基于水下滑翔机的海洋声学背景场观测技术 被引量：7

1

作者 尹云龙 杨明 +2 位作者 杨绍琼 刘玉红 牛文栋 《水下无人系统学报》 北大核心 2019年第5期555-561,共7页

水下滑翔机作为新型水下无人平台,具有对海洋环境噪声进行长时序,大范围稳定观测能力。文中通过开展水听器与水下滑翔机集成应用研究,设计完成了具备海洋环境噪声测量能力的声学观测型水下滑翔机。基于水听器工作原理与水下滑翔机运动约... 水下滑翔机作为新型水下无人平台,具有对海洋环境噪声进行长时序,大范围稳定观测能力。文中通过开展水听器与水下滑翔机集成应用研究,设计完成了具备海洋环境噪声测量能力的声学观测型水下滑翔机。基于水听器工作原理与水下滑翔机运动约束,并根据商用计算流体力学软件对流体水动力参数的计算结果,优化了水听器在水下滑翔机本体的安装位置。通过建立声学观测型水下滑翔机动力学模型,进行了运动仿真并确定最优运动参数,并于2019年5月在我国南海某海域进行了海上试验应用,获取了大量的水下滑翔机自噪声与海洋环境噪声数据。海上试验数据分析结果验证了声学观测型水下滑翔机的运动稳定性及其海洋声学背景场的观测能力。 展开更多

关键词 水下滑翔机 声学观测 海洋环境噪声 自噪声 动力学模型

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光学被动成像干涉技术探测深海热液CH_4 被引量：2

2

作者 刘青松 胡炳樑 +5 位作者 唐远河 于涛 王雪霁 刘永征 杨鹏 王浩轩 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第9期40-45,共6页

为了实现对热液甲烷浓度、温度和压强信息的实时、长期探测,提出一种新颖的光学被动成像干涉系统(Optical Passive Imaging Interference System,OPIIS),并建立了该系统的正演模型和反演模型。首先利用IDL语言建立了包括深海气体辐射模... 为了实现对热液甲烷浓度、温度和压强信息的实时、长期探测,提出一种新颖的光学被动成像干涉系统(Optical Passive Imaging Interference System,OPIIS),并建立了该系统的正演模型和反演模型。首先利用IDL语言建立了包括深海气体辐射模型、海水传输模型和仪器响应模型的OPIIS正演模型,并模拟其正演干涉图。正演干涉图信噪比总体处于50~70,浓度探测灵敏度为0.1 mmol/L,温度灵敏度为2 K,压强灵敏度为0.1 MPa。其次采用成像干涉技术结合偏最小二乘法的方法进行OPIIS数据的精确、快速反演。利用25个建模样本建立了甲烷多因变量PLS回归模型,并利用25个预测样本对回归模型进行交叉检验。该最优回归模型的浓度预测最大误差为1.9%,温度预测最大误差为0.38%,压强预测最大误差为1.0%。 展开更多

关键词 甲烷 热液 正演 反演

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基于纠删码的海洋无线传感器网络丢包恢复方法 被引量：2

3

作者 程群 陈为刚 +1 位作者 巩峰 王伟 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2020年第11期84-92,共9页

针对无线传感器网络在恶劣海洋环境下存在的严重丢包问题,设计并实现了一种低复杂度的基于里德-所罗门(RS)码的丢包恢复方法。具体而言,发送节点对信息数据包进行分析,进一步利用RS码编码生成并插入少量的冗余数据包,可以保证数据包的... 针对无线传感器网络在恶劣海洋环境下存在的严重丢包问题,设计并实现了一种低复杂度的基于里德-所罗门(RS)码的丢包恢复方法。具体而言,发送节点对信息数据包进行分析,进一步利用RS码编码生成并插入少量的冗余数据包,可以保证数据包的顺序发送,同时利用较少的资源编码生成了冗余校验数据包。接收节点基于接收的信息数据包与校验数据包,通过RS码对丢失的数据包进行纠删恢复。在陆地和海洋两种复杂信道中测试提出的方法,以丢包率(packet loss rate,PLR)作为RS码丢包恢复方法性能的度量指标。测试结果表明,采用低复杂度的RS码丢包恢复方法能降低信道衰落影响的丢包率,保证了数据在严重丢包情况下的完整性,提高系统的可靠性。 展开更多

