基于可变因子的变分贝叶斯SINS海上动态对准

针对传统变分贝叶斯自适应滤波中,基于经验选取常值遗忘因子,不能自适应时变量测噪声的问题,提出一种基于可变因子的变分贝叶斯自适应滤波,并应用于船载捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)动态对准。首先利用变分贝叶斯方法近似噪声的后验分布,估计时变量测噪声和状态向量后验分布。其次通过噪声方差时变强度构造可变因子,实现自适应调整变分贝叶斯参数。最后给出了基于可变因子的GNSS/SINS海上动基座对准流程及算法。船载实测数据表明,所提算法在时变方差下,较卡尔曼滤波和传统贝叶斯滤波方位角误差收敛到0.5°范围内所需时间分别缩短了52%和44%;横滚角和方位角均方根误差分别降低57%、46%和13%、9%;东向和北向速度均方根误差分别降低56%、68%和51%、22%。

多系统PPP-AR模型在USV精密定位中的应用

为评估海上无人船USV进行非差模糊度固定AR的PPP性能,首先基于S变换简述了多模PPP的可估模型,然后根据一组USV实测的近海多模数据评估了多系统PPP-AR的收敛时间和定位精度。结果表明:相较于浮点PPP,进行模糊度固定的PPP收敛时间减少至19.2min,改善约33.3%;模糊度固定解在东、北、天3个方向的精度分别为1.5cm、0.8cm和4.8cm,表明PPP-AR技术可较好应用于厘米级的USV定位。

基于智能手机的船载组合导航算法

智能手机内置丰富的传感器激发了无处不在的导航应用,但目前智能手机组合导航研究多集中于陆地环境,对水上及海洋环境的研究较少。为此,设计了一种以GNSS、加速度计、陀螺仪组合导航为主,磁力计、气压计为辅的多种传感器融合算法,以实现智能手机船载场景下的高精度定位导航,提出了一种智能手机磁力计转弯检测的方法,构建了顾及船只运动状态的噪声自适应运动约束模型,同时引入了磁力计和气压计外部观测等约束信息。基于船载实测数据进行分析,结果表明:基于磁力计测量值的转弯检测成功率高达96.94%;相较于未加约束的松组合算法,本文算法平面位置精度可达到1.29 m,提升12.24%,航向精度可达到1.75°,提升50.28%,基本满足船只的定位导航需求。

基于粒子滤波的电力机械设备状态在线监测

为提升电力机械设备状态在线监测的效果,提出基于粒子滤波的电力机械设备状态在线监测方法。通过人工萤火虫群算法改进粒子滤波算法后,借助随机子空间算法构建改进粒子滤波算法所需状态方程。利用该状态方程获取电力机械设备正状态观测矩阵和输出矩阵数值,并将其看作模态参数,依据该模态参数计算粒子滤波状态序列和电力机械设备振动状态变量数值后,构建粒子滤波器,使用该滤波器去除电力机械设备振动信号内干扰噪声后,对电力机械设备振动信号实施归一化处理,得到粒子权重概率和改进粒子滤波监测数值。通过设置振动信号监测步长和阈值,计算监测信号与采集信号差值,使其与所设阈值进行对比,获取电力机械设备状态在线监测结果。实验结果表明,该方法监测的电力机械设备信号最大偏差数值仅为0.003 dB,具备较好的信号跟踪能力,且具备较好电力机械设备振动监测能力。

近海环境的BDS/GPS差分及PPP定位性能评估

基于远海测量试验,利用精密单点定位(PPP)技术和单站差分技术进行事后和实时定位,分别利用单BDS、GPS和BDS/GPS组合进行定位试验,对定位精度和算法可靠性进行分析。研究表明单站差分技术在海上中短基线(≤150 km)的定位中相比PPP技术具有更高的精度和技术可靠性,另外相比GPS,BDS更适合国内近海的导航定位作业,双频观测条件下能实现亚分米级的定位精度。该研究对海上定位理论和BDS的推广应用具有借鉴意义。

