顾及洋流速度的激光罗经对准方法研究

在外阻尼系统中,外速度误差会对罗经对准回路的对准精度产生直接影响。本文结合罗经对准回路的特点,理论推导了不同形式洋流速度误差对对准精度的影响,并进行了仿真研究。由于洋流速度在固定海域满足一定规律,因此可通过提前测绘的方式对洋流速度进行建模并用于后续补偿。本文设计了通过GNSS/INS组合导航及测速仪联合测量当地海域洋流速度的方法,并依据测量结果建立了洋流速度模型。在罗经对准过程中,利用建立的洋流速度数学模型对测速仪中包含的洋流速度误差进行补偿。海上实验结果表明,利用建立的洋流速度模型进行速度补偿后,罗经对准系统的水平精度提升了36″,航向精度提升了25″,水平收敛速度提升了25 min,有效提升了罗经对准回路的姿态解算效果。

考虑洋流速度的激光惯导/里程仪标定方法

在船载试验环境中,电磁里程仪的速度会受到洋流速度的影响。对于激光惯导/里程仪组合导航系统,洋流速度的存在会影响组合导航系统相关参数的标定。为克服洋流速度对标定结果的影响,论文在原有标定参数基础上将洋流速度建模为额外Kalman滤波状态量,并采用GNSS位置、速度信息作为滤波观测量来对参数进行估计。文中从里程仪的标定观测方程出发,分析了洋流速度对里程仪比例因子、安装误差角等误差参数标定结果的影响,以及不同误差参数之间的耦合关系;基于可观性分析理论研究了洋流速度及相关参数的可观测性,并确定了适用于洋流速度估计的标定路径。仿真及试验结果表明,经过几次转弯机动之后,包括洋流速度在内的所有标定参数均可收敛到一个准确值,有效解决了洋流速度对其他标定参数的影响。海试试验验证了文中方法的可行性。

立足地理科学本质 提升综合思维能力——以人教版(2019)选择性必修一《洋流》为例

以选择性必修一《洋流》为例说明了在地理教学过程中,教学中应该从“科学”角度深度挖掘,运用信息技术从观察地理事象—大胆假设—实验论证—科学解释这一教学模式,让学生在合作、交流、探究中经历知识形成的全过程,并进行正确的假设、分析、说明、解释、推测等,准确把握地理问题的整体性,提升综合思维能力。

基于注意力机制的LSTM-CNN航道洋流速度预测方法研究

当前随着经济的快速发展,航道水域的交通状况趋于复杂,而且受到天气等影响,海洋运输的航期不固定,很容易遇险,航道洋流就是其中很重要的因素,所以航道洋流的实时预测具有重要意义。为了对航道洋流进行预测,针对航道洋流的历史速度数据集,提出了一种基于注意力机制的LSTM-CNN网络的预测方法。首先,对航道洋流历史速度的缺失值进行上一层和下一层加和的平均值处理,以及离散数据的清除。然后,对该预测模型包括隐藏层层数、超参数和预测过程优化算法等进行设计。最后,将该算法与长短期记忆网络、卷积神经网络和BP神经网络在不同时间的步长上进行对比,验证其可行性。以预测误差最小为目标,来实现对短期航道洋流速度的预测。实验结果表明,新提的预测模型对于短期航道洋流速度预测来说,有一定的实用价值。

海洋Nd同位素演化及古洋流循环示踪研究

海洋Nd同位素演化已经成为示踪陆源风化输入和洋流循环改变的最重要的手段之一,得到了越来越多的应用,并取得了许多重要的成果。海水的Nd同位素组成主要受陆源输入物质控制,热液输入几乎可以忽略。由于Nd在海洋中的停留时间(约500～1000a)略小于海水的平均混合时间(约1500a),且各洋盆有不同的Nd同位素风化输入,因此现代各大洋海水具有不同的Nd同位素组成。在陆源输入稳定的情况下,可以利用海水的Nd同位素组成和演化来示踪水体的混合或洋流循环的改变。目前主要依靠对海洋中水成铁锰结壳、海洋钙质有孔虫壳体、磷酸质鱼骨头或鱼牙齿化石以及沉积物中铁锰氧化物组分等的研究来恢复和反演古海水的Nd同位素组成和演化。4种分析材料各有其优缺点。其中,通过对水成铁锰结壳的Nd同位素分析,基本建立了各大洋新生代以来的主要洋流的Nd同位素组成的长尺度演化。通过有孔虫壳体、鱼化石碎片和沉积物中Fe-Mn氧化物组分可以进行高时间分辨率的古海水Nd同位素演化示踪。利用海水Nd同位素演化可以示踪古洋流通道的开启或闭合,以及获得水体交换的直接信息,为研究构造运动与气候变化之间的关系提供指示。同时,将海水Nd同位素演化与气候变化的指标结合起来,可以用于示踪各种气候条件下洋流循环的改变,将洋流循环的改变与气候变化联系起来,研究两者之间的成因关系。对表层水体的Nd同位素组成的研究则可以示踪不同气候条件下大陆陆源风化输入的改变。

