AUV拖曳GPS浮标系统仿真研究

提出了一种运用拖曳GPS浮标进行自主水下航行器(简称AUV)辅助导航的方案,运用达朗伯原理建立了拖缆的三维运动数学模型,在确定边界条件的基础上,对AUV拖曳GPS浮标系统的运动进行了仿真,得出了拖缆在水中的姿态、拖缆上的张力分布,并对不同速度下拖缆对AUV的作用力进行了对比,具有一定的工程实用价值。

GPS浮标数据反演海浪谱的理论仿真与试验验证

GPS浮标作为一种新型的海洋测量设备,近年来在海面高度现场测量和星载高度计定标方面取得了重要应用。通过仿真试验对反演海浪谱的方法和流程进行研究,旨在探索从GPS浮标测量的海面高度序列中提取海浪谱的方法。首先,使用Longuest模型生成了海浪波面位移时间序列,并通过Pierson-Moscowitz风浪谱对波面位移的统计特性进行约束,其随机性由相位引入。结合典型潮汐和GPS浮标仪器噪声的仿真时间序列,合成了仿真时间长度1h的1Hz(每秒1次)随机海面高度序列。然后,利用自相关函数法,进行高通滤波和数据压缩,得到了仿真的海浪谱。该仿真结果和理论海浪谱非常接近,可满足海浪谱反演的需求。最后,通过山东石岛外海的GPS浮标现场试验,验证了本文提出的反演方法的适用性。本文的研究解决了GPS浮标反演海浪谱的关键问题,丰富了海浪谱反演的手段,拓展了GPS浮标的应用领域,有望为未来我国的星载波谱仪定标服务。

GPS浮标测高精度影响因素研究

海洋二号(HY-2)卫星高度计已在轨运行两年多,亟需深入开展海面高度定标工作,基于全球定位系统(GPS)浮标的高度计海面高度定标法是主要的定标方法。GPS浮标定标法的定标精度受到时间窗口、浮标姿态、温盐以及相位中心等因素影响。为了提高高度计海面高度GPS定标法的定标精度,本文对影响GPS浮标测高精度的主要因素进行了分析研究。结果表明,在充分考虑影响因素基础上自主研制的GPS浮标高程测量精度可以达到1 cm,满足高度计海面高度定标要求。

基于PPP技术的GPS浮标海啸预警模拟研究

提出了利用精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术进行海啸预警的方法,并利用TriP软件对实测浮标数据进行了处理,将得出的海面高数据和海啸波模型叠加进行了模拟分析。仿真结果表明,利用精密单点定位技术进行海啸预警,能够监测判断海啸的发生,并获得海啸波到达海岸的波高和时间,提供一定的预警信息。

基于GPS浮标的高度计海面高度产品检验技术进展

主要介绍了卫星高度计在海洋学研究中的意义、高度计的定标原理、定标方法和国际主要的高度计定标试验场。结合卫星高度计定标的特点,着重介绍了GPS浮标在高度计定标中的优势、技术难点以及解决方法等,旨在为海洋二号卫星的高度计定标技术提供依据。

GPS浮标高程数据滤波窗函数选取方法

GPS浮标高程观测数据中含有大量的噪声,为了尽可能消除噪声影响和获取有效的潮位信息,尝试选用几种不同的窗函数数字低通滤波器对GPS浮标高程观测数据进行滤波。通过实例计算和结果比较,得出矩形窗具有较好的滤波效果。

基于谱分析的GPS浮标测量参数提取方法

介绍采用谱分析原理提取海浪信息的方法。根据GPS浮标测量得到的海浪高度数据,先通过滑动平均的方法分离海浪信息和潮流潮位信息,然后对海浪信息采用AR模型法进行功率谱估计,并对海浪信息进行连续小波变换,对AR模型法功率谱估计结果和小波变换结果进行综合研究,提取海浪特征参数———周期。最后通过一个GPS浮标试验对上述方法进行了验证。

