基于新一代GNSS-R星座海面测高原理提高水下惯性/重力组合导航精度研究进展

紧跟国际卫星测高反演和水下组合导航的最新热点,以满足中国迫切提出的科学和国防需求为导向,介绍了基于GNSS-R卫星海面测高原理提高水下惯性/重力组合导航精度研究进展。第一,介绍了GNSS-R测高精度研究进展、GNSS-R测高沿轨迹空间分辨率研究进展、GNSS-R反射点轨迹间空间分辨率研究进展、基于卫星测高反演海洋重力场研究进展、水下重力匹配导航研究进展等。第二,在GNSS-R海面测高方面,提出了新型大地水准面静态高程镜面反射点修正定位法、海洋潮汐时变高程镜面反射点修正定位法、法向投影镜面反射点修正定位法、GNSS-R星载下视天线接收信噪比模型构建法、GNSS-R星载下视天线可用镜面反射点筛选算法等,旨在提高卫星测高精度和空间分辨率;在水下重力匹配导航方面,提出了新型主成分加权平均归一化法、测地线周期性航向控制法、分层邻域阈值搜索法、先验递推迭代最小二乘误匹配修正法等,旨在提高水下重力匹配导航精度、匹配效率及可靠性。第三,预期提出新型二阶不动点时延提取法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高精度;预期提出新型反射信号分解法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高沿轨迹空间分辨率;预期提出新型海面粗糙度误差校正法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高轨迹间空间分辨率;预期提出新型正则化稳健算法,旨在提高海洋重力场反演精度和空间分辨率;预期融合星载GNSS-R模拟测高数据、岸/空基GNSS-R验证测高数据等多源信息,联合几何配准收敛速度快和直接概率准则定位精度高的优点,构建新型几何配准-直接概率准则混合法,旨在提高水下惯性/重力组合导航精度和速度。     

小型化量子重力仪高精度重力测量

重力场是地球的一个基本物理场,它携带和反映了地球的诸多信息,对基础研究和实际应用都非常重要.由于地球重力场是随空间、时间变化的,需要可移动的高精度重力仪进行测量.量子重力仪是近年发展起来的一种基于原子干涉的新型高精度重力测量设备.和传统重力仪相比,量子重力仪具有更好的稳定性和准确性,可以精密地勘测地球的重力场分布.本文对量子重力仪的基本原理、实验及其应用进行了综述,主要包括国内外小型化量子重力仪方面的最新研究成果;介绍了小型化量子重力仪的基本原理、小型化量子仪核心单元(真空系统、光路系统、隔振系统和野外测量保障系统)的研制以及在重力比对、地震监测和重力场测绘等领域的应用.最后,本文介绍了量子重力仪的精度限制因素(拉曼相位噪声、振动噪声和探测噪声)以及在其他基础物理研究领域(万有引力常数测量和弱等效原理检验)的应用.量子重力仪作为量子传感器中较为成熟的技术,尤其在动态测量方面表现出明显的优势.未来,随着量子重力仪的不断发展,还可能在地球物理、资源探勘、惯性导航和太空重力观测等领域发挥重要作用.     

月球重力场模型研究进展及展望

第一,整理了自人类开始探月以来所有和月球重力相关的探测卫星,以及自学者开始研究月球重力场以来所有重要的月球重力场模型。第二,根据探月跟踪模式的发展过程,详细介绍了各阶段跟踪模式的原理,并以示意图的形式展现,同时列举了各阶段跟踪模式下的重力场模型。第三,对月球重力场反演方法进行了介绍,主要包括短弧积分法和天体力学法。第四,对各个探月阶段具有代表性的重力场模型进行介绍,主要包括：8×4重力场模型、Lun60D、LP165P、SGM100i和GL0420,并进行了精度对比,发现最新一代模型精度比之前提高了4个数量级。第五,介绍了本团队在月球重力探索方向研究进展。第六,介绍了月球重力场模型在探究月球内部构造和卫星定轨方面的应用,并结合现代技术以及目前重力场反演的不足,提出以后可以改进的方案：应用重力梯度仪和获取月球表面真实重力数据。     

全张量重力梯度仪测量方程及误差分析

为了研究加速度计性能与全张量重力梯度仪测量精度之间的关系,从全张量重力梯度仪的测量原理出发,建立了重力梯度仪的测量方程,并根据坐标变换矩阵得到测量坐标系和惯性平台坐标系下全张量重力梯度仪的输出表达式.根据加速度计的输入输出数学模型,给出了包含加速度计性能参数的输出方程,并分析了加速度计性能对全张量重力梯度仪测量精度的影响.理论分析结果表明,当旋转圆盘中心存在加速度时,加速度计的零位偏置、标度系数的非一致性以及二阶非线性系数均产生重力梯度测量误差.通过采用高精度加速度计、高精度稳定平台及标度系数在线自动补偿技术,可以提高重力梯度仪的测量精度.     

