X波段雷达在海面动力环境监测中的应用研究

论述了X波段雷达在海面动力环境监测中的应用。利用X波段雷达提供的有效数据对海面动力环境的诸要素进行测量,如海浪的波高、波向、波长与波周期,海流场的流速和流向以及海面周围的风场等。

GPS接收机测量位移方法研究

首先介绍了全球定位系统(GPS)的工作原理;然后给出了利用多普勒频偏原理测量GPS接收机天线位移的方法;最后通过现场实验,对比GPS接收机天线的运动轨迹曲线和红球的运动轨迹曲线,验证了该测量位移方法的可行性。

非标定点下的图像校正算法

传统的图像校正方法需要在拍摄现场布放若干标定点。本文给出了一种新的算法,根据摄像机内部的物理结构,结合DLT(直接线性变换)法等相关知识,构造四个虚拟标定点,根据这些虚拟标定点求出校正系数。该算法无需在拍摄现场安放任何标定点就能够完成对图像的校正,得到物体的真实形状。文中使用该算法对六幅拍摄图像进行了校正,检验了该算法的有效性,并分析了产生微小误差的原因,给出了减小误差的方法。

一种波浪爬高的视频测量方法

波浪爬高的测量是海岸环境监测中的一项重要内容,文中介绍一种采用视频方式测量波浪爬高的方法,并给出波浪爬高时间堆栈图像上端边缘曲线的提取步骤,为进一步求解波浪爬高的相关参数打下基础。

GPS卫星信号测量波浪技术研究

随着我国沿海地区经济越来越发达,人口越来越密集,在历年的海洋灾害中,海浪造成的人员死亡失踪以及经济财产损失都高居第2位,增强沿海地区波浪的精细化监测和精细化预报具有十分重要的意义。波浪浮标是最常用的波浪观测设备,本文给出了一种利用GPS卫星导航定位系统信号测量海浪的方法,它与传统上的利用重力加速度原理测量海浪的方法不同。本文分析了GPS卫星导航定位信号测量海浪的技术方案,并通过实验室试验和海上现场比测试验,进一步验证了技术方案的可行性,为GPS卫星测波浮标的下一步大范围应用提供了科学的技术资料支撑。

基于铱星通信的海洋环境在线监测系统

为克服目前海洋环境在线监测仪器设备在应用北斗卫星通信系统的区域限制和Argos卫星通信系统的实时性限制,设计了基于铱星通信系统,并应用于海洋环境在线监测的漂流浮标。浮标采用C8051F单片机作为控制核心,利用HD—2005型便携式χ-γ剂量率仪和海水温盐深测量仪等作为传感器,测量数据经铱星突发短数据终端模块9602上传至铱星通信系统指定邮箱,或反向传送控制命令。浮标通过海上模拟实验获得了较好的效果,初步证明了该设计方案满足低功耗实时传输海洋环境监测数据的要求。

基于北斗卫星的XBT数据传输系统设计与实现

针对目前我国海洋测量船上投弃式温深仪(expendable bathythermograph,XBT)数据无法实时传输的现状,采用我国自主研发的北斗卫星导航系统为无线通讯单元,结合数据压缩及数据可视化等技术,设计了基于北斗卫星的XBT数据传输系统,顺利实现了XBT数据的实时传输问题并提高了传输效率。

基于三种测波方法的实测数据对比分析

近海海洋工程波浪观测中较为广泛使用的测波方法主要包括压力式测波、声学测波和重力式测波等。三种观测方法各有优势,需根据历史资料、地理环境和任务目的设计合理的观测形式,可以选择一种或多种形式组合的形式,以达到最佳的观测效果。使用GPS测波浮标、AWAC声学海流/波浪测量仪和TWR-2050压力式波潮仪的实测资料进行了对比分析,结果显示,测波浮标与AWAC所测数据相关性较一致;TWR压力波潮仪与AWAC测量的波高趋势基本一致,但周期短、波高小的海域和时间段测量准确度较差。