多通道GPS浮标接收机数据管理

差分GPS水下立体定位系统所有数据都是通过无线电台发送到船基控制中心,船基控制中心通过一个多通道浮标接收机同时接收所有浮标数据,并将所收到的数据通过串口发送控制中心的计算机。合理、高效地从接收到的数据中分离出各个浮标的数据,并从单浮标数据中分离各个数据语句是实现系统稳定工作的关键。本文提出基于链表、队列数据结构的多通道浮标接收机的数据分离和同步数据提取算法,实现了多通道GPS浮标接收机数据管理,软件运行的结果显示该算法高效地为水下GPS定位系统的状态监视和定位解算提供了正确的数据。

GPS浮标法在海上地物测绘中的应用研究

在近景摄影测量中,需要若干个像控点解算像片的外方位元素。由于海上条件的特殊性,一些地物无法到达或在地物上找不到特征点,因此很难对海上地物进行GPS像控点测量。提出一种在海上放置GPS浮标作为像控点的方法,并结合海上动态试验,验证该方法的可行性。

海洋卫星测高新概念——GPS浮标

本文首先定义 GPS测高的概念 ,然后介绍 GPS测高技术之一的浮标 GPS测高的基本原理及其应用实例 ,最后讨论浮标 GPS测高在我国的应用前景。

卫星高度计定标中GPS浮标测量海面高的FIR低通滤波方法

针对GPS浮标用于卫星高度计定标时需要从瞬时海面高观测值中提取平均海面高的需求,研究了其有限冲激响应低通滤波方法。分析了窗函数设计法中几种窗函数的幅频响应特性,讨论了低通滤波器截止频率的确定原则,给出了滤波器阶数的确定方法。基于浮标测量海面高仿真序列的计算结果表明,不同窗函数的滤波效果相差不大;实际定标应用中滤波器的截止频率可设计为需要滤除海浪信号最低频率的一半,滤波器阶数可根据此设置频率计算得到。

基于GPS浮标的风浪参数提取

通过将GPS接收机与传统浮标结合,获取风浪位置信息,结合3种谱分析方法来计算频谱,再由频谱计算风浪参数。实验表明,GPS浮标能够很好地反映波浪的实际情况。

差分GPS水下立体定位系统浮标姿态的测量

三维数字罗盘可以实时输出载体的二维姿态和地理方位角。在差分GPS精密水下立体定位系统中,可以用于GPS浮标姿态测定,进行GPS天线坐标实时三维改正。本文对三维数字罗盘工作原理进行了简要介绍,并针对三维数字罗盘与GPS同步问题进行了详细分析,同时给出了GPS天线坐标改正公式。

基于GPS的测高浮标的设计、研制与测试

卫星高度计在海洋中的广泛应用,离不开准确的定标工作。高度计海面高度定标主要采用验潮仪法和全球定位系统(Global Positioning System,GPS)浮标法。文中详细介绍了GPS浮标的研制工作,分别对可用于高度计海面高度定标使用的GPS浮标的性能要求、设计、数值模拟计算做了详细研究,采用数值模拟的方法对研制后浮标的性能进行了评价,数值模拟结果表明研制的浮标可以满足海上试验的要求。最后结合GPS浮标测高验证试验,对研制的GPS浮标的测高精度进行了验证,结果表明研制的GPS浮标精度能够满足高度计海面高度定标的要求。