惯性/重力匹配组合导航系统可观测性研究

惯性/重力匹配组合导航系统的导航精度与重力场有很大关系.论文从局部可观测性出发,分析了重力场对该组合导航系统定位精度的影响,认为惯性/重力匹配组合导航系统的位置是局部可观测的,且定位精度受重力场的诸多综合因素的影响.     

基于水下重力差异熵的导航匹配算法仿真研究

介绍了重力辅助导航发展概况, 阐述了采用地球物理特征的重力差异熵方法进行水下重力辅助导航算法设计及仿真实验方法研究。该算法基本思想是在导航匹配算法中, 将信息熵引入 自主水下运动载体( autonomous underwater vehicles ,AUV)重力辅助导航, 在重力数据库研究的基础上, 通过模板重力图与实时重力图的信息量差异以及模板重力梯度图差异, 修正水下惯性导航系统( inertial navigation system,INS)的误差。仿真实验结果表明, 利用重力差异熵辅助INS导航, 能够获得高精度的导航信息。因此, 基于水下重力差异熵的辅助导航, 可实现AUV 长航时隐蔽的高精度导航。     

地球卫星重力场模型及其应用研究进展

本文在简述地球重力场模型发展历程的基础上,对地球卫星重力场模型及其应用的研究进展进行综述。第一,回顾了卫星重力测量技术的发展历程,并对CHAMP、GRACE、GOCE和GRACE-FO任务进行了详细介绍。第二,阐述了目前主要的卫星重力反演方法及其改进现状。第三,介绍了目前国际上主要机构反演的地球卫星重力模型,并分别对CHAMP-Only、GRACE-Only和GOCE-Only的系列模型进行对比分析。第四,综述了地球卫星时变重力场场模型的应用研究进展。第五,对钱学森空间技术实验室天空海一体化导航与探测团队在地球卫星重力场模型及其应用的研究进展进行了概述。最后,对未来地球卫星重力场模型研究进行了展望,提出了研究建议。     

重力梯度仪仿真系统设计

为了研究旋转加速度计重力梯度仪信号产生和处理方法,设计了重力梯度仪半实物仿真系统。首先依据 重力梯度仪的测量原理计算出由地下某异常体引起的重力梯度异常值,利用加速度计的输出公式,通过 LabVIEW对全张量重力梯度仪的12 个加速度计输出信号进行仿真,并对仿真信号进行解调,得到全张量重力 梯度值。以单圆盘为例进行半实物仿真,由计算机A 产生加速度信号经过硬件电路后,通过计算机B 对调理 过的加速度计信号进行中值滤波和解调,从而获得重力梯度异常值,精度为100 E。这种仿真系统的设计可以 对全张量的重力梯度进行解调,突破了解调单圆盘信号的局限性,引入的半实物仿真增加算法的可靠性和仿真 的可信度,对重力梯度仪的参数设计和实物制造有参考意义。     

旋转加速度计重力梯度仪数据处理方法

为了有效去除旋转加速度计重力梯度仪输出信号中的各种干扰噪声,提出了一种提取重力梯度信号的有效方法.首先对重力梯度仪输出信号进行故障诊断,然后采用基于Chebyshev最佳一致逼近法设计的带通滤波器对故障诊断后的信号进行滤波,并对滤波后的重力梯度信号进行梯度解调,最后采用dmey小波基函数强制阈值方法对解调后的重力梯度信息做进一步去噪处理.在重力梯度半物理仿真平台上进行了仿真试验测试,结果表明,所提方法可以有效降低有用信号均方差,不会造成数据丢失和信号偏移,提高了重力梯度测量精度.     