关键词 无线传感器网络 丢包率 RS码

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不同通信概率下海洋滑翔机异构编队稳定性分析 被引量：3

4

作者 李学成 张润锋 +1 位作者 杨绍琼 苗展展 《无人系统技术》 2021年第4期59-66,共8页

海洋观探测任务的同步性与广域性需求促使海洋滑翔机产生了更灵活的运作模式。针对当前水下通信距离约束和复杂洋流干扰导致的机间通信链路难以保持稳定问题,对波浪滑翔机与水下滑翔机在不同通信概率下编队构型的稳定性进行分析。首先,... 海洋观探测任务的同步性与广域性需求促使海洋滑翔机产生了更灵活的运作模式。针对当前水下通信距离约束和复杂洋流干扰导致的机间通信链路难以保持稳定问题,对波浪滑翔机与水下滑翔机在不同通信概率下编队构型的稳定性进行分析。首先,对国内外海洋滑翔机编队发展现状进行概述。其次,根据领导者与跟随者策略建立了海洋滑翔机编队构型,并基于复杂网络理论,提出了一种适用于异构编队系统的稳定性评估方法。最后,通过31台海洋滑翔机进行案例分析,对通信概率分别为0.2、0.4和0.6下编队构型的稳定性及受干扰后考虑动态配置的稳定性进行仿真实验,得到通信概率为0.6时,其稳定性综合评价指标R分别为0.822和0.968,具有较好的稳定性。研究可进一步为海洋滑翔机编队构型设计和实际海上试验任务规划提供技术指导。 展开更多

关键词 海洋滑翔机 异构组网 通信概率 稳定性分析 复杂网络

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水下滑翔机技术发展现状与展望 被引量：88

5

作者 沈新蕊 王延辉 +2 位作者 杨绍琼 梁岩 李昊璋 《水下无人系统学报》 北大核心 2018年第2期89-106,共18页

水下滑翔机依靠调节浮力实现升沉,借助水动力实现水中滑翔,是一种特殊的无人水下航行器,可对复杂海洋环境进行长时续、大范围的观测与探测,在全球海洋观测与探测系统中发挥着重要作用。文中综述了国内外水下滑翔机技术的发展现状,重点... 水下滑翔机依靠调节浮力实现升沉,借助水动力实现水中滑翔,是一种特殊的无人水下航行器,可对复杂海洋环境进行长时续、大范围的观测与探测,在全球海洋观测与探测系统中发挥着重要作用。文中综述了国内外水下滑翔机技术的发展现状,重点介绍了水下滑翔机单机平台及其核心技术的研究进展,并对支撑水下滑翔机动力学与控制领域的研究进行了归纳。此外,依据国内外具有代表性的成果,对水下滑翔机协作组网观测技术进行了概述,并详细介绍了水下滑翔机小型低耗传感器设计与集成技术的发展应用,阐述了水下滑翔机数据格式与协议领域的发展现状。最后,从水下滑翔机功耗优化,通信及智能化水平的提升等领域,对水下滑翔机技术未来的发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 水下滑翔机 组网观测技术 传感器设计 数据格式与协议 智能感知

