Short Baseline Positioning with an Improved Time Reversal Technique in a Multi-path Channel

The existence of a multi-path channel under the water greatly decreases the accuracy of the short baseline positioning system.In this paper,the application of a time reversal mirror to the short baseline positioning system was investigated.The time reversal mirror technique allowed the acoustic signal to better focus in an unknown environment,which effectively reduced the expansion of multi-path acoustic signals as well as improved the signal focusing.The signal-to-noise ratio（SNR） of the time reversal operator greatly increased and could be obtained by ensonifying the water.The technique was less affected by the environment and therefore more applicable to a complex shallow water environment.Numerical simulations and pool experiments were used to demonstrate the efficiency of this technique.

融合长短基线的干涉图解缠错误自动改正

合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术因具有全天时、全天候、大范围的独特优势,已被广泛应用于地球科学研究、自然灾害监测和环境管理等领域。然而,受地表失相干、干涉条纹密集等因素影响,InSAR数据处理关键的步骤——干涉图相位解缠常出现错误,进而影响高程反演和地表形变监测精度。为此,文章提出了一种融合长短基线干涉相位闭合环的解缠错误自动探测与改正方法,并利用湖南省-江西省高植被覆盖区的Sentinel-1雷达影像开展了算法验证。实验结果表明,该方法可有效地改正干涉相位解缠错误,这对InSAR技术提升高程反演和形变监测精度具有重要意义。

SBAS-InSAR技术融合CNN-LSTM模型的矿区开采沉陷监测与预测

针对传统矿区开采沉陷监测方法耗费人力财力和预测预警模型较少的问题,研究提出一种基于短基线集合成孔径雷达干涉测量(Small Baseline Subset-Interferometry Synthetic Aperture Radar,SBAS-InSAR)技术和卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)与长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)相结合的矿区开采沉陷监测预测方法。首先,利用SBAS-InSAR技术对建新煤矿进行矿区开采沉陷监测,获取了该矿区的年平均沉降速率和累计沉降值。用GNSS监测数据与SBAS-InSAR结果进行对比验证,其拟合效果较好。其次,在此基础上利用CNN-LSTM模型预测后6期沉降数据,其结果与CNN和LSTM预测结果进行对比。研究显示,CNN-LSTM模型的平均绝对误差(S_(MAE))和均方根误差(S_(RMSE))比单一的CNN和LSTM分别至少降低了44.8%和40.6%,其决定系数均高于98%。最后,进一步预测前6期和中6期沉降数据,验证了CNN-LSTM预测模型在时间上的一致性。因此,SBAS-InSAR融合CNN-LSTM模型在类似矿山开采沉陷监测和预测中有较好的应用前景。

一种超短基线阵定位算法应用分析

分析了一种多元阵超短基线阵水声定位几何算法,对多元阵声学定位算法与传统正交四元阵算法做分析对比,并与常见阵型的定位精度作比较。仿真结果表明,在阵元条件等一致的情况下,五元均匀圆阵精度最高,复杂度也最大,四元三维正交阵、四元平面正交阵,精度依次降低,复杂度也依次降低。对超短基线定位系统优化阵型、提高超短基线定位精度有借鉴意义。

滑坡灾害InSAR早期识别关键技术方法研究

本研究重点关注了合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术在滑坡识别方面的应用,并着重分析了InSAR技术进行滑坡识别时所遇到的典型技术难题。首先,论文分析了InSAR多视处理作为预处理关键步骤的重要性,探讨了多视因子选择在噪声抑制和空间分辨率之间的平衡问题,并获得了最佳的多视因子参数。其次,本文讨论了干涉图滤波窗口对形变提取精度的影响,发现最佳的滤波窗口可有效保留形变信息,并抑制InSAR干涉噪声,有利于滑坡隐患的准确识别。此外,本研究还发现采用InSAR干涉图层面的大气校正处理,可避免InSAR相位解缠误差的传播,并有效削弱大气噪声,提高InSAR形变提取精度。最后,本研究讨论了InSAR干涉对筛选中的长短时间基线问题,发现仅利用短时间基线干涉对较难捕捉滑坡小量级形变,而长时间基线又不可避免面临干涉失相关的挑战,因此,以短时间基线干涉对为基础,辅以一定数量的高质量长时间基线干涉对,是更为可靠的小量级运动滑坡隐患InSAR识别干涉对筛选策略。最后,研究以金沙江上游某滑坡密集区域为例,基于最优参数和对照参数组开展了实验,验证了最优参数组的有效性和适用性。上述研究成果显著深化了InSAR技术在地质灾害识别应用中的适用性和局限性,为利用InSAR技术开展滑坡灾害早期识别提供了科学的支撑,具有重要的理论和实用价值。