海洋内波和洋流联合作用下水中悬浮隧道的动力响应

基于势流函数理论建立层化海洋内波流场,采用Morison方法考虑内波和洋流联合作用力,建立悬浮隧道-流体相互作用非线性振动数学物理模型.运用Galerkin(伽辽金)法数值求解振动微分方程,研究海洋内波和洋流共同作用下水中悬浮隧道的多模态动力响应行为.通过对拟建隧道实例的计算分析,结果表明:第一阶模态对位移响应贡献最大,在内波、洋流联合作用下,海洋内波的作用不可忽视,使第一、三阶模态的幅值都有大幅度增加,且反映出强非线性.研究成果为悬浮隧道结构荷载分析及复杂环境下海洋工程结构物所受环境荷载的研究提供有益探讨.

未知洋流干扰下基于单领航者的多自主水下航行器协同导航

洋流估计问题是多自主水下航行器(AUV)协同导航方法中的难点之一。针对未知洋流情况,给出了1种基于单领航者的多AUV协同导航方法。通过设计主、从AUV间的机动轨迹,将从AUV的初始定位以及洋流干扰、测速误差的初始估计问题转化为非线性极小平方优化模型求解,提高了初始化精度;并进一步将洋流干扰等作为状态变量参与协同导航过程中的滤波,得到了对从AUV定位和洋流干扰的实时估计。仿真实例表明,该算法实现了对未知洋流的在线估计,具有良好的收敛性和定位精度。

考虑洋流影响的SINS/DVL组合导航算法

针对捷联惯性导航系统(SINS)/多普勒计程仪(DVL)组合导航系统工作于水跟踪模式条件下的高精度定位需求,提出一种考虑洋流影响的SINS/DVL组合导航算法。分析了DVL水跟踪模式下洋流速度对组合导航精度的影响,基于速度匹配组合导航的方式提出了SINS/DVL组合导航系统设计方案,当DVL切换到水跟踪模式后,利用Kalman滤波器对洋流速度进行实时估计,从而能够有效提高DVL仅对水输出时系统的组合导航定位精度。仿真和水上船载试验结果表明,本文提出的考虑洋流速度影响的SINS/DVL组合导航算法是有效的和可行的。

赤道外北太平洋上层洋流异常分析

采用复EOF分析方法,对全年各月份除赤道太平洋外的北太平洋海域的上层洋流异常做了统计动力诊断,并与赤道太平洋洋流异常做了比较;得到的主要结论有:北太平洋海域上层洋流的明显异常发生在日本本州岛以东、以南范围不大的海域(关键区)内,此关键区仅占整个北太平洋海域很小的一部分;而在该海域之外,洋流异常均非常小。虽该洋流异常的第一模态与第二模态对整个异常的方差明显小于赤道太平洋;但其对以上关键区内洋流异常的贡献仍是不小的。在上述海域内,第一模态表现为东东北至西西南走向的涡旋偶,即一个反气旋涡旋和一个气旋涡旋的组合;第二模态也主要表现为涡旋形式。第一、二模态的时间系数均有两个状态,第一、二模态其模的数值大小则决定了其偏差流场的强弱,模值越大则异常越大。第一、二模态的时间系数均有年际变化和明显的年代际变化。以上两模态是异常风应力造成海洋西边界附近海水流动的异常所致,其性质是海洋Rossby波的异常,这与赤道太平洋洋流异常是Kelvin波的异常不同,但两者共同之处在于其均与风应力异常密切相关。

