基于简化内波方程的光学隐蔽深度模型建立与分析

非均匀海水条件下,光学隐蔽深度模型(OCD_LAYER)建立在海水按照垂直线上分割成光学特性近似的相似层的基础之上,为了研究海洋内波条件下OCD_LAYER模型的适用性,根据对比度和两层流体内孤立波KDV方程,通过构造内波垂向结构,计算出位移均方根最大层为内波简化两层界面,并依此建立内波简化模型条件下光学隐蔽深度模型(OCD_KDV)。计算并分析了水下航行体表面反射比、海水衰减系数、观察天顶角、空气消光系数变化对内波简化模型条件下光学隐蔽深度模型的影响。结果表明,在最高探测概率下,特征尺度为36m的水下航行体光学隐蔽深度在深远海海水中数值为36.79m;在近海海水中数值为22.08m;在沿岸海水中数值为11.04m。实验结果为水下航行体光学隐蔽性提供了重要理论参考。

利用舰船内部磁场的反演建模方法

积分方程法被广泛应用于舰船磁场反演建模当中,但模型要求有足够多的测量点用于获取舰船在特定深度的磁场。针对积分方程法利用近场磁场建模时精度较差的问题,提出一种增加约束方程的改进措施,并分别开展了薄钢板模型和三维舰船模型磁场数值仿真。采用有限元方法对舰船内部测量点进行初始化选择,基于舰船内部磁场测量值构建了反演模型,采用奇异值分解法求解磁源参数并预测船外空间磁场,舰船外部空间磁场预测结果的均方根误差小于12%。舰船舱段模型磁场推算实验表明,由舱段内部磁场预测外部磁场的均方根误差约为13%,证明了所提出方法的有效性,可以改善传统反演模型的不稳定和精度不足的问题,研究结果可为舰船闭环消磁的算法设计提供思路。

标量磁位积分方程法计算舰艇三维静磁场

掌握舰艇磁场分布规律是实施舰艇磁防护技术的重要前提,采用积分方程法计算舰艇三维静磁场是有效手段之一。积分方程法通常建立以剖分单元内磁化强度或者磁感应强度为待求量的方程组,基于所求得的源区值获得整个场域的解。若想进一步提高磁场计算精度,需要增加网格密度,代价则是计算机的内存需求和计算量急剧增加。针对这一问题,采用一种以标量磁位为待求量的积分方程。将铁磁源区划分为四面体单元,根据变分原理将未知函数分片展开,按照单元和节点的相对位置关系寻找奇异积分,采用参数替换的方法转化为非奇异积分。球体解析模型表明:使用标量磁位进行建模仅需将源区离散为粗糙的网格单元即可得到高精度的磁场计算结果;网格加密后,标量建模方法在保持计算精度的同时,内存需求和CPU执行时间大幅小于矢量建模方法。开展了三维舰船磁场的虚拟验证实验,对于大型船体等需要精细划分网格的铁磁物体,标量磁位积分方程法计算得到的磁场与有限元商业软件的计算结果吻合较好,并且与矢量建模方法相比更加高效和节约内存。

星站差分应用于远海岛礁控制测量的可行性分析

介绍了精密单点定位和星站差分两种测量方法,阐述了星站差分的数据采集及处理流程,比较了星站差分与精密单点定位的精度。实测数据分析表明:星站差分技术能够快速提供符合精度要求的控制点坐标,适用于远海岛礁控制测量,可以有效提高远海岛礁测量作业效率。

常用地球半径差异符号表达式

对测量和地球科学计算中5种常用地球半径进行了全面系统的比较,借助计算机代数系统推导出常用地球半径之间的差异最值点及其对应的最值和它们之间相等点大地纬度的符号表达式,并将其表示为偏心率e的幂级数形式,最后以CGCS2000椭球为例,将各个常用地球半径的差异明确到数值上。结果表明,常用地球半径之间差异在纬度为90°时存在最大值,在纬度为0°时存在最小值,平均曲率半径与等距离球半径间差异最大,平均曲率半径与平均球半径间差异最小。这些结果可为地球科学、空间科学、导航定位相关研究提供理论依据。