基于向量投影的立体阵定位算法

传统适配立体阵型的超短基线定位算法计算量大、定位误差难以通过解析式精确表征。针对这些问题,该文提出基于向量投影的立体阵定位算法,从向量投影的角度构建立体阵中各基线向量与目标方位之间的观测方程,实现对传统算法定位模型的简化。该文算法通过求解线性方程组即可实现对目标方位的估计,时间复杂度远小于传统算法。此外,基于该文算法简洁的观测方程,给出了适配立体阵的定位误差精确解析表征。仿真结果表明,该文算法消耗的运算时间远小于传统算法,且定位误差变化规律与基于理论解析式得到的结论相符。湖试试验结果表明,该文算法的定位精度与传统算法几乎一致,且计算效率更高。

超短基线在低频基阵指向性测量中的应用

随着水声换能器工作频率的降低,实验室空间很难达到自由场和远场测量的要求。而开阔水域的水下环境复杂,基阵很难实现更深层次的吊放,需要安装价格昂贵的吊装平台来获取标准声源与待测基阵之间的相对位姿,效率低且维护成本高。文章采用超短基线定位技术,信号选用线性调频脉冲信号与伪随机编码脉冲信号,并分别基于脉冲压缩法和复相关算法实现距离和相位测量。比对湖上定位精度试验和基阵指向性标定静态试验的结果显示:角度误差为2.5°以内;-6 dB波束宽度在2~10 kHz频率范围内测量误差在5.38%以内。证明超短基线定位在低频基阵指向性标定的可行性。

GNSS观测值类型对短基线大地高差精度的影响分析

基于某市C级网的观测数据,分析了采用不同原始观测值和无电离层组合等四种不同基线解算策略对短基线大地高差精度的影响,结果发现,仅通过基线较差分析难以评估不同解算策略的基线处理精度.为此,联合二等水准测量和似大地水准面模型对基线结果进行了外部检核,发现采用无电离层组合的结果中大地高差存在约2.2 cm的系统差,而使用原始双频观测值的结果精度最高,是短基线处理的最佳策略.

一种面向AUV动态对接的声学补偿无迹粒子滤波算法

[目的]针对浅水环境下自主水下航行器(AUV)动态对接过程中超短基线定位系统(USBL)声学相对导航问题,提出一种基于扰动观测器的补偿无迹粒子滤波算法(CUPF)。[方法]该算法依据航位推算模型补偿USBL数据中的缺失值,利用观测器技术估计AUV动态对接过程中的未知扰动,结合无迹粒子滤波过滤USBL数据中的野值,并实现AUV状态的预估。[结果]湖试数据表明,所提方法能够有效地剔除USBL定位中的野值并填补缺失值,速度估计误差不超过15%,计算时间相较于传统算法减少了57%。[结论]所提方法可充分利用相对量测信息,在平滑AUV运动轨迹的同时提高USBL定位精度,准确估计AUV运动状态,有利于AUV顺利对接。