一种考虑洋流影响的AUV组合导航算法

针对由捷联惯导(SINS)、多普勒测速仪(DVL)以及深度传感器组成的自主水下航行器(AUV)组合导航系统,当DVL测量距离无法达到海底的情况下,洋流是该系统主要误差源之一的问题,在SINS/DVL组合导航算法的基础上,提出了一种在原算法中加入洋流信息提高系统导航定位精度的方法,并将以上两种导航算法解算出的AUV位置信息进行仿真对比,仿真结果表明:与未考虑洋流信息的算法相比,加入洋流信息的算法能够有效提高AUV的定位精度。

洋流干扰下的多自主水面无人船最优覆盖控制

针对洋流干扰下的多自主水面无人船(ASV)对有限海洋环境进行覆盖监控的最优化问题,提出一种基于环境信息密度的分布式控制方法。该控制方法是在考虑洋流因素的情况下,以二阶EulerLagrange模型为控制模型的最优覆盖策略。首先建立基于欠驱动系统的最优覆盖模型,提出时变洋流干扰下的多ASV最优区域分配算法。在此基础上,针对ASV的欠驱动特性,综合应用运动学控制方法与Backstepping技术设计基于二阶Euler-lagrange方程的最优覆盖控制算法,并利用Lyapunov稳定性理论证明其稳定性。最后对多ASV最优覆盖网络进行仿真验证实验,实验结果表明该控制方法能够使多ASV在洋流干扰下从区域Q的任意初始位置收敛到最优覆盖配置。

热带太平洋5月份上层洋流的动力统计诊断

利用复EOF分析,将热带太平洋5月份的上层洋流看作一个整体,对其作了动力统计诊断,用以考察热带太平洋5月份上层流场的年际和年代际变化,并揭示其与长江流域梅雨异常的关系。结果表明,热带太平洋5月份上层偏差流的前三模态均为赤道所俘获;其第一、二模态具有明显的年际变化;第一模态与长江流域梅雨异常密切相关;第二模态与ENSO密切相关;第一模态其模的振幅有由小到大的年代际周期变化,且从1994年起模有越变越大的趋势,这表明这段时期长江流域梅雨降水量的异常有所增大。

新型风力/洋流涡轮气动及引射特性

为高效开发利用低品位风能和洋流能,采用涡扇发动机喷管引射技术,设计含有单级涡轮和波瓣引射器结构的低品位风力/洋流涡轮,给出一种波瓣引射器的参数化方法,并基于CFX软件RANS方程和k-ε湍流模型数值研究涡轮气动和引射特性.结果表明：含单级涡轮和波瓣引射器结构的低品位风力/洋流涡轮可将其转子四周流过的能量通过波瓣引射器引入涡轮后侧,通过流向涡和正交涡共同产生的抽吸作用,降低涡轮转子后侧被压,使有效做功速度增大约1.4倍,等效于提升了能量的品位.在2~6 m/s的风能和2~4 m/s的洋流能利用方面,含单级涡轮和波瓣引射器结构的风力/洋流涡轮功率曲线与来流速度成指数增长,流通能力增大32.70%~35.33%,在低速工况能量利用率可达66%~77%.

洋流作用下悬浮隧道动力学行为试验研究

为测试悬浮隧道在洋流作用下的动力学行为,根据流场相似准则和弹性相似准则以及试验条件恰当地进行模型试验设计。考虑到实际流场洋流方向的不确定性,以圆形截面悬浮隧道进行试验,通过测试洋流作用下悬浮隧道管段的应变情况获得悬浮隧道的力学行为。试验模拟测试了在各种不同流速条件下,单节悬浮隧道管段在分别布置2组锚索支撑和布置3组锚索支撑时,悬浮隧道管体结构环向应变和轴向应变及张力腿锚索的轴力。试验表明:(1)管段外侧环向应变较内侧大,内外侧轴向应变相差不大;迎流面环向应变较背流面大,迎流面轴向应变较背流面小;外侧顶面环向应变与底面环向应变相差不大,外侧顶面轴向应变与底面轴向应变也相差不大;(2)增加支撑锚索数量能减小管段结构和锚索的受力;随着流速增加,管段上相同测点的轴向应变、环向应变都随流速的增大呈线性关系变化;(3)管段相同侧锚索轴力随时间的变化趋势基本一致,但受力变化并不均匀,迎流面侧锚索所受拉力随流速增大而线性增大,背流面位置处锚索所受拉力随流速增大呈线性减小后变为压力。