一种结合匹配区选择和障碍物探测的水下路径规划方法

水下动态航路规划不仅需要考虑适配区的选择,还需要进行实时目标探测和有效避障,这样才能保证潜器的导航安全。文中提出一种同时考虑适配区选择和目标探测的水下航路规划方法,在重力梯度特征空间中基于支持向量机进行适配区的选择,利用重力梯度反演进行目标探测。该方法使潜器既能在适配区航行时进行有效定位,又能避免触碰暗礁和运动潜器等障碍物。仿真分析证明此方法有效。     

2020年深海潜水器热点回眸

 2020年,国内外在深海装备研发领域取得显著的进展。围绕载人/无人潜水器的研发,重点介绍了2020年国际和国内的研究热点和亮点工作,分析了中国海洋技术所处的国际地位,并对中国深海潜水器领域未来的发展方向提出了建议。     

基于CIDR的网络IP地址规划及应用

随着计算机网络特别是Internet的飞速发展,有成百上千、规模各异的网络存在其中。在如此繁杂的网络环境中,应用CIDR技术可以提高IP地址的利用率,在简化路由表的长度以及改善网络性能等方面有着积极的作用。在IPv4向IPv6过渡的一个相当长的时期内,CIDR仍将发挥重要作用。     

物理疗法干预睡眠障碍研究进展

物理疗法是干预睡眠、提高人群睡眠质量的重要手段。对物理因子中光、声、温度、振动、电磁场、压力刺激手段来改善睡眠的办法进行了综述：总结了各物理因子手段改善睡眠的效应和机制,介绍了基于物理因子治疗睡眠疾病的国内外研究进展和相关物理治疗仪器、设备。为制定科学合理的睡眠障碍物理疗治方案提供理论依据。     

Using local geopotential model to implement underwater passive navigation

A main aspect of underwater passive navigation is how to identify the vehicle location on an existing gravity map, and several matching algorithms as ICCP and SITAN are the most prevalent methods that many scholars are using. In this paper, a novel algorithm that is different from matching algorithms for passive navigation is developed. The algorithm implements underwater passive navigation by directly estimating the inertial errors through Kalman filter algorithm, and the key part of this implementation is a Fourier series based local geopotential model. Firstly, the principle of local geopotential model based on Fourier series is introduced in this paper, thus the discrete gravity anomalies data can be expressed analytically with respect to geographic coordinates to establish the observation equation required in the application of Kalman filter. Whereafter, the indicated gravity anomalies can be gotten by substituting the inertial positions to existing gravity anomalies map. Finally, the classical extended Kalman filter is introduced with the differences between measured gravity and indicated gravity used as observations to optimally estimate the errors of Inertial Navigation System (INS). This navigation algorithm is tested on simulated data with encouraging results. Although this algorithm is developed for underwater navigation using gravity data, it is equally applicable to other domains, for example vehicle navigation on magnetic or terrain data.     

A local geopotential model for implementation of underwater passive navigation

A main aspect of underwater passive navigation is how to identify the vehicle location on an existing gravity map, and several matching algorithms as ICCP and SITAN are the most prevalent methods that many scholars are using. In this paper, a novel algorithm that is different from matching algorithms for passive navigation is developed. The algorithm implements underwater passive navigation by directly estimating the inertial errors through Kalman filter algorithm, and the key part of this implementation is a Fourier series-based local geopotential model. Firstly, the principle of local geopotential model based on Fourier series is introduced in this paper, thus the discrete gravity anomalies data can be expressed analytically with respect to geographic coordinates to establish the observation equation required in the application of Kalman filter. Whereafter, the indicated gravity anomalies can be gotten by substituting the inertial positions to existing gravity anomalies map. Finally, the classical extended Kalman filter is introduced with the differences between measured gravity and indicated gravity used as observations to optimally estimate the errors of the inertial navigation system （INS）. This navigation algorithm is tested on simulated data with encouraging results. Although this algorithm is developed for underwater navigation using gravity data, it is equally applicable to other domains, for example vehicle navigation on magnetic or terrain data.     

六角多铁HoMnO3的磁电性质及其研究进展

六角HoMnO3材料是近年来多铁性磁电材料研究中一个极其重要且具有代表性的材料.文章全面概述了多铁材料HoMnO3的磁电性质以及近年来国内外的相关研究进展,包括HoMnO3的低温自旋交换作用、磁性相变、外加电场诱导的磁化改变、铁电极化机理以及由于磁弹、自旋晶格耦合、自旋声子耦合作用导致的巨磁电效应等.重点评述了HoMn...     

Test of the uplift of Tibetan Plateau by FG5 absolute gravimeter at Lhasa station

The uplift of the Tibetan Plateau has been monitored by the FG5 absolute gravimeter, whose observing accuracy is as high as 2×10^-8 m/s². The analysis of the gravity observation results at the Lhasa station in 1999 and 1993 shows that the gravity value has decreased by 12×10^-8 m/s², and it is confirmed that the Lhasa region is uplifting at a rate of 10 mm/a.