BP神经网络和ARIMA模型的变权组合电离层TEC预报

针对电离层总电子含量(TEC)非线性、非平稳性的特性,提出基于BP神经网络和差分自回归移动平均模型(ARIMA)的最优非负变权组合预报模型,并将其应用于TEC预报。利用IGS中心提供的不同经纬度的电离层平静期、活跃期TEC数据,分别采用BP神经网络模型、ARIMA模型和变权组合模型对TEC进行5 d预报。实验结果表明:在电离层平静期和活跃期变权组合模型预报5 d的平均相对精度分别为94.7%和88.9%,其中预报残差小于3 TECu的分别达到89.3%和78.5%,较单一模型的预报精度有明显提高。

基于ARIMA与Holt-Winters组合模型的电离层TEC预报

分别采用时间序列中的求和自回归移动平均模型ARIMA(Autoregressive integrated moving average)模型和指数平滑模型Holt-Winters的加法模型,对IGS站发布的广西地区16个格网点进行短期的电子含量TEC预报。并利用组合权重的方法对两种模型组合进行TEC短期预报。分析比较不同季节各个模型的预测效果,以及电子含量的变化与太阳黑子数变化之间的联系。结果表明,组合模型的预测精度在各个季节都优于两种单一模型,不同季节,太阳黑子数的含量和电离层电子含量预测的精度也有较大差异。

智能手机海上GNSS数据质量分析与动态定位评估

目前,智能手机GNSS相关研究多基于陆地环境,对于海洋环境下的测量定位分析较少。从可见卫星数、载噪比、伪距噪声、多路径效应4个方面,对智能手机海上GNSS观测数据进行了细致分析,并评估了其动态定位性能。利用课题组2019年8月5日在黄海海域采集的MI8智能手机GNSS观测数据进行试验,结果表明,智能手机可跟踪到的BDS卫星数目较少,其信号载噪比数据稳定性较差,抗多径能力较弱。此外,智能手机GPS和BDS伪距噪声分布在15 m之内,其中BDS系统GEO卫星的伪距噪声优于IGSO和MEO。海上动态伪距定位试验结果表明,E、N和U方向定位偏差RMS分别为3.10 m、1.98 m和4.21 m,可基本满足海上动态定位需求。

一种估计接收机伪距硬件延迟的多频非组合PPP模型

在传统多频非组合精密单点定位(PPP)模型中,由于伪距和相位观测方程包含相同的接收机钟差参数,使得电离层延迟、模糊度参数吸收了部分接收机端伪距硬件延迟(PHD)。为此提出一种直接估计接收机端PHD的多频非组合PPP模型,实现了电离层延迟、模糊度参数与接收机PHD的有效分离,使得模糊度参数不受接收机端PHD的影响,从而获得更优的定位性能。利用MGEX跟踪网全球275个测站的多频实测数据,分别采用传统多频非组合模型(UC-PPP)、估计接收机差分码偏差(DCB)的多频非组合模型(UC-PPP-rDCB)以及所提出的模型进行PPP实验。结果表明,所提出模型在定位精度上优于UC-PPP模型和UC-PPP-rDCB模型,其中在E方向上较其他两种模型的提升幅度分别达到33.3%和14.3%,在3D方向上较其他两种模型可分别提高8.55%和2.20%;在收敛性能上与UC-PPP-rDCB模型相当,其间的差异在1 min内,均优于UC-PPP模型。

Holt-Winters与ARIMA模型在电离层总电子含量预报中的比较

利用IGS中心发布的15天TEC数据作为样本,采用Holt-Winters加法、Holt-Winters乘法和ARIMA模型分别进行5天的TEC值预报。分析了太阳活动、纬度、预报时长对3种模型预报精度的影响。实验结果表明,3种模型的预报精度会随着纬度的降低、预报时长的增加而呈下降趋势;电离层活动平静期的预报精度要优于活动活跃期。在平静期,3种模型在高纬度地区的预报效果大致相同;在中、低纬度地区加法模型的预报效果要优于另外两种模型。在活跃期,3种模型在高纬度地区的预报效果大致相同;中纬度地区乘法模型和ARIMA模型预报效果要优于加法模型;在低纬度地区,加法模型和乘法模型的预报效果要优于ARIMA模型。加法模型精确预报时长可以达到5天左右,而乘法模型和ARIMA模型只能达到3天左右。

