北斗浮标现场原位计量比对研究

波浪浮标是长期定点、全天时、全天候测量波浪参数的重要设备之一.我国3个海区布放了数百台波浪浮标.为确保浮标监测数据准确可靠,亟需开展浮标现场校准技术的研究工作.研究人员依托我国日益成熟、独立自主的北斗卫星导航定位系统,选用高精度的载波相位差分RTK技术,攻克高精度高程定位、卫星信号丢失、数据传输错误等技术难题,研究基于北斗浮标的现场校准技术.为评价研究成果,选取Waverider浮标,在青岛海域进行计量比对现场试验.海试结果显示,北斗浮标满足国家相关技术规范要求,两套浮标技术性能基本一致,可满足波浪三要素(波高、波周期、波向)同时计量校准需求.北斗浮标可替代Waverider浮标,为我国波浪参数量值传递提供了一种新途径.     

基于散射计波浪参数反演模型的改进算法实验

一种新的利用散射计(ERS1/2)数据反演有效波高和平均周期的模式被提出。通过俄罗斯学者利用浮标数据建立完全成长风浪条件下有效波高与风速之间的关系,与匹配浮标观测的有效波高数据对比,区分完全成长风浪、成长风浪和涌浪3种海况下的匹配数据;利用BP神经网络建立模式反演3种海况下的有效波高,均方根误差分别为0.53、0.57和0.86m,反演平均周期均方根误差分别为0.69、1.04和1.36s。这种反演方法在完全成长风浪海况下最好,依次是成长风浪和涌浪海况。该研究为散射计数据反演波浪参数提供了依据,使大面积反演波浪参数成为可能。     

圆柱形浮标运动分析与仿真

圆柱型浮标通常作为海洋监测设备的稳定工作平台,对波浪激励下浮标的升沉运动位移和横摇角度会影响空中无线通信质量.针对浮标加强姿态稳定性要求,通过对浮标体在波浪中的受力分析、力矩与惯量分析,建立浮标运动传输函数模型,讨论浮标重力、设计尺寸对浮标运动的影响.通过浮标设计参数的调整,通过浮标固有的谐振频率与波浪激励的峰值频率分离,降低波浪激励对浮标运动的影响.计算了不同海况激励下浮标在垂直方向的升沉位移与水平方向的横摇角度,与实验数据验证仿真方法的有效性,在仿真的基础上,进一步给出了圆柱形通信浮标的设计改进建议,有效地提高了圆柱型浮标的稳定性.     

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.     

星载散射计再分析风场在海浪模拟中的应用研究

基于第三代海浪(谱)模式WAVEWATCHⅢ,采用NCEP/QuikSCAT混合风场作为模式输入,进行了东中国海、太平洋东岸以及太平洋中部夏威夷附近海域的海浪数值模拟。在东中国海,模拟有效波高与浮标的参考值有较高的相关系数,波高的均方根误差约为0.5 m;在太平洋东岸和夏威夷附近海域,模拟有效波高比浮标的参考值普遍偏低,不同月份波高的均方根误差在0.4~1.2m之间,但模拟波高与浮标的参考值仍有较强的相关性。结果表明利用WAVEWATCHⅢ结合NCEP/QuikSCAT混合风场模拟东中国海的波高是可行的,但要模拟太平洋中、东部开阔深水海域的波高仍需考虑如涌浪、