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水下滑翔机导航技术发展现状与展望 被引量：14

6

作者 吴尚尚 李阁阁 +2 位作者 兰世泉 杨绍琼 张连洪 《水下无人系统学报》 北大核心 2019年第5期529-540,共12页

水下滑翔机水下导航定位精度的提高对于滑翔机完成海洋环境观测、资源探测、海洋目标识别与定位等任务至关重要。现有的水下滑翔机导航技术以航位推算搭配全球定位系统(GPS)为主。随着导航技术的进步,惯性导航、声学导航、海洋地球物理... 水下滑翔机水下导航定位精度的提高对于滑翔机完成海洋环境观测、资源探测、海洋目标识别与定位等任务至关重要。现有的水下滑翔机导航技术以航位推算搭配全球定位系统(GPS)为主。随着导航技术的进步,惯性导航、声学导航、海洋地球物理导航和组合导航等技术将更多地应用于水下滑翔机。基于此,文中简要介绍了水下导航技术原理、分类以及常用算法,综述了水下滑翔机导航相关技术研究与应用的国内外现状,探讨了水下滑翔机冰下导航的技术难点和发展趋势。文中的工作可为水下滑翔机导航技术的深入研究与试验应用提供依据。 展开更多

关键词 水下滑翔机 导航技术 冰下导航

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典型分裂波束声学探测系统及其应用 被引量：6

7

作者 张同伟 秦升杰 +1 位作者 唐嘉陵 王向鑫 《舰船科学技术》 北大核心 2019年第3期131-134,共4页

分裂波束声学探测系统是海洋生物研究的不可或缺的仪器设备,也是现代大型综合科考船的必备装备。首先介绍了分裂波束声学探测的基本原理和系统组成,然后系统介绍了Simrad和BioSoncis的2款典型分裂波束声学探测系统,并分析了其在渔业资... 分裂波束声学探测系统是海洋生物研究的不可或缺的仪器设备,也是现代大型综合科考船的必备装备。首先介绍了分裂波束声学探测的基本原理和系统组成,然后系统介绍了Simrad和BioSoncis的2款典型分裂波束声学探测系统,并分析了其在渔业资源调查、羽状流探测等方面的应用。 展开更多

关键词 分裂波束 渔业 羽状流 EK 60 TD-X

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深海浅地层剖面探测系统现状及展望 被引量：8

8

作者 张同伟 秦升杰 +1 位作者 王向鑫 唐嘉陵 《工程地球物理学报》 2018年第5期547-554,共8页

深海浅地层剖面探测系统可以对深海海底地质剖面结构进行全海深、高效率、高穿透力的走航式观测,为海底科学探索、海洋工程、航道测量提供最基本的数据资料。首先介绍了浅地层剖面探测的基本原理和系统组成,然后系统介绍了EdgeTech、Tel... 深海浅地层剖面探测系统可以对深海海底地质剖面结构进行全海深、高效率、高穿透力的走航式观测,为海底科学探索、海洋工程、航道测量提供最基本的数据资料。首先介绍了浅地层剖面探测的基本原理和系统组成,然后系统介绍了EdgeTech、Teledyne(原ATLAS)、SyQwest、Kongsberg和Innomar等公司的6款典型商业化深海浅地层剖面探测系统,对声源频率、安装方式、波束宽度、工作水深、探测精度、穿透性、声源级等主要技术指标进行了对比和分析,并简要分析了国内发展情况。最后,结合深海调查的实际需求,展望了深海浅地层剖面探测系统的发展趋势是高效的参量阵声源、全海深探测、近海底探测和智能底质分类。 展开更多

关键词 浅地层剖面 深海 3300 HM ParaSound P35/P70 Bathy2010 SBP120 TOPAS PS18

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基于水下滑翔机观测数据的白令海海盆区域温度及溶解氧特征分析 被引量：2

9

作者 杨绍琼 李逸铭 +4 位作者 陈红霞 牛文栋 马伟 何琰 兰世泉 《海洋科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期355-363,共9页

