摘要：针对水体小角度范围内后向散射强度测量难的问题,基于沙氏成像原理设计了水体沙氏激光雷达系统。介绍了水体沙氏激光雷达系统的设计、模拟及搭建,并对去离子水、自来水及河水三种水体进行水槽实验。详细介绍了多测量介质条件下的距离校正方法。将后向散射的光束宽度和强度变化情况与分光光度计测量数据进行比较,发现激光光束的宽度及强度变化表征光束衰减情况,同时可表征不同水体的后向散射强弱规律。分光光度计数据与水体沙氏激光雷达数据结果具有较好的一致性。

摘要：为了提高水下滑翔机在洋流冲击下的横向静稳定性,以一定经济性为前提,借助数值模拟方法分析下潜及上浮2个状态下水翼后掠角及垂尾展弦比对横向静态航行性能的影响,从而优化水动力参数。结果表明,一定范围内增加水翼后掠角对水下滑翔机不同滑翔状态下的横向静稳定性均产生了积极作用,而增加垂尾展弦比对不同滑翔状态下的横向静稳定性影响具有双重性。该研究方法的提出为水下滑翔机在不同工况下航行的水动力参数设计提供了理论依据。

摘要：为获取海洋亚中尺度过程在水平固定位置垂直剖面的连续时间序列数据,本文采用分段模型预测控制的方法,对亚中尺度观测器的垂向运动进行精确的控制。在建立亚中尺度观测器精确模型的基础上,对模型预测控制(MPC)算法的预测步长、控制步长、约束和成本函数开展设计。针对海流不确定性所导致的模型变化问题,对系统模型、控制算法进行了分段处理。通过对比分析剖面运动的仿真结果和试验数据,验证了模型和算法的有效性。仿真结果表明对于垂向运动的控制,分段式模型预测控制相对于传统的MPC具有调节误差小和稳定时间短的优点,能够减少亚中尺度观测器水平漂移量约7.9%,对亚中尺度过程的数据获取和认知具有现实意义。

摘要：漂流浮标具有结构简单、易布放、不需要额外动力等方面的优点,在海洋观测领域已经有了较为广泛的应用。然而现有的漂流浮标为了控制成本和整体功耗,搭载的传感器较少,在使用中能够采集到的数据种类较少,并且由于电子系统设计相对简单,一旦出现故障,无法解决,导致实际使用时长往往达不到设计使用时长。因此,本文以低功耗、高可靠性、多样化载荷为设计目标,提出一种具备扩展性的双系统漂流浮标的设计方案,能够尽可能地提高漂流浮标的可靠性,同时基于双系统设计了一种低功耗切换算法。该款漂流浮标系统可在主模块损坏时及时启用备用模块工作,并可对当前电池电量、工作环境状态及模块功能状况进行处理分析,根据分析结果实现对系统未来工作模式的决策,系统功耗降低了20%,同时实现了漂流浮标系统的长时序高效观测。

摘要：为实现近场风场的非接触式高分辨、高精度测量,弥补脉冲相干测风激光雷达在近场风场测量存在盲区的缺陷,选用对人眼安全的1550 nm工作波长的高功率连续波光纤激光器作为光源,基于激光多普勒相干测风原理,通过改变连续波激光聚焦位置实现风场不同位置的风速探测。为提高系统的信噪比(SNR),优化选取了当前系统本振光功率参数;并通过优化设计“有效频谱质心”算法,对连续波测量体积内存在多个速度分量数据进行处理,从而提高数据反演精度。使用该激光雷达系统与超声波风速计进行对比实验,风速数据相关性为0.98,标准差为0.16 m·s^(−1)。在此基础上,利用该激光雷达系统进行长期风速观测实验,选取不同天气气溶胶含量差别较大的多组数据进行分析,同时对近地面及近建筑物风场内风速的变化进行了探究。局地风速观测实验结果表明,该激光雷达系统的风速测量区间为0.3∼18 m·s^(−1),风场测量位置2∼30 m,能够实现风场风速梯度的连续测量。

摘要：波浪观测是海洋观测的主要内容之一,对海浪的现场观测和深入研究对准确预报海浪具有十分重要的意义。本文设计了一种新型漂流式波浪浮标,采用高精度惯性导航模块作为测量元件,同时高频获取三轴加速度、角加速度、欧拉角、地磁数据,通过内置ARM处理器对测量数据进行波浪参数的采集和解算。浮标具有整体体积小、成本低的特点,既可以漂流观测,也可以定点锚系观测,能够实现对海浪的长期、大范围、高精度观测应用。本文通过该漂流式波浪浮标在2019年西北太平洋航次的观测应用,对西北太平洋黑潮延伸体海区和日本海区域海浪的有效波高、周期等波浪要素的时空变化特征进行了详细分析,取得了良好的测量结果。