边远岛气压温湿集成测量系统设计

气压、空气温湿度是海洋气象的重要观测内容;介绍了采用新型压力传感器MS5534C和温湿度传感器SHT15构成的集成测量系统在边远海岛气象监测中的一个应用实例,描述了这两个传感器的基本特性及其与微控制器C8051F120的硬件接口设计和软件控制方法;给出了RS-485总线接口电路设计、软件设计及其集成方法;系统经检定表明,气压的最大误差是-0.29hPa,温度的最大误差是-0.19℃,湿度的最大误差是-3%,优于项目的设计指标;实际应用证明,该系统具有精度高、功耗低、维护方便和可靠性高的特点。

GPS测波技术分析与初步实验研究

测波浮标是一种方便可行的波浪测量方法,首先分析了单点GPS接收机测波浮标的测量原理,然后做了单点GPS接收机测速实验和单点GPS接收机模拟测波实验,并对这两个实验的数据进行了分析处理,最后提出了单点GPS接收机测波浮标的初步设计方案,为进一步推动这项测波技术的国产化打下了基础。

海岛周边波浪能资源精细化勘查与分布特征分析方法研究

为海岛供电,是波浪能开发利用技术的重要应用领域。在海岛周边波浪能资源开发利用之前,需对波浪能资源进行精细化勘查,并在此基础上准确分析掌握工程实施海域的波浪能资源特征,以便开展有针对性工程设计。本文以威海褚岛北部海域为研究目标,结合对历史数据和水动力理论分析,制定精细化勘查方案,并通过代表性验证试验,对方案进行修正,再应用修正后的方案对目标海域进行长期观测。该方法改进了传统的波浪观测方法,更适用于小区域波浪要素的精细化观测,且在保证观测质量的前提下,有效降低了观测成本。另一方面,针对波向四季变化明显,且海岛周边波浪受岛岸线反射和绕射影响且地形变化剧烈的特点,本文利用改进的SWAN(simulating waves nearshore)数值模型计算目标海域波浪能资源,并结合统计学方法,研究波浪能量随波向分布特征的计算分析方法,得出褚岛周边海域全年波浪能量随波向的分布特征。

投弃式波流测量传感器浮标体结构分析及伪刚体建模研究

根据投弃式波流测量传感器的功能及应用特点,提出了其浮标体的结构设计要求,并依此给出了所设计浮标体的主体结构。文中描述了所设计的投弃式波流测量传感器浮标体各部分的结构功能,论证了该浮标体在投弃式波流测量方面的结构优势。共研究了所设计的3种不同投弃式波流测量传感器浮标体结构,包括两种采用柔性浮力叶片的浮标体和一种采用刚性浮力叶片的浮标体。根据柔顺机构学理论分别建立了其中两种柔性浮标体的伪刚体模型。对比了刚性浮标体和两种柔性浮标体的伪刚体模型在波浪海流作用下的姿态特点,分析了各浮标体在波高测量时的误差原因,得出了其中C型柔性浮标体具有更好的随波浪和海流运动响应的结论。为更深入地进行投弃式波浪测量传感器浮标体运动学和动力学的相关研究提供了模型基础。

视频与AIS信息融合的海上目标检测

提出了一种视频与AIS信息融合的海上船只目标检测方法。首先结合AIS信息确定船只所在区域,提取小范围图像,然后对图像进行高频加强滤波处理,增强船只目标与海面背景的对比度,利用显著性区域检测方法生成显著性图像,随之采用双阈值分割提取高显著性目标,最后通过形态学处理判断船只目标。实验结果表明,该方法适应性强,能够准确快速地实现船只目标提取。

海上试验场目标监测系统设计及应用研究

为提高海上试验场的安全保障能力,本文以国家海洋综合试验场浅海试验场区(威海)为平台设计了海上试验场目标监测系统,采用小型连续波雷达和热成像双光谱云台摄像机联动的监测方式,开发了基于小型连续波雷达的目标检测与数据融合算法,建立了针对海上试验场监测目标的异常行为分析模型,并结合显著性检测和核相关滤波算法实现了目标跟踪取证。系统应用结果表明:海上试验场目标监测系统能够准确识别设备在位运行状态,并对可疑船只目标进行跟踪取证。通过该系统能够及时准确获取海上试验场设备运行与周边态势,为海上试验场安全保障提供有效技术支撑。