基于2019年夏季中国第十次北极科学考察(“十北”科考)中“海燕”水下滑翔机观测的温度和溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)数据,对白令海海盆区水团分类,及其温度和溶解氧分布特征进行了分析研究。结果表明:北极白令海海盆区水体一般由温度... 基于2019年夏季中国第十次北极科学考察(“十北”科考)中“海燕”水下滑翔机观测的温度和溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)数据,对白令海海盆区水团分类,及其温度和溶解氧分布特征进行了分析研究。结果表明:北极白令海海盆区水体一般由温度差异较为明显的上层水,中层水和深层水组成,其温度水平分布具有东高西低的特点,且随着深度的增加,水平温差逐渐减小。白令海上层水位于50 m以浅的位置,在约30~50 m深度处存在强温跃层,温跃层自西向东深度略有增加,且厚度不均匀,跃层强度约为0.31℃/m;白令海中层水位于50~250 m深度处,主要为冬季残留水,中层冬季残留水分布具有一定地区性差异,在此位置存在温度最小值,约为2.7℃;白令海深层水水体较稳定,温度随深度缓慢降低。对比垂直断面温度特征和溶解氧特征可知,白令海中层冬季残留水溶解氧含量较高,高于上层水团;在中层水与深层水之间存在氧跃层,氧含量从250μmol/L快速下降至50μmol/L,并随着深度的增加,在1000 m深处降至20μmol/L。 展开更多

关键词 中国第十次北极科学考察 白令海 水下滑翔机 温度 溶解氧(DO)

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典型ROV/AUV在深海科学考察中的丢失过程及原因 被引量：1

10

作者 张同伟 秦升杰 +1 位作者 唐嘉陵 王向鑫 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2018年第6期89-94,共6页

随着科学和工程技术的不断发展,各类ROV/AUV的作业深度在不断增大,作业时间也在不断延长。然而,由于水面和水下环境异常复杂,ROV/AUV将不可避免地发生各种各样的故障,甚至导致其丢失在深海大洋中。以日本"海沟"号ROV、美国&qu... 随着科学和工程技术的不断发展,各类ROV/AUV的作业深度在不断增大,作业时间也在不断延长。然而,由于水面和水下环境异常复杂,ROV/AUV将不可避免地发生各种各样的故障,甚至导致其丢失在深海大洋中。以日本"海沟"号ROV、美国"Nereus"号HROV、美国"ABE"号AUV和英国"Autosub-2"号AUV 4台潜水器为例,分析其在深海/冰下作业时的丢失过程和原因。 展开更多

关键词 ROV AUV 丢失 “海沟”号 “Nereus”号 “ABE”号 “Autosub-2”号

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一种深海探测装备耐压结构设计方法和承压性分析

11

作者 赵龙 吴国俊 吕沛 《机械研究与应用》 2018年第1期47-50,共4页

通过设计深海探测装备耐压壳体,以求从经济、制造和技术优化等多方面指标综合分析耐压壳体的最优结构形式,并详细阐述了双圆柱舱体一体化结构形式的设计原因,材质的对比分析和选择,铝合金的防腐处理方式等。最后结合所设计的壳体结构,... 通过设计深海探测装备耐压壳体,以求从经济、制造和技术优化等多方面指标综合分析耐压壳体的最优结构形式,并详细阐述了双圆柱舱体一体化结构形式的设计原因,材质的对比分析和选择,铝合金的防腐处理方式等。最后结合所设计的壳体结构,从理论上对曲面薄壳结构的强度和刚度进行了分析,并利用有限元分析软件对曲面和实体的组合单元模型进行了非线性的和线性的混合仿真分析,从而在理论上验证了设计的最终结果在强度和结构稳定性上是符合要求的。 展开更多

关键词 耐压壳体 金属材料 防腐 有限元分析

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基于水下滑翔机平台的湍流观测方法研究

12

作者 谷有铭 《海岸工程》 2019年第4期261-271,共11页

海洋微结构湍流作为常见的海洋运动,对海洋中溶解质扩散、能量转移有显著作用,对海水运动及其温盐特性等有重要影响。作为低能耗、无动力的海洋观测平台,水下滑翔机具有噪声低、航时长,易回收等优点,使得长期不间断低成本观测湍流成为... 海洋微结构湍流作为常见的海洋运动,对海洋中溶解质扩散、能量转移有显著作用,对海水运动及其温盐特性等有重要影响。作为低能耗、无动力的海洋观测平台,水下滑翔机具有噪声低、航时长,易回收等优点,使得长期不间断低成本观测湍流成为了可能。在本文中,从湍流观测原理的维度出发,研究分析滑翔机运动特性对湍流数据的影响;通过解析滑翔机在垂直面内运动方程,获得适合湍流观测的滑翔机运动参数;利用傅里叶变换从时域与频域分析了滑翔机的振动特性;最后通过海试,验证了基于水下滑翔机的湍流观测平台长时间不间断观测海洋湍流的能力。 展开更多

