摘要：针对海洋监测中轻小型无人机抗风能力差、大范围动态监测能力不足的问题,本文以彩虹-4型中空长航时无人机为平台进行了载荷安装、电气接口及电磁兼容性设计,实现了光电吊舱、对海雷达、AIS多任务载荷的优化集成,通过开展远距离无人机通信、载荷数据与位姿信息实时同步回传、数据处理等关键技术研究,形成了一套完整的海洋监测平台软硬件系统。最后经过长时间的地面测试并在海南三亚市东部海域开展远距离飞行试验,依据应用场景及作业的紧迫程度,探索了海岛礁成图等常规监测和海上船只目标应急监测应用模式,验证了平台设计指标,其中平台续航能力优于22h,作业通讯距离达到2 300 km,在无控条件下可见光、红外、SAR成像精度分别为15.35 m、21.09 m、6.30 m。结果表明,该平台能够满足海洋监测技术要求,具有实际应用价值。

摘要：为了有效利用空间分集对抗多径传播造成的衰落,设计并实现了基于软件无线电平台的分布式天线系统.与传统的方案相比,该系统将各个前端接收到的数据汇聚到另外一台计算机上处理,实现了各个不同的计算机运算量的均衡,适合软件无线电架构.具体而言,以4台计算机与通用软件无线电外设(universal software radio peripheral,USRP)组成的软件无线电平台作为4个不同位置上的内接收机,然后通过交换机与另外一台计算机相连接,该计算机作为外接收机完成译码等操作.此外,利用传输参数信令的空闲比特承载超帧编号,实现内接收机和外接收机之间的同步.该方案实现了内接收机和外接收机的分布式处理,不仅可以实现空间分集,还可以实现运算的均衡,具有较好的实用性与扩展性.在无线场景下的测试结果表明,与单独一台接收机相比,所设计的分布式天线系统能获得一定的分集效果,并改善了系统整体性能.

摘要：对采用相位生成载波解调的光纤激光水听器系统中3kHz附近频域内固有噪声的产生机理进行了理论推导,并设计实验进行验证.首先测量得到泵浦激光器的驰豫振荡频率峰值,随后以400 Hz为间隔逐渐降低相位生成载波信号频率,观察固有噪声峰值的移动方向和大小.实验结果表明,随着载波信号频率的降低,固有噪声峰也向低频方向移动,移动间隔同样为400 Hz.可知相位生成载波解调算法中高频载波调制信号与泵浦激光器的驰豫振荡频率叠加是形成探测频谱固有噪声的主要原因.通过降低高频载波调制信号频率的方法对驰豫振荡噪声进行抑制,消除了探测频谱中的固有噪声峰,得到了较为平坦的本底噪声谱.

摘要：设计了一种基于MPU9250九轴数据传感器的深海姿态系统解决深海仪器姿态监测的问题,并进行了实验测试验证。系统采用STM32F103C8T6作为主控制芯片,采集MPU9250九轴数据,通过软件算法快速解算出当前的实时运动姿态,并利用三轴加速度数据计算出与自然坐标系Z轴的倾角。系统设计有存储模块及实时时钟模块,可以实时将设备的运动姿态、倾斜角度实时记录到存储模块中。并且根据深海仪器使用环境要求,结合有限元设计方法,设计深海耐压仓。实验结果表明,该姿态系统可以实现对深海仪器姿态及倾角的检测,精度可达0.5°,耐压可达4000 m水深。

摘要：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。

摘要：在高时空分辨率的降雨数据支持下,分析和追踪暴雨事件的精细结构和动态行为成为可能,但存在数据量大、数据组织结构复杂的特点,对暴雨事件的时空组织与存储提出了巨大挑战.本文基于暴雨事件的演化过程,设计了一种"顶点-边界"的图结构表达模型,并构建基于Neo4j的图数据库,实现暴雨事件的组织与存储.图数据结构中的顶点描述暴雨事件对象,记录暴雨事件空间位置、降雨数据等状态信息;图有向边对暴雨顶点进行关联,记录暴雨状态之间的关系、变化速度、方向等动态信息.最后,综合时间序列模型和空间拓扑关系,设计基于图的暴雨事件组织模型,基于Neo4j图存储方式R-Tree空间索引存储暴雨矢量数据集,并构建暴雨事件库.基于Neo4j和Oracle Spatial的暴雨事件库的对比分析结果表明,Neo4j事件库在数据入库和时空查询性能方面具有优势.

