多波束测深数据处理关键技术研究进展与展望

简要介绍了多波束测深系统的基本组成及测深数据处理的基本流程,重点论述了多波束测深数据处理涉及的几项关键技术,详细分析评述了近期国内外在该研究领域取得的主要突破和进展,展望了多波束测深技术下一阶段的发展方向,针对国内应用需求,提出了一些具有前瞻性的研究开发建议。

浅水多波束测深潮汐改正技术研究

提出了一种顾及潮时差变化的多验潮站多边形潮汐分区改正数学模型,设计了海量多波束数据通用的虚拟单验潮站改正模式。应用结果表明,该模型准确地再现了时变水位场,实现了区域瞬时海面的无缝拼接,较好地解决了多波束条带采用传统潮汐分区改正模型引起的断层及锯齿状问题。

全球海域最优声速计算模型的综合选定(一)

海水声速是海洋环境观测的基本要素之一,基于特定深度处的温度盐度等信息并结合声速经验模型可计算海水声速。当前诸多中文文献关于声速经验模型表达存在一些分歧甚至错误,核实了多个常用声速经验模型的正确表达。这也是开展全球海域调查测量时选择最优声速计算方案的前提和基础。

多波束测深数据处理及管理系统设计与开发

在简要介绍多波束测深技术发展概况基础上,详细论述了我部自主研发的多波束测深数据处理及管理应用系统的组成及功能,系统功能测试情况以及系统开发过程中取得的主要技术创新点,对该系统投入应用前的优化和完善工作提出了建议。

黄浦江航道多波束测深数据处理研究

针对上海世博会对黄浦江航道核心水域高精度海底地形的需求,采用SeaBat8125多波束测深系统对该区域进行了全覆盖测量。通过潮汐基准面归算、潮汐改正精度内符合检验、原始数据各项改正、除噪处理及测深误差分析等几个步骤,得到基于吴淞零点的最终水深成果。各项检验表明,此次多波束测深成果质量满足实际需求。

海空重力测量技术体系构建与研究若干进展(二):数据归算与误差分析处理技术

分析评述了作者所在研究团队在海空重力测量技术体系建设领域取得的一些有理论意义和实用价值的研究成果,重点从各项关键技术的研究背景、研究思路、难点突破、成果应用前景等几个方面进行了分析和总结,回答了该研究领域涉及理论方法和工程应用的一系列科学问题。其目的之一是向读者成体系地推荐我们多年积累的研究成果,目的之二是想借此机会通过回顾和梳理研究团队的发展轨迹和科学感悟,在新的起点上定位未来的发展方向、发展目标和发展思路。分三个部分进行介绍,本文为第二部分,主要涉及海空重力测量数据归算与误差分析处理两个领域的研究成果。

机载激光测深精度外部检核方法

给出了单波束测深的原理,分析了单波束观测数据预处理模型,提出了采用单波束测深成果检核机载激光数据质量的技术方法,并以我国自行研制的机载激光测深系统为例,给出了该系统在某海区试验数据的外部检核结果。针对两种测深手段之间明显存在系统性偏差的问题,提出了以单波束测深成果为控制,对机载激光测深数据系统偏差进行校正和补偿的处理方案。

利用卫星测高数据反演海洋重力异常研究

全面研究了利用卫星测高数据反演海洋重力异常 3种主要方法 (即 Stokes数值解析反解以及逆 Vening-Meinesz公式 )的技术特点 ;建立了 3种算法的数学模型及其谱计算式。在以 1 44 0阶次位模型定义的标准场中完成了 3种算法的数值比较和内部检核 ,通过仿真试验实现了 3种算法的可靠性和稳定性检验。最后 ,本文利用卫星测高实测数据对南中国海地区的海洋重力异常进行了实际反演 ,并将反演结果同船测数据进行了比较。

多波束与单波束测深数据的融合处理技术

本文在全面分析和总结多波束海洋测深主要误差源的基础上 ,提出通过相邻条带测深数据融合处理进行多波束测深系统偏差补偿方法 ;并提出以单波束测深数据作为控制 ,进一步提高多波束测深整体测量精度的数据处理方案 ;详细讨论了数据融合处理中的数值解算可行性和稳定性问题 ,相应提出了两步平差方法。

削弱电离层影响的三频TurboEdit周跳处理方法

针对电离层活跃期或磁暴发生时,现有三频周跳探测方法难以正确探测与修复周跳的问题,借鉴双频TurboEdit思想,提出了能够削弱电离层延迟影响的三频TurboEdit方法。该算法中的三频无几何无电离层码相组合和两次历元差分后的相位无几何组合,均能有效削弱电离层延迟对周跳探测的影响。随后利用三频实测数据对本文算法进行了验证,试验结果表明该方法能够消除电离层延迟影响,实现电离层活跃观测条件下动态非差周跳的实时探测与修复。

向下延拓航空重力数据的Tikhonov双参数正则化法

为避免正则化参数对向下延拓过程可靠成分的修正影响,提出Tikhonov双参数正则化法。引进截断参数,将法矩阵的奇异值分为相对较大的奇异值(可靠部分)和相对较小的奇异值(不可靠部分);引进正则化参数,只对法矩阵的小奇异值进行修正,以抑制高频误差对向下延拓解的影响。采用广义交互确认法(GCV)确定截断参数和正则化参数。基于EGM2008重力场模型仿真一组航空重力数据,验证该方法对航空重力数据向下延拓过程的有效性。