关键词 水下滑翔机 海洋微结构湍流 振动特性 信号处理 海试

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一种基于低速、小振幅周期运动CFD数值模拟的水下滑翔机附加质量求解方法 被引量：2

13

作者 张连洪 张宇航 +3 位作者 杨绍琼 马伟 牛文栋 侯鹏荣 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期239-246,共8页

水下滑翔机在流体中变速运动会带动周围流体一起做变速运动,这一部分流体的质量称为水下滑翔机的附加质量.附加质量对水下滑翔机的动力学行为具有重要影响.本文提出了一种水下滑翔机附加质量求解方法,即利用计算流体动力学(computationa... 水下滑翔机在流体中变速运动会带动周围流体一起做变速运动,这一部分流体的质量称为水下滑翔机的附加质量.附加质量对水下滑翔机的动力学行为具有重要影响.本文提出了一种水下滑翔机附加质量求解方法,即利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对水下滑翔机在静止的无黏流体中低速、小振幅周期运动进行数值模拟,进而求得附加质量.使用商用CFD软件STAR-CCM+计算了海燕-L水下滑翔机的附加质量,与基于势流理论的H-S面元法计算结果相差5%以内;与水下滑翔机模型水池试验结果相比,除垂直于水下滑翔机机翼方向的附加质量λ_(22)以外,其他附加质量的相对误差在6%以内,优于常规的平面运动机构试验的CFD数值模拟等其他求解方法.该方法只需要建模一次,在同一个流体域中模拟水下滑翔机的4种运动方式,监控其所受水动力和力矩,即可得到水下滑翔机的附加质量,极大提高了附加质量求解效率.同时,该方法能适用于任意尺寸、形状的水下滑翔机,对不同型号水下滑翔机水动力外形设计、动力学建模都具有较大的参考价值. 展开更多

关键词 附加质量 水下滑翔机 计算流体动力学 水池试验

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基于数据驱动的水下滑翔机生物污损监测方法 被引量：1

14

作者 王延辉 张新海 +2 位作者 杨明 闫彩清 杨绍琼 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期93-102,共10页

以我国自主研发的“海燕-L”水下滑翔机为研究对象,针对其长时间运行过程中出现的生物污损问题,提出了一种基于数据驱动的水下滑翔机生物污损监测方法,以指导试验过程中控制参数制定与任务规划.首先,通过动力学模型仿真分析,研究了生物... 以我国自主研发的“海燕-L”水下滑翔机为研究对象,针对其长时间运行过程中出现的生物污损问题,提出了一种基于数据驱动的水下滑翔机生物污损监测方法,以指导试验过程中控制参数制定与任务规划.首先,通过动力学模型仿真分析,研究了生物污损对水下滑翔机单剖面运行时间的影响.然后,根据动力学分析结果,结合岸基操控条件以及水下滑翔机的通信方式,提出了一种生物污损监测方法:基于机器学习方法,利用水下滑翔机未发生生物污损时的关键数据,建立单剖面运行时间预测模型;对试验过程中水下滑翔机的单剖面运行时间进行预测,并监测其预测偏差;利用所建立的阻力系数与预测偏差的关系式,预测生物污损引起的阻力变化.最后,通过海上试验验证了所提出方法的正确性与有效性.试验结果显示,单剖面运行时间预测偏差与阻力系数均可以反映水下滑翔机的生物污损程度.当水下滑翔机正常运行时,所提出的方法对其阻力系数的最大预测误差仅为2%,可以实现对生物污损程度的准确监测.该方法只需要使用水下滑翔机运行过程中的部分关键数据,即可快速获取其性能变化,极大提高了监测效率,可以为“海燕-L”的实际海上应用提供支持.同时,该方法也可以为其他类型水下滑翔机的性能监测提供参考. 展开更多

