变化的影响,并抑制不确定的外部干扰,提高系统鲁棒性能;最后,以某立方星为对象,进行仿真验证,结果表明所提方法是有效的.     

GRAPES全球三维变分同化系统的检验与诊断

中国气象局数值预报中心新近升级的GRAPES全球三维变分同化系统的大气基本状态变量在物理属性与定义的网格和坐标上与预报模式保持一致,是一个完全针对GRAPES预报模式的同化系统。该系统不仅有利于减小分析误差,也是构建GRAPES四维变分同化系统的基本环节之一。该文通过与观测资料的对比、与国际其他业务中心分析场的对比,以及中期数值预报的检验,对新的GRAPES全球三维变分同化系统性能进行较全面讨论,并通过对这一系统的检验,探索资料同化系统性能的检验方法,尤其是观测资料同化效果的定量评价方法。诊断结果表明:在宏观特征上,GRAPES变分同化系统的分析场与欧洲中期数值预报中心和美国国家环境预测中心的分析场十分相似, 但细节上仍有差别。这些差别主要源自GRAPES同化系统中探空、地面报、掩星以及飞机报观测的贡献偏大,而卫星垂直探测仪观测资料的作用尚未充分发挥。从探测单要素来讲,风及湿度观测的作用发挥不够。此外,青藏高原周围地区、模式高层及赤道地区分析场偏差较大,它们与模式地形及高层的处理等有关系,这些问题有待进一步改进。     

Quaternion-EKF的多源传感器联合定向算法

针对磁力计易受干扰和陀螺仪易漂移的问题,使用扩展卡尔曼滤波EKF(Extended Kalman Filter)融合多源传感器进行定向。利用基于四元数的EKF,在当地磁场和重力加速度的基础上融合加速度计、陀螺仪和磁力计观测信息,并通过自适应算法构建过程噪声向量和观测噪声向量的协方差矩阵以解决载体运动和周围磁场干扰对重力和地磁场观测值的影响。实验结果表明,该算法可以有效地减弱陀螺仪漂移和磁场对定向的干扰,获得更加精确和稳定的航向角信息。     

采用三元弯曲组划分的线要素化简方法

当前基于弯曲的线要素化简在化简过程中对于连续小弯曲的化简处理有所欠缺。针对此提出了基于三元弯曲组的化简方法。该方法首先将连续的弯曲划分到各个弯曲三元组中;然后针对三元弯曲的不同组合类型采用不同的化简方式进行化简;最后设计循环化简判断规则,重复化简过程直到所有弯曲满足化简阈值,从而实现连续弯曲的间隔化简。实验表明,该方法能够有效地保持弯曲的形态特征以及不同化简阈值结果间的层次性。     

江苏省沿海滩涂机载激光雷达系统检校研究

机载激光雷达系统凭借其主动式遥感方式、无控制点测量等优势,广泛应用于困难区域航摄数据获取中。江苏省沿海滩涂是我国淤泥质潮滩最为集中的地区之一,滩涂面积位居沿海各省区之首,属于航摄测绘困难地区,适宜开展机载激光雷达航空摄影。以江苏省"十二五"省级基础测绘沿海滩涂航摄项目为例,介绍了激光雷达系统检校的内容和方法,通过检校场选取、控制点布设、检校航线设计、距离检校和安置角检校的原理和方法,消除了激光设备和数码相机在安装时产生的误差,并利用控制点对检校的精度进行了检查,取得了较好的检校效果。本项目的经验可为类似项目开展提供可行的参考依据。     

雷达资料同化在局地强对流预报中的应用

采用ARPS模式的资料分析系统ADAS同化多普勒雷达径向速度和反射率因子资料,分析两者对初始场的改进作用,并应用于WRF中尺度模式中对2012年8月21日江西省一次局地强对流过程进行了模拟试验。分析结果表明:（1）ADAS同化系统能够利用雷达径向速度和反射率因子资料有效增加初始场中的中小尺度风场信息和云、水物质含量,并通过湿绝热或非绝热初始化对温度场、湿度场和风场进行调整,使初始场在动力和热力上达到平衡。（2）同化径向速度后对改善模式初始场的动力场有重要贡献,而对大气水凝物和降水的预报影响较小;同化反射率因子的主要作用是调整初始场中的水凝物场和热力场,有效缩短了模式的“ spin-up”时间,明显改进了定量降水预报;同时同化雷达径向速度和反射率因子后,初始场中快速调整出了中小尺度风场水平辐合、垂直运动以及合理的温、湿分布,对3小时内雨带形状、降水落区及定量降水的预报与实况更接近。（3）模拟试验表明,同时同化径向速度和反射率因子能成功模拟出本次对流单体风暴的中β尺度三维空间分布结构及其演变过程,中低层切变线的辐合抬升强迫作用是对流单体风暴组织、发展和维持的主要动力机制之一,对流凝结潜热加热在对流单体风暴的发生发展中发挥了重要作用。因此,雷达资料同化对提高临近数值天气预报的准确率以及对强对流天气系统的模拟能力具有重要意义。     

雷达热动力反演资料的高分辨率同化模拟试验

目前,北京地区的天气预报系统对局地对流性定量降水预报能力较弱,远不能满足人们生产、生活和防灾、减灾工作的需要。针对北京地区对提高0-12 h短时临近天气,尤其是夏季局地对流性降水预报能力的需求,基于中国气象局北京城市气象研究所变分多普勒雷达分析系统（VDRAS）的雷达热动力反演资料,建立了WRF模式初始化模块,采用四维资料同化（FDDA）方法,将VDRAS系统高时空分辨率三维热动力结构分析场资料同化到WRF模式中,实现了北京地区VDRAS分析场资料在WRF中尺度模式系统中的应用。通过降水个例的高分辨率同化模拟试验分析了雷达热动力反演资料同化对模式预报结果的影响。研究结果表明:雷达热动力反演资料的同化能够提高模式系统对近地面温、湿、风大气要素和降水过程的模拟能力,改善2 m比湿、降水落区、降水量级、降水时间的预报效果,减少降水漏报的现象。温度和比湿的同化比风的同化对模拟降水结果的改善更重要。虽然研究表明雷达热动力反演资料在WRF模式中的同化能够明显改善模式对选取降水个例的模拟效果,但其对模式尤其是数值业务模式系统预报效果的影响需要进一步更全面、更系统的检验,为业务化应用奠定更坚实的基础。