基于SBAS-InSAR的库区活动滑坡变形特征与库水位变化响应关系:以四川省黑水县毛尔盖水电站为例

水库滑坡是水电工程建设中的一种常见地质灾害,当滑坡滑入库区中可能会引起涌浪、江河堵塞甚至溃坝,从而造成巨大的经济损失和人员伤亡情况,因此如何高效及时地开展对库岸滑坡早期识别与监测具有重要意义。利用短基线集干涉测量技术(small baseline subsets interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)对毛尔盖库区开展活动滑坡的探测识别,在此基础上,结合高分辨率光学遥感影像、无人机航空摄影测量以及现场调查对库区典型活动滑坡的变形特征与库水位变化响应关系进行初步分析。结果表明:研究区活动滑坡共65处,其中复活型古老滑坡堆积体36处,新孕育型滑坡29处;结合两类典型滑坡来看,坡体变形与库水位快速下降存在正相关关系,且当库水位日平均降速大于0.67 m/d时,InSAR时间序列曲线均会出现加速变形的情况;对于短时间内发生的大变形滑坡,SBAS-InSAR技术很难有效捕捉到滑坡失稳前的真实加速变形信息导致不能提前识别和监测,因此结合多时相高分辨率光学遥感影像可以起到有效补充的作用。研究成果可为库岸滑坡的早期识别与监测提供参考。

反应堆几何效应对超短基线反应堆中微子实验中微子流强的影响

在超短基线反应堆中微子实验中,探测器与反应堆的距离较短,反应堆的几何效应对中微子能谱和中微子流强的影响可能无法忽略,需要对其影响进行评估。本文根据EPR(European Pressurized Reactor)堆芯的结构建立反应堆中微子源模型和点中微子源模型,研究了超短基线反应堆中微子实验中反应堆尺寸对中微子能谱和流强的影响,讨论了堆芯内功率误差分布对点源模型下预期中微子流强的影响。研究结果表明,由于反应堆的几何效应,使用点源模型会使预期中微子事例率低约0.08%~0.40%,堆芯的几何效应对中微子能谱的形状影响则在10-6量级。在超短基线反应堆中微子实验中,计算中微子流强时可以采用基于堆芯几何中心的点中微子源模型,在这种模型下,由统计误差和系统误差引入的误差可以忽略不计。

同时存在中长基线和短基线的GNSS控制网精度评定问题研究

基于CORS的工程控制网同时存在中长基线和短基线,直接采用国产的商业数据处理软件进行数据处理和精度评定时,凡是涉及中长基线的,精度评定的限差过大,同时缺少相邻点基线分量中误差的水平分量和垂直分量的精度评定。本文通过实际工程应用,拆解规范中各项指标要求,运用公式和算例分析,探讨同时存在中长基线和短基线的控制网的评定精度方法,为基于CORS的工程控制网的推广应用提供技术依据。

TBC 4.10与GAMIT 10.7在GPS数据处理中的对比与应用研究

以一新建超短基线场中的GPS站点为研究对象,利用周边IGS站及CMONMC站点作为参考站,使用TBC 4.10与GAMIT 10.7软件进行联合解算,以多种评价指标进行基线解算与坐标解算性能评价。结果表明,在基线解算结果方面,两种软件基线解算结果在水平及长度分量上的基线重复率均满足亚毫米级,而在垂直分量上的基线重复率部分为亚毫米级,部分为毫米级,两种软件基线解算结果与真值偏差均小于3 mm,符合精度要求;在坐标解算结果方面,无论是水平分量还是垂直分量,GAMIT 10.7软件解算坐标与坐标真值偏差均小于2 mm,TBC 4.10软件解算坐标与坐标真值偏差最大可达3.7 mm。相较于TBC 4.10软件,GAMIT 10.7软件在数据处理过程中具有更高的解算精度与可靠性。

电离层层析辅助等离子体泡的TEC空间梯度研究

在严重的电离层活动时,发生的极端电离层扰动会对GNSS地基增强系统(Ground-based Augmentation Systems, GBAS)的用户构成完好性威胁,例如中国低纬地区出现的等离子体泡现象。本文针对等离子体泡造成的TEC空间梯度展开研究,提出了一种电离层层析辅助研究等离子体泡造成的TEC空间梯度的方法。首先,通过多分辨率电离层层析成像技术重构中国及周边中低纬地区在2017-09-08T12:00—17:00UT扰动最强烈时段的电离层层析图像,发现该时段内中国低纬地区出现电子密度耗竭的等离子体泡现象;其次,利用短基线双站法和时间步长法两种方法计算等离子体泡附近区域TEC空间梯度;最后,结合两者进行比较研究,验证了较大的TEC空间梯度往往存在于等离子体泡的侧壁周围,如本文在14:06UT出现在香港空域附近的最大TEC空间梯度为133.16 mm/km。同时还可以看出:层析反演的电离层图像不仅能直观地分析等离子体泡的三维电子密度分布,还可以帮助发现TEC空间大梯度产生的原因。