关键词 水下滑翔机 生物污损 状态监测 数据驱动方法

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水下滑翔机纵垂面变浮力过程建模与控制优化 被引量：11

15

作者 严升 张润锋 +3 位作者 杨绍琼 牛文栋 张宇航 李保玉 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期109-117,共9页

基于国产水下滑翔机“海燕-Ⅱ”的结构特点和控制特征,考虑不同深度下的海水密度和压强对水下滑翔机运动的影响,建立了一种精确的水下滑翔机动力学模型。该模型将水下滑翔机的前后导流罩和其他可浸水部分的海水质量作为水下滑翔机本身... 基于国产水下滑翔机“海燕-Ⅱ”的结构特点和控制特征,考虑不同深度下的海水密度和压强对水下滑翔机运动的影响,建立了一种精确的水下滑翔机动力学模型。该模型将水下滑翔机的前后导流罩和其他可浸水部分的海水质量作为水下滑翔机本身质量的一部分,并将水下滑翔机的回排油过程作为变质量过程,将海水的深度变化对其浮力的影响过程作为变浮力过程。此外,将电池包的前后移动量作为控制输入量、俯仰角作为控制输出量对该模型进行数值仿真,并结合南海海试数据与仿真结果进行对比,结果验证了该模型的有效性。最后,基于该模型以滑翔角作为控制变量,采用PID控制器进行数值仿真,结果表明通过该优化控制策略能显著提升水下滑翔机的运动性能。 展开更多

关键词 水下滑翔机 变浮力过程 动力学模型 控制优化

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嵌入式数据采集压缩系统的设计 被引量：7

16

作者 魏鹏 李醒飞 +1 位作者 杨少波 李洪宇 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2020年第7期122-126,共5页

针对剖面浮标嵌入式系统采集的数据量大、占用存储空间多、卫星通信费用高的问题,设计了一种数据采集压缩系统。系统由数据采集模块、主控制器模块、存储模块、数据发送模块和电源模块组成。通过STM32控制器将CTD(温盐深仪)采集的数据... 针对剖面浮标嵌入式系统采集的数据量大、占用存储空间多、卫星通信费用高的问题,设计了一种数据采集压缩系统。系统由数据采集模块、主控制器模块、存储模块、数据发送模块和电源模块组成。通过STM32控制器将CTD(温盐深仪)采集的数据进行解析并选取Huffman算法和miniLZO算法对数据进行压缩比较,压缩后的数据存储到TF卡中并通过铱星模块发送到岸站接收端。实验结果表明,系统能够有效地对采集数据进行压缩,减少了数据存储空间,提高了通信效率,降低了通信费用。 展开更多

关键词 嵌入式系统 数据采集 数据压缩 HUFFMAN算法 miniLZO算法 压缩比

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基于高光谱影像多维特征的植被精细分类 被引量：11

17

作者 苗宇宏 杨敏 吴国俊 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2020年第2期117-124,共8页

目前,高光谱植被精细分类存在三个问题:单纯利用光谱信息得到的分类精度较低;光谱数据存在噪声影响了最终的分类结果;缺少针对具体应用场景而设计的分类方法。为此,提出了一种基于高光谱影像多维特征的植被精细分类方法,通过光谱数据降... 目前,高光谱植被精细分类存在三个问题:单纯利用光谱信息得到的分类精度较低;光谱数据存在噪声影响了最终的分类结果;缺少针对具体应用场景而设计的分类方法。为此,提出了一种基于高光谱影像多维特征的植被精细分类方法,通过光谱数据降维、纹理特征提取以及植被指数选择三个方面对高光谱影像数据进行分析与利用,依靠前期现场调查得到的地面植被分布情况,选择训练样本并进行支持向量机(Support vector machine,SVM)监督分类,完成地面植被的精细分类,对分类结果进行验证,总体精度可达99.6%。结果表明,基于高光谱影像多维特征的植被分类方法能够有效地减小数据噪声、提高信息利用率,为植被生态监测提供更为准确的数据支撑。 展开更多