小波-EMD分解改进电离层总电子短期预报ARIMA模型

针对电离层总电子含量的非线性、非平稳性特征,将小波分解与EMD方法相结合改进了自回归积分滑动平均模型(ARIMA),对电离层TEC数据进行短期预报。实验采用IGS提供的GIM数据,利用前25天的TEC值作为样本序列进行后5天预报,详细分析不同经纬度地区预报结果的相对精度和均方根误差来评定模型的预报精度,得到基于小波-EMD分解改进的ARIMA模型预报精度较小波分解改进的ARIMA、ARIMA模型有明显提高。对比ARIMA模型与改进模型对中国及周边地区上空各格网点预报值的均方根误差,结果表明,改进模型能有效削弱该区域预报值误差峰值,提高预报精度。

GPS广播电离层模型精化方法

电离层延迟是影响定位的主要误差源之一,与电离层电子含量(TEC)密切相关。Klobuchar模型是GPS单频用户在实时定位中消除电离层延迟的有效方法,其精度在太阳活动低年只有50%～60%。针对TEC时间序列的随机噪声和Klobuchar模型参数设置的局限性采取两种不同的改进策略,以双频修正法计算值作参考,利用广西连续运行参考系统(CORS)监测站数据进行解算并分析不同优化策略的效果,研究表明,针对TEC时间序列的精化模型,Kalman滤波处理策略效果最优,加权最小二乘方法效果最差,该处理策略改进效果整体差于模型参数的估计修正策略;模型参数修正方法以14参数模型修正效果为最优,10参数次之,8参数最差,另外模型的计算效率也是其适用性的考量标准之一。

云母对伟晶岩型关键金属矿床的成因和勘查指示:以东天山镜儿泉伟晶岩型Li-Be-Nb-Ta矿床为例

云母是伟晶岩的重要造岩矿物,也是伟晶岩稀有金属成矿作用的重要标志矿物。东天山造山带与举世瞩目的阿尔泰伟晶岩成矿省有很好的对比性,具有很高的伟晶岩型关键金属矿床成矿潜力。本文重点研究了东天山地区目前最大的伟晶岩矿床——镜儿泉Li-Be-Nb-Ta矿床中云母对于矿床成因和找矿勘查的指示作用。镜儿泉矿化伟晶岩中的云母类型均为白云母。电子探针(EPMA)分析表明,矿区白云母具有从多硅白云母到普通白云母的变化趋势。激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)分析表明,云母的Rb、Cs含量和K/(Rb+Cs)、Nb/Ta比值能够指示伟晶岩的演化过程;K/(Rb+Cs)指标可以很好区分花岗岩和伟晶岩,Nb/Ta指标可以很好的识别伟晶岩成矿带。云母Li、Be、B、Nb、Ta含量增加能够反映伟晶岩中对应元素富集过程,且云母中Li、Fe、Mn含量的骤降能够反映锂辉石、铌钽铁矿等矿物的沉淀。云母分离结晶可能是导致高分异伟晶岩具有低Nb/Ta值,并发生Nb-Ta矿化的关键;从花岗岩到伟晶岩,云母的分离结晶降低了残余熔体中Ti含量,抑制了具有高Nb、Ta分配系数的含Ti氧化物的生成,为Nb、Ta矿化奠定了基础。云母的Nb、Ta含量变化指示伟晶岩Nb-Ta富集过程解耦,沉淀过程耦合。白云母短波红外光谱2200nm位置的Al-OH特征吸收峰具有良好的指示伟晶岩矿化的能力。镜儿泉伟晶岩成矿带中的白云母具有明显更小的Al-OH特征吸收峰位值(<2202nm)。伟晶岩成矿带中铌钽铁矿分离结晶使与之共生的白云母Fe含量减少是导致Al-OH特征吸收波长偏小的主要原因。

活跃期区域电离层总电子短期预报及适用性分析

太阳活跃期受太阳风高能粒子影响易发生磁暴,使得电离层总电子含量异常扰动,其非平稳性与非线性特征较平静期明显增强。分别利用2011年区域内多个测站的实测数据与IGS(International GNSS Service)发布的全球电离层模型(global ionosphere model,GIM)进行逐点建模,选取db4小波基对样本序列进行分解后,采用时间序列模型对各分量进行预报并重构,实现对ARIMA(auto regressive integrated moving average)模型的改进。通过分析ARIMA模型与改进模型预报值的残差比例和实验区域内均方根误差的分布情况,来评定改进模型的预报精度与适用性。结果表明,改进模型的残差与实验区域内的均方根误差较ARIMA模型总体减小,且该模型对区域内均方根误差峰值能起到较大的削弱作用。