摘要：利用球形压电陶瓷自身所具有的耐压能力,采用径向极化空气背衬压电球壳换能器作为声学接收敏感元件,设计并制作了一种球形耐压水听器。首先对其低频开路接收灵敏度和谐振频率等声学特性进行了分析和有限元仿真,然后对其强度和稳定性等耐压性能进行了分析和有限元仿真,最后对其声学性能和耐压能力进行了测试。测试表明,该球形耐压水听器的直径为36 mm,工作频段为50 Hz10 kHz,低频接收灵敏度为􀀀198:4 dB(0 dB=1 V/Pa),等效自噪声谱级为46.5 dB@1 kHz,其耐压深度可达3000 m。该耐压水听器为大深度水听器设计提供了参考,在深水声学领域具有重要的应用价值。

摘要：链路特性分析对于无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)协议设计至关重要,但协议设计通常建立链路的二元模型,仅考虑连通和断开两种状态,而忽略中间区域的不可靠链路,这些链路通信性能不稳定、高度动态变化.若协议设计中未考虑此部分链路,将会造成WSN功耗变高、网络延时变长等问题.为解决上述问题,设计了基于LoRa的通信系统,从实地测量出发,研究了陆地和海上两种场景下不可靠链路分布特征,并分析LoRa物理层参数配置对通信性能的影响.具体而言,通过大量陆地和海上的实地测量数据,建立链路质量随接收信号强度指示(received signal strength indicator, RSSI)和信噪比(signal to noise ratio, SNR)变化的关系模型,分析不可靠链路的分布特征,并通过优化扩频因子(spread factor, SF)、带宽(BandWidth, BW)的配置以改善不可靠链路性能.

摘要：短波通信中频率选择是提高通信质量的必要手段,但短波机动用户却难以获取选频链路计算需要的位置信息.文中设计了一种随时可利用多站信号进行机动终端位置认知的方法.逆向应用时差定位原理,通过机动终端接收到的三个站点信号的两两信号时延差与虚路径差成正比,形成两条双曲线,交点就是机动用户的位置.算法的关键是利用国家电波观测站网常态化发射的探测信号,同时设计了基于网格化预测时差与实测时差之间误差的位置概率函数,将定位问题转化为概率选择问题.仿真分析和实测数据都验证了算法的可行性.最后讨论了几种算法的改进策略,有望尽快实现工程应用.

摘要：以焙烧高岭土为原料,通过酸-碱组合活化、原料复配、控温熟化等连续处理步骤活化高岭土中的铝制备改性粘土(MC).采用正交试验设计对该方法进行优化,考察了制备条件对获得改性粘土除藻效果的影响规律,探讨了不同制备条件下获得改性粘土除藻效率差异的机制.结果表明,酸-碱组合活化pH值对改性粘土的除藻效率具有显著影响(P<0.05),控制碱中和后的pH≤3.6获得改性粘土的除藻效率可达90%以上.通过分析改性粘土的理化特征及絮凝除藻时的絮凝体特征发现,在最佳制备条件下,高岭土矿晶中铝大量被活化,合成改性粘土的片层致密且卷曲、微表面粗糙,分散到海水中时活化单体铝(Ala)、多羟基铝(Alb)含量更高,粘土表面电性由负转为正,絮凝卷扫藻细胞的作用增强,因而合成改性粘土具有更高消除赤潮生物的能力.