关键词 高光谱 光谱降维 纹理特征 植被指数 支持向量机

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干涉光谱结合偏最小二乘法反演热液CH4的研究 被引量：1

18

作者 刘青松 胡炳樑 +5 位作者 唐远河 于涛 王雪霁 刘永征 杨鹏 王浩轩 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2415-2420,共6页

热液释放的高温甲烷气体经扩散作用先后进入海洋和大气,并对地球物理、化学和生物方面产生深刻影响。由于海洋溶解甲烷数据的缺乏,导致人们对深海热液释放甲烷的活动机制和环境效应还缺乏足够的认识。我们前期提出一种光学被动成像干涉... 热液释放的高温甲烷气体经扩散作用先后进入海洋和大气,并对地球物理、化学和生物方面产生深刻影响。由于海洋溶解甲烷数据的缺乏,导致人们对深海热液释放甲烷的活动机制和环境效应还缺乏足够的认识。我们前期提出一种光学被动成像干涉系统OPIIS用于热液甲烷浓度、温度和压强的实时探测和长期观测。为了从OPIIS的干涉光谱中精确、稳定、快速的获取热液甲烷信息,采用将干涉光谱与偏最小二乘法相结合的方法处理OPIIS数据。首先分别建立三个甲烷浓度、温度和压强的单因变量预测模型,再利用干涉条纹与辐射光谱的关系,间接建立干涉光谱与甲烷浓度、温度和压强的PLS预测模型,提高了预测模型在实际应用中的抗干扰能力和稳定性。基于洛仑兹线型建立了不同于大气环境的深海气体辐射模型,并利用HITRAN2016分子光谱数据库的光谱参数,建立了深海甲烷在任意浓度、任意温度和任意压强下的辐射光谱数据库。挑选热液其他气体对甲烷探测干扰较小的甲烷泛频带1.64~1.66 μm内的六条谱线建立甲烷辐射光谱与浓度、温度和压强的偏最小二乘回归模型。另外,分析了训练集取样个数、取样间隔和主成分个数对提高预测模型综合性能的作用。利用不同训练集样本数,不同训练集取样间隔和不同的主成分数,分别建立96个浓度、温度和压强预测模型,并分别利用25组预测集样本对预测模型进行交叉验证。不同模型预测均方根误差和决定系数的对比表明,训练集取样个数、取样间隔和主成分个数等单一因素的改变并不能同时提高预测模型的预测精度、稳定性、适用范围和运算量等综合性能。经过平衡选取各项指标确定的最优回归模型的参数为:浓度、温度和压强的适用范围分别为5~375 mmol·L^-1 , 580~678 K, 10~34.5 MPa,浓度、温度和压强的训练集取样个数分别为50组, 25组, 25组,采样间隔分别为5 mmol·L^-1 , 2 K, 0.5 MPa,浓度、温度和压强预测模型的主成分数分别为2, 2, 5。浓度、温度和压强预测模型的预测均方根误差分别为3.082×10^-6 , 0.977 0, 5.052×10^-3 ,决定系数分别为0.999 9, 0.998 9, 0.999 9。浓度、温度和压强的预测误差分别为±1.21×10^-7 ,±3.63×10^-3 ,±9.49×10^-4 ,对应的预测精度分别为±45.4 nmol·L^-1 ,±2.5 K,±3.3×10^-2 MPa。结果表明,干涉光谱结合偏最小二乘法的反演算法可以精确、稳定、快速的获取热液甲烷气体的浓度、温度和压强信息。 展开更多