联合使用位模型和地形信息的陆区航空重力向下延拓方法

为了规避传统逆Poisson积分向下延拓解算过程的不适定性问题,借鉴导航定位中的"差分"概念,利用超高阶位模型直接计算海域航空重力测量向下延拓改正数的方法。本文在此基础上提出联合使用重力位模型和地形高数据,计算陆部航空重力向下延拓总改正数的改进方案,以飞行高度面与地面对应点的位模型差分信息表征总改正数的中长波分量,以相对应的局部地形改正差分修正量表征总改正数的中高频成分,从而实现航空重力数据点对点向地面的全频段延拓。在地形变化不同区域,联合使用EGM2008位模型、地面实测重力和高分辨率高程数据进行了实际数值计算和精度评估,验证了该方法的有效性。

基于向上延拓的航空重力向下解析延拓解

位场向下与向上延拓之间存在固有的内在联系,向上延拓解算具有稳定可靠的优良特性,本文据此提出了借助向上延拓信息实现航空重力向下延拓稳定解算的两种方法,分别建立了点对点向下解析延拓模型和最小二乘向下解析延拓模型.其核心思想是,依据泰勒级数展开模型,将位场向下延拓解算过程转换为向上延拓计算和垂向偏导数解算两个步骤,通过第一步的处理有效抑制数据观测噪声对解算结果的干扰,通过第二步的处理成功实现向下延拓反问题的稳定解算,较好地解决了向下延拓解算固有的不适定性问题.分析研究了两种解析延拓模型的计算精度及适用条件,利用超高阶位模型EGM2008建立的模拟标准场数据对两种模型解算结果的合理性和有效性进行了数值验证,证明本文新方法实用易行,具有较高的应用价值.

重力场对飞行器制导的影响及海洋重力测线布设

重点围绕远程飞行器飞行轨道控制保障需求,开展了空中扰动引力计算和地面重力异常测量精度指标及海洋重力测量测线布设方案的分析与论证。首先通过解析和简化飞行器导航误差解表达式,定量估计了地球重力场对远程飞行器飞行轨迹的影响,并以一定量值的落点偏差为限定指标,研究论证了空中扰动引力的计算精度要求。在此基础上,通过对地面重力异常截断误差及数据传播误差的估计和分析,研究确定了地面/海面网格平均重力异常的观测分辨率和计算精度指标。以此为依据,提出了相对应的海洋重力测量测线布设方案,并通过数值计算验证了所提方案的合理性和有效性。

联合XBT和WOA13模型盐度信息的深水走航声速准确确定

在走航式海洋调查测量中通过投放XBT仪器来获取海水声速剖面,存在由于缺乏实测盐度信息导致的缺陷,其对深水海域的海水声速测量影响尤甚,并进一步影响到海洋水深测量精度。对国际WOA13模型进行了解析及适用性评估,提出了联合XBT和WOA13模型中盐度信息的深水走航声速准确确定方法。实例结果表明,该模型可有效弥补XBT无实测盐度支持及自身探测深度不足的固有缺陷。多个声剖站的全深度声速推算值与实测值间的互差仅有-0.2～0.35 m/s。

航空重力测量厄特弗斯改正公式注记

针对当前国内外机构和学者在使用航空重力测量厄特弗斯改正公式中存在的不一致性问题,详细分析了不同时期、不同形式改正计算公式的来源及其相互关系,并比较了它们在数值上的差异,指出我国作业部门目前使用近似公式存在的误用问题和统一使用严密公式的必要性。

多波束水深测量误差源分析与成果质量评定

结合多波束测深系统在海洋水深测量实际生产中的应用,分析了受复杂海洋动态环境以及仪器自身原因等内外部因素影响易产生的各种粗差和系统性偏差,探讨了适用于多波束测深系统获取的水深测量成果的质量控制和检验指标,制定了涵盖多波束测深数据采集、处理、成果制作、验收等全过程的质量检验方案。

确定大地水准面的Tikhonov最小二乘配置法

提出Tikhonov-LSC法,即在LSC法中引入Tikhonov正则化算法。基于GCV法选择协方差矩阵的正则化参数,利用正则化参数修正协方差矩阵的小奇异值,以抑制其对观测误差的放大影响。通过以EGM2008重力场模型分别计算山区、丘陵和海域重力异常作为基础数据确定相应区域大地水准面的试验,验证该方法的有效性。

海空重力测量及应用技术研究进展与展望(一):目的意义与技术体系

作为海空重力测量及应用技术研究进展的开篇,首先简要介绍了该项技术的研究背景,然后详细论述了海空重力测量信息的应用价值及开展该项技术研究的目的意义和应用需求,分析了海空重力测量的技术特点,提出了海空重力测量及应用技术体系的基本架构,明确了该项技术的研究内容、作业流程及各个技术环节的相互关系。

重力匹配导航的影响模式分析

从重力场匹配导航的改进TERCOM算法入手,针对采样长度、采样间隔以及重力测量误差对匹配结果的影响进行了系统分析,并在此基础上利用海洋年度重力测量数据设计了准实时仿真试验,结果表明：（1）采样长度对匹配结果有重要的影响,采样长度与重力基准图的分辨率比值在10~20之间时,能够获得较好的匹配效果;（2）适当增加采样间隔可以在一定程度上提高匹配的整体精度,但增加了匹配失效的风险,实际应用中采样间隔以2~4 min为宜;（3）重力测量白噪声误差对匹配结果影响相对较大,过大的误差将不能得到有效匹配,水下重力测量误差最好能控制在2 mGal以内。