基于GPS浮标的高度计定标技术研究

20世纪90年代以来,卫星高度计在监测海平面变化、海洋环流、区域海面地形、气候变化等方面做出了巨大的贡献。但是,卫星高度计测量海面高度时都会存在偏差和偏移,需要进行定标。定标的基本原理是在卫星星下点位置处,卫星过境时刻现场测量海面绝对高度值,与卫星高度计的测量值进行对比,得到其偏差和偏移。利用自主设计的GPS浮标测量卫星过境时刻的瞬时绝对海面高度值,分别在山东石岛、海南清澜完成了4次针对HY-2卫星高度计的绝对定标工作。定标结果表明:(1)在岸基GPS基准站的支持下,使用自制的GPS浮标海面高程测量精度优于50mm,满足高度计定标检验的需求;(2)HY-2卫星高度计测量的海面高度测量值随时间产生了漂移,存在系统偏差;(3)通过使用Jason-2高度计数据对HY-2的相对定标和使用GPS浮标对其进行的绝对定标结果表明,HY-2绝对海面高度测量的精度可以达到国际先进水平。

基于GPS的高度计海面高度定标浮标设计

全球定位系统(GPS)浮标是高度计海面高度定标的重要仪器。本文介绍了GPS浮标的组成和工作原理,分别对GPS浮标的外型设计、舱体设计、密封性设计、供电设计做了详细介绍,最后利用数值模拟的方式,对设计的GPS浮标在3级海况下的摇摆和升沉响应进行模拟试验。结果表明自主设计的GPS浮标能够满足海上高度计海面高度定标的需求。

一种基于单移动GPS智能浮标的AUV导航方法

针对传统全球定位系统(GPS)辅助自主式水下航行器(AUV)导航的局限性,给出了一种基于单移动GPS智能浮标(GIS)的自主水下航行器(AUV)导航方法。利用超短基线(USBL)原理设计了AUV导航天线,通过该导航天线测量GIS与天线上水听器间的角度和距离,并由两者的向量关系和GIS的坐标位置导出了系统的量测方程。应用标准卡尔曼滤波(KF)解算水听器的坐标,进而求得AUV的位置坐标。仿真结果表明,该导航方法能较好地克服GPS在水下导航中的局限性,具有机动性好、隐蔽性强等优点,研究成果有望为AUV远程精确定位、路径规划和多AUV协同导航等方面提供理论基础。

基于北斗卫星系统的深远海GPS波浪浮标数据传输研究

国家海洋技术中心研制的GPS波浪浮标仅需一个GPS接收机,无需其他辅助传感器,其功耗低、尺寸小、布放方便、测量精度高、适用于大范围的对波浪进行精细化观测。为了解决GPS波浪浮标在深远海应用中的数据传输问题,通过对比Argos、铱星、北斗三种卫星系统的特点,该设备优先选用了基于北斗卫星系统的数据传输方式。对系统构成、硬件电路设计、测量原理及数据传输流程分别进行了详细阐述。通过实验室实验和现场海上试验,特别是GPS波浪浮标在遭遇台风等恶劣环境下仍能正常通信,验证了北斗卫星系统在深远海数据传输上的可行与可靠性。

差分GPS水下立体定位系统

差分GPS水下立体定位系统包括GPS差分基准站、GPS浮标、水下收发机、船基控制中心四部分。差分基准站提供GPS差分改正,实现浮标内置GPS高精度实时定位。GPS浮标完成水上和水下的集成,检测水下收发机发射的定位信号并测量信号到达的时间,同时将各种数据发送到船基控制中心。船基控制中心接收各个浮标的数据后实时解算水下收发机的位置,同时将结果发送给水下收发机。本文首先对系统的总体构成和各个部分的功能进行了介绍,然后详细推导了系统定位算法,最后结合系统试验情况给出了系统试验精度统计结果。

基于GPRS/GPS的海上溢油远程无线监测系统

为了实时准确地监测溢油位置和漂移轨迹,介绍了一种以通用分组无线业务(General Packet Radio Service,GPRS)为通信方式传输全球定位系统(Global Positioning System,GPS)定位信息的海上溢油远程监测系统。通过实验表明,监测中心通过GPRS可以实时显示GPS浮标的经纬度、速度、方向的定位信息,并由地理信息系统(Geographical Information System,GIS)界面平台实现对溢油位置实时定位追踪显示,供溢油应急指挥决策使用。