关键词 热液甲烷 偏最小二乘法 成像干涉 反演

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基于HITRAN数据库的深海甲烷辐射光谱仿真研究 被引量：1

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作者 刘青松 但有全 +3 位作者 杨鹏 许罗鹏 羊富彬 邓楠 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2714-2719,共6页

研发能够精确、实时、原位获取热液甲烷数据的深海甲烷传感器对深海研究具有非常重要的意义。前期研制的两款深海甲烷光学成像干涉系统,均利用甲烷辐射光谱开展甲烷状态参数探测和反演。首先,以分子光谱辐射理论为基础,建立了分子辐射... 研发能够精确、实时、原位获取热液甲烷数据的深海甲烷传感器对深海研究具有非常重要的意义。前期研制的两款深海甲烷光学成像干涉系统,均利用甲烷辐射光谱开展甲烷状态参数探测和反演。首先,以分子光谱辐射理论为基础,建立了分子辐射光谱与浓度、温度、压强的理论关系式,结合深海高压环境特点,建立了基于Lorentz线型的深海分子辐射模型,该模型为利用光谱法定量反演分子浓度、温度、压强等状态参数提供理论依据,同时为深海分子光谱仿真提供有力工具。接着,借助HITRAN分子光谱数据库提供的分子基本谱线参数,挑选出甲烷成像干涉系统的光源谱线。对比CH_(4)分子与CO_(2),H_(2)S,H_(2)O等分子的特征吸收谱线,在5990~6150 cm^(-1)波段范围内,CH_(4)谱线强度比CO_(2),H_(2)S,H_(2)O等三种干扰分子的谱线强度约高2~3个数量级,且此波段内甲烷六条有效谱线分布均匀,谱线间距皆约为2~3 nm,非常适合采用光谱法进行分子状态参数探测,因此选择谱线干扰较弱、谱线分布均匀、谱线间距适中的甲烷六条谱线(1640.37,1642.91,1645.56,1648.23,1650.96和1653.72 nm)作为甲烷成像干涉探测系统的目标光源谱线。最后,基于深海分子辐射模型和HITRAN数据库的甲烷分子基本谱线参数,人工合成了甲烷任意浓度,任意温度和任意压强的辐射光谱数据,并分析了甲烷辐射光谱随浓度、温度和压强的变化特征。对于单一中心谱线,甲烷分子辐亮度随着浓度的升高而线性增大,随着温度的升高而非线性增大,随着压强的升高而非线性减小。对于全波段谱线,甲烷辐射光谱的全线宽随着浓度、温度的升高而变宽,随着压强的升高而变窄。建立的深海甲烷辐射光谱理论和仿真分析结果,可以为基于光谱法的海洋原位甲烷传感器的研制和数据反演提供数据支撑和理论依据。 展开更多

关键词 热液甲烷 辐射光谱 HITRAN分子光谱数据库 成像干涉

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深海长基线定位系统现状及展望 被引量：11

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作者 张同伟 秦升杰 +1 位作者 唐嘉陵 王向鑫 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2018年第10期75-78,106,共5页

作为水声定位技术中精度最高的长基线定位系统能够为各类深海探测装备直接提供绝对位置信息,被广泛应用于深海探测的导航定位中。本文首先介绍了长基线定位的基本原理、系统组成和布阵原则,然后系统介绍了法国i Xblue、挪威Kongsberg和... 作为水声定位技术中精度最高的长基线定位系统能够为各类深海探测装备直接提供绝对位置信息,被广泛应用于深海探测的导航定位中。本文首先介绍了长基线定位的基本原理、系统组成和布阵原则,然后系统介绍了法国i Xblue、挪威Kongsberg和英国Sonardyne等公司的深海长基线定位系统,并分析了国内发展情况,最后展望了深海长基线定位系统的发展趋势是阵型快速标定、长基线与超短基线相结合、长基线与高速数字水声通信相结合、多AUV移动长基线和单信标辅助导航。 展开更多

关键词 长基线 深海 RAMSES CPAP ROVNav

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