郑和下西洋对季风洋流的认识和利用

在蒸气机发明之前的风帆时代,庞大的郑和船队必须依赖季风和洋流的帮助,才能顺利航行。郑和航线所经历的地区是世界上季风现象最显著的地区之一。盛行风的季节性变动,带来了洋流的季节性变化,为郑和航海提供了优越的条件。本文以郑和航海图为基础,结合海洋地理知识,根据郑和出使西洋过程中的航期、航线与航速,分析对季风洋流的认识和利用,并以此侧面反映15世纪中国领先于世界的高超航海水平。

卫星测高与卫星重力对洋流的研究

卫星测高与卫星重力的发展为进一步研究洋流提供了前所未有的机遇。本文从EGM 96 ,GGM0

洋流影响下基于单领航者的多AUV协同导航

自主水下航行器(AUV)的协同导航是海洋工程研究中的重要问题,洋流估计是其中的主要难点之一。该文基于"未知定常"的洋流特性假设,结合单通信和导航辅助AUV(CNA)领航的协同定位原理,建立了洋流干扰下多AUV协同导航的定位转移损失函数。利用损失函数极小化方法给出了协同导航的定位最优估计准则,借助该准则得到了洋流误差估计和协同导航算法,实现了对AUV较为实时精确的定位。仿真结果表明,该算法能够较好地解决定常洋流作用下的多AUV协同导航问题,且定位精度较高,实时性好。研究成果有望为多AUV系统总体设计、导航路径规划及跟踪等方面提供理论基础和研究手段。

El Nio事件大气-洋流异常与暖海温传播机理研究

利用1971~2000年逐月SODA（SimpleOceanDataAssimilation）同化资料（Carton等，2004）、1980~2000年逐月NCEP／NCAR再分析资料（Kalnay等，1996）探讨中部型（暖海水首先出现在120°W以西）和东部型（暖海水首先出现在120°W以东）E1Nifio事件赤道纬向风应力及洋流的异常变化与暖海水信号的传播特征。研究指出：（1）中部型和东部型E1Nino事件发生时，太平洋上赤道海表最大西风应力距平在西太平洋地区都有显著的东传现象，但中部型E1N盗。事件西风应力距平强度强，造成西太平洋赤道表层的东向流可达东太平洋地区，这类E1Nino事件强度偏强。（2）中部型E1Nino事件，赤道表层洋流辐合区及其下沉运动由西太平洋向东太平洋传播，辐合下沉运动抑制了深层冷海水上翻，西太平洋暖水能够传到东太平洋与西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动的东移有关。（3）东部型E1Nino事件西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动没能直接传到东太平洋地区，东太平洋暖水形成与局地（120°W以东）辐合下沉运动抑制深层冷海水上翻有关；东部型E1Nino事件暖池次表层的暖水，不是沿着西太平洋赤道次表层向东传播到东太平洋地区，而是由南太平洋西边界流将暖池海水带到40°S左右的西风漂流区，再由西风漂流平流到东太平洋。

距今三万年来西北太平洋洋流系统变化的初步研究

本文探讨了西北太平洋流系统变化的研究方法,并利用这些方法恢复了距今三万年以来这一地区洋流系統变化的过程。

水平轴洋流涡轮的水动力特性研究

关于发电涡轮在各种洋流速度和不同的桨距角度下所产生的拉力和功率。同时对旋转流场的流场机理进行了研究。使用根据三维粘性结构网格和非定常雷诺平均Navier-Stokes方程的CFD程序,在多重网格方法针对800毫米直径的洋流发电涡轮进行数值仿真,并与其实验模型在水洞和实验水槽中的实验结果加以比较,通过比较,数值仿真和实验结果比较吻合,同时数值仿真很好地反映了水洞和水槽实验的水动力特性,证明了开发的CFD计算方法同传统方法相比,能够完全满足后续洋流涡轮水动力设计上的要求,可为设计提供参考。