我国海洋大地测量基准与海洋导航技术研究进展与展望

领海是国家主权的重要组成部分,国家空间基准和位置服务应该覆盖陆地和海洋。以2000国家大地坐标系和2000国家重力基准为代表,我国已在陆地建成了较为完善的大地测量基准。然而,现有国家空间基准和重力基准未能有效覆盖海洋,海洋大地测量基准和海洋导航技术已严重滞后于国家社会经济发展新形势和国防战略需求。本文主要论述了我国海洋大地测量基准与海洋导航技术的研究现状,梳理了我国海洋大地测量基准所涉及的关键技术,分析了近期及未来我国自主发展海洋大地测量基准与海洋导航技术的主要方向。

远程光纤传感网中滤波降噪方法的优化

为实现远程光纤传感网络在噪声干扰条件下的高精度检测传输,提出一种优化差分(optimized difference,OD)的降噪方法。基于移动平均法构建新差分算法,并结合低通算法、中值算法预判边缘信息及预测信号数值;采用双重判别弥补边缘信息误判的缺陷,优化准确定位边缘信息的能力;融合加权平均法与卡尔曼滤波器(Kalman filter,KF),优化信号预测的精度。实验验证结果表明:采用该方法进行数据预处理将使系统能够正常检测数据,测量精度可达0.76%,提高检测系统的抗噪性能。与先进小波阈值降噪方法的对比实验结果表明:斜率优化方法在≥10 dB噪声干扰下,测量精度相对提高0.62倍以上。

基于GNSS-A的海洋声速变化估计及其对定位的影响

声速时空变化是影响水下定位精确度的重要因素.首先,根据声线跟踪原理推导出了包含声速扰动的观测方程,并采用三次B样条曲线对声速扰动时空模型进行建模;之后,提出利用最小范数条件选择最优超参数,实现海底应答器坐标与声速时空模型的联合估计.采用2019年7月3000 m水深实测声学数据计算了海底站点的坐标、声速的连续时间变化与二维空间梯度.结果表明,3组数据集之间E/N/U分量的最大差异分别为0.391,0.035和0.120 m,海底坐标解算内符精度达到cm级;声速时间变化小于1 m·s^(-1),呈现明显的日变化和内波引起的短周期波动特性;声速空间变化小于0.1 m·s^(-1),空间梯度小于0.04 m·s^(-1)·km^(-1);不同数据集定位结果的差异是由于声速的周期性时间变化引起的.

风起于青萍之末 浪成于微澜之间——漫谈30年科研:激光谐振仪器体系的建立

科学方法研究是比获得成果更基础的工作,此文是一篇总结作者30多年科学研究路径和概括研究成果相兼的论文。作者从几个基本的激光物理问题出发,通过改变激光器谐振腔的结构,在腔内/外增加元器件,逐步发现了两镜激光器、三镜激光器腔调谐中的诸多物理规律,并据此研制成多种激光精密测量仪器。概括了整个研究过程中作者科学研究的基本理念,简述了作者研究激光中发现的物理现象,总结了建立的激光谐振仪器的科学体系。

迈克尔逊干涉仪反射镜异常的改进

对迈克尔逊干涉仪两块反射镜不垂直,导致反射镜M1上两排光点不对齐的情况进行了分析,讨论了反射镜异常情况下对实验的影响,并提出解决的方案.

多分析中心站坐标产品的综合方法研究

首先介绍了多分析中心产品融合处理的两种综合策略,然后基于解层面的综合策略,提出了站坐标和地球自转参数同时综合的方法。采用国际GNSS服务组织(International GNSS Service,IGS)9个分析中心1 a的数据进行试验,从站坐标、地球自转参数精度以及地心运动3个方面验证了该方法的正确性。结果表明,基于综合方法得到的综合解和IGS综合解处于同一精度水平。站坐标在平面和高程方向的一致性分别为0.5mm和1.0 mm,极移和极移速率的一致性分别优于7.0×10-6″和40.0×10-6″/d,日长参数优于7.7×10-6s/d。所提出的综合方法可用于全球连续监测评估系统(international GNSS monitoring and assessment system,iGMAS)的站坐标/地球自转参数产品综合。

海底大地基准网建设及其关键技术

海底大地基准网建设涉及基准信标方舱研制、网型设计、勘选布放、观测策略、观测模型建立与优化、数据处理策略等.文章试图较全面地描述海底大地基准网建设的主要技术问题,并探索其技术途径;分别描述了浅海海底方舱和深海海底方舱建设的基本构想,提出了适用于水下定位导航的海底大地基准网整体建设准则和用于地壳运动监测的整体网型设计准则.为了提高海底大地基准网的应用效能,海底网型以对称网型为主;海底基准点定位的海面观测也以对称观测构型为主,建议采用圆形观测和交叉十字(或井字型)观测相结合的海底定位模式;GNSS相位中心与声学换能器的偏移改正,建议采用外部测定与模型参数估计相结合的方法进行;声速误差影响改正建议采用观测值改正与参数化模型改正相结合的方式,并以模型改正为主削弱声线误差对海底定位的影响.利用文章的基本设计,分别进行了浅海和深海定位试验.在浅海充分验证海底方舱性能的基础上,建立了3000m水深的长期海底基准点,该基准点初步定位结果内符精度优于5cm.

内掩式日冕仪衍射杂散光抑制方法

日冕仪是一种对太阳大气层进行观测的望远镜系统,衍射杂光是系统中除太阳辐射之外最强的杂散光源,必须对其进行有效抑制.本文针对一台内掩式日冕仪,结合光线追迹和Gabor变换两种方式模拟衍射杂光在系统内的传输特性,得到衍射杂光的聚焦平面及其光强分布,并由此确定Lyot光阑的过遮拦比例为6%.在千级洁净暗室内,利用模拟太阳光源对Lyot光阑安装前后系统的杂散光水平进行检测.实验结果表明,该Loyt光阑安装后像面处的杂光强度下降约2个数量级,衍射杂光得到有效抑制.衍射杂光消除之后,日冕仪的观测能力将得到显著提高.

岁差章动极移对轨道根数的影响

基于岁差章动和极移的理论模型,以及卫星受摄运动的高斯方程,本文研究了岁差章动和极移对开普勒轨道根数的影响.除了定性分析的理论推导外,本文还根据定性理论公式给出了定量的计算分析,从而获得了卫星轨道解析理论中处理岁差章动极移所需要的理论依据.岁差章动对开普勒轨道根数的影响是比摄动力低一阶的,极移的影响是低二阶的.因此对于一阶轨道解析理论,岁差章动和极移的影响全部是二阶的从而可以忽略不计.对于卫星轨道二阶解析理论,仅一阶摄动力需要考虑岁差章动的影响,其余可以全部忽略不计.由于只有地球扁率摄动是一阶的,所以只有地球扁率摄动J2项需要考虑岁差章动的影响.在定轨时间段小于三天时,岁差章动在这期间的变化量是二阶,所以可以把岁差章动的影响看成是不变的.本文结论对解析定轨具有指导意义.