X波段雷达测波信号的小波相似性分析

小波相似性分析是一种新的相关分析方法,它通过相位的相似性考察两数据序列的相关程度并在时间-频率域(空间-波数域)展示出来。文章将小波相似性分析应用于X波段雷达测波信号,考察了雷达扫描线采样间隔、天线转速等因素对回波信号的影响,为雷达参数设置和回波图像的预处理提供了依据。

波浪能滑翔器走航式波浪要素测量试验分析

海洋中的海水波动作为海洋中一种重要的运动形式,关乎海洋工程建设、航海安全以及海洋能的利用等,因此波浪要素的测量成为海洋科学研究的重要对象之一。针对传统手段在波浪要素定点测量上存在的测点单一、操作复杂、成本较高等问题,提出一种使用无人自主移动平台波浪能滑翔器挂载测波传感器进行走航式波浪要素测量的方案,并与SBF7-1型测波浮标在同一海域进行比测试验。经过试验数据的对比分析,验证了波浪能滑翔器走航式波浪要素测量方案的可行性及存在的不足,为后期优化波浪能滑翔器走航式波浪要素测量方案,实现波浪要素的精准测量奠定了基础。

基于卡尔曼预测的序列图像椭圆检测算法

为实现序列图像中的动态椭圆目标检测,采用数字图像坐标系下的卡尔曼滤波来预测图像中椭圆的待检测区域。设计了卡尔曼滤波器,对椭圆目标的运动参数(椭圆中心位置、速度以及加速度)进行跟踪从而可以预测下一帧图像中目标椭圆的待检测区域,缩小了图像中椭圆目标的搜索范围,提高了算法的实时性和鲁棒性。结合随机抽样一致理论和最小二乘拟合法设计了鲁棒性的椭圆检测算法,实现了序列图像中椭圆目标的快速、鲁棒检测。仿真结果及物理实验表明,本文算法能快速稳定的检测出序列图像中的椭圆目标。

球形波浪浮标结构参数对其升沉运动性能的影响

对球形波浪浮标进行了静力学分析,并结合球形波浪浮标吃水线的一般设计要求得出了球形波浪浮标的平均密度与海水密度的关系式。利用球形波浪浮标在受到波浪激励时的运动响应方程并结合球形波浪浮标的结构参数特点,得出了球形波浪浮标在波浪激励下的升沉运动振幅与激励波浪振幅相一致的理论条件和结构参数。以国家海洋技术中心最新研发的直径480 mm球形波浪测量浮标为研究对象,结合海洋表面波分类特征,研究了该球形浮标体在常规波浪激励下的升沉运动响应的相关性能,并给出了在测量不同周期的波浪时,该球形浮标体升沉运动的理论响应振幅系数。通过以上分析得出了直径480 mm球形波浪测量浮标在测量周期为1 s以上的波浪时具有非常优越的随波浪升沉运动的性能。文章的相关分析为球形波浪浮标的进一步研究提供了理论基础。

图像拼接技术在海洋环境监测中的应用研究

图像拼接是视频监测中一项重要的技术,能够将多幅图像拼接融合在一起得到一幅宽视角场景的图像,从而有效地扩大了视野和监测范围。首先介绍了海洋环境视频监测系统的构成,然后描述了图像拼接技术原理,提出了一种基于彩色梯度特征和彩色b*分量的图像配准方法,最后将文中图像拼接方法成功地应用到了"边远岛视频监测系统"中。

基于北斗卫星系统的深远海GPS波浪浮标数据传输研究

国家海洋技术中心研制的GPS波浪浮标仅需一个GPS接收机,无需其他辅助传感器,其功耗低、尺寸小、布放方便、测量精度高、适用于大范围的对波浪进行精细化观测。为了解决GPS波浪浮标在深远海应用中的数据传输问题,通过对比Argos、铱星、北斗三种卫星系统的特点,该设备优先选用了基于北斗卫星系统的数据传输方式。对系统构成、硬件电路设计、测量原理及数据传输流程分别进行了详细阐述。通过实验室实验和现场海上试验,特别是GPS波浪浮标在遭遇台风等恶劣环境下仍能正常通信,验证了北斗卫星系统在深远海数据传输上的可行与可靠性。