常用曲率半径间差异符号表达式

为满足不同情况下大地测量计算研究的要求和需求,对大地测量计算中常用曲率半径进行了全面系统的分析比较,借助Mathematica软件推导出常用曲率半径(M,N,Ra,ρ)间差异符号表达式及其任意二者相等时的大地纬度符号表达式,将其表示为偏心率e的幂级数形式,利用CGCS2000参考椭球模型,对常用曲率半径间差异进行数值曲线的分析和比对。结果表明:4种常用曲率半径间存在差异极值,且极值点位于赤道或两极处,在两极处N、M和Ra三者相等;任意两种曲率半径间存在一点使其相等。

测高重力异常中央区奇异积分数值求积公式

为简化逆Stokes法和逆Vening-Meinesz法反演中央区重力异常计算过程,提高计算效率,本文采用数值求积公式,分别利用Simpson公式和Cotes公式对逆Stokes法和逆Vening-Meinesz法中的奇异积分问题进行了新的研究,系统地推导出了中央区重力异常普适数值积分计算公式。在大地水准面高和垂线偏差理论模型下的分析表明,此公式可直接利用格网节点处的大地水准面高和垂线偏差计算重力异常值,形式简单,计算效率高,计算精度与解析法计算结果精度相当,可以满足实际应用。研究结果可为高精度卫星测高反演重力异常提供基础理论依据。

等面积纬度和等量纬度间的直接变换

为了便于实现等面积方位投影与椭球等角圆柱或圆锥投影之间的变换,借助具有强大符号运算功能的计算机代数系统Mathematica,推导出了等面积纬度和等量纬度之间变换的直接表达式,进一步将表达式改进为适合电算的形式,并将其系数统一表示为关于椭球偏心率e和椭球第三扁率n的幂级数形式。通过算例分析表明:基于第三扁率n的幂级数表达式具有更紧凑的形式和更好的收敛性,且导出公式的计算误差分别小于10^-8和10^-8″,可以满足大地测量和地图制图计算精度要求。

闭环消磁发展现状及关键技术研究

介绍了闭环消磁系统的工作原理和优点,梳理了近三十年来的国外研究进展和发展现状.将闭环消磁的关键技术总结为三个方面,即磁传感器布置策略、干扰磁场抑制方法和外部磁场预测方法.首先分析了传感器在不同区域布置的优缺点,列举用于确定特征点位置和数量的优化方法;其次明确了闭环消磁技术的测量内容和要求,总结部分常用的磁场抗干扰技术;最后介绍了不同国家采用的磁场预测方法和步骤,对比分析不同方法的优缺点.基于现阶段的研究成果,展望了闭环消磁技术在舰船全空间磁场预测和涡流磁场补偿方面的应用,以进一步提升闭环消磁系统的磁场补偿能力.

地球椭球向径和平均曲率半径的积分表达式

引入地球向径积分平均值和地球平均曲率半径积分平均值的概念,借助计算机代数系统推导出了两者的符号表达式,并将它们表示为偏心率e的幂级数形式。将地球向径积分平均值和地球平均曲率半径积分平均值分别与平均球半径、等面积球半径、等距离球半径、等体积球半径这4种常用球体半径进行比较,研究表明地球向径积分平均值与4种常用球体半径间的差异更小。由于地球是一个旋转椭球体,向径与曲率半径是背离的,向径最大时,曲率半径最小,向径最小时,曲率半径最大,传统思维所认为的曲率半径并不能准确地代表地球半径平均值,因此在一定程度上,地球向径的积分平均值更能代表地球半径平均值。这些研究结果可为地球科学、空间科学、导航定位提供基础理论依据。

基于多目标模拟退火法的垂向检测线圈改进

针对目前磁性检测站利用地磁模拟法获取的舰艇垂向感应磁场精度不够高的问题,提出一种检测线圈改进方法,以获得高精度的感应磁场.研究了双层垂向检测线圈的磁场均匀度对求解椭球壳感应磁场精度的影响,以磁场的均匀度和极差值构建目标函数,采用多目标模拟退火法对四层检测线圈的垂向坐标和安匝数进行优化.数值仿真表明:检测线圈改进后磁场均匀度提高了13.00%,潜艇模型感应磁场Ziz的相对误差由4.10%降至1.95%.根据线圈优化结果搭建了线圈系统,并进行潜艇模型感应磁场测量实验,证明使用改进后的线圈能够获取更加精确的感应磁场Ziz,为工程上设计检测线圈提供了新的思路.