超短基线(USBL)在OBN定位中的应用

OBN由于其独立采集的特点,正成为在深水OBS海洋地震采集的主流方法。,OBN点位定位精度是决定地震资料好坏的主要因素之一,本文主要介绍新型声学定位系统超短基线(USBL)工作原理,工作过程,以及在OBN作业中的使用方法和应用效果。

基于CNN_BiLSTM的矿井瓦斯涌出量预测模型

为了实现对瓦斯涌出量准确预测,从而有效预防瓦斯灾害。提出1种结合卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和双向长短期记忆网络(bidirectional long short-term memory,BiLSTM)的瓦斯涌出量预测模型,采用CNN在时间序列上提取瓦斯涌出量及其影响因素的局部关键特征,有效捕捉数据的局部时序相关性;BiLSTM模型利用这些特征,通过其前向和后向处理能力,全面捕捉时间序列中长期依赖性和复杂模式。研究结果表明:该模型预测准确率达93.6%,均方误差显著低于CNN、BPNN、LSTM、BiLSTM、CNN_LSTM、CNN_BiLSTM 6个模型,决定系数接近1,表明其出色的预测能力和解释力。研究结果可有效预测瓦斯涌出量波动,有助于提高矿井瓦斯风险预警能力,提升矿井安全管理水平。

BDS-3/GPS/Galileo兼容频率紧组合短基线性能分析

针对紧组合模型在短基线相对定位中的应用问题,基于MGEX跟踪站组成的短基线连续多天实测数据,对比分析了BDS-3/GPS、BDS-3/Galileo和BDS-3/GPS/Galileo兼容频率紧组合短基线相对定位精度。实验结果表明,3种组合短基线相对定位精度均在厘米级,且三系统组合定位精度优于双系统组合定位精度。紧组合短基线相对定位精度相比松组合模型有较明显提升,BDS-3/Galileo组合E方向精度最大提升量达到18.04%,其余提升精度均在10%以下。

广西南宁GNSS接收机检定场稳定性分析

广西南宁全球导航卫星系统(GNSS)接收机检定基线场建于2001—2003年,于2018年完成升级改造,是全国唯一有高铁穿过的GNSS接收机检定基线场。该检定场分为中长基线场、短基线场和超短基线场,其中,中长基线和短基线检定场均建设8个观测墩,超短基线场建设7个观测墩。本文通过梳理该检定场过去十年基线长度成果数据,获取每次的数值及精度变化情况,分析改造前后的数据情况,判断广西南宁GNSS接收机检定基线场的可靠性和稳定性。

超短基线系统定位精度改进方法研究

超短基线(USBL)定位过程中的定位精度受多种因素影响,作为众多影响因素中的一种,基阵阵型的设计对于超短基线定位系统的定位精度影响尤为严重。针对基阵阵型在超短基线定位中的作用,本文开展了基于基阵阵型设计的数据融合改进方法,该改进方法将各基本阵列构型的初步定位结果进行融合并将融合结果作为最终定位结果。将本文提出改进方法应用于超短基线系统定位中,并通过误差的平均值与标准差对试验结果进行比对,试验结果表明:相比于其他阵型的系统,本文改进USBL系统的定位精度更高,体现了本文方法的优越性。

BDS/GPS短基线相对定位精度分析

通过国际卫星导航服务组织(IGS)采集的10 km短基线测量数据,分析了BDS双频、GPS双频和BDS/GPS组合双频的相对定位精度,结果表明,三种组合的定位精度误差均可达到厘米级,BDS相对定位精度优于GPS,BDS/GPS组合系统精度最高,相比单系统在E、N、U三个方向均有明显提升,其中E方向最大提升16%,N方向最大提升18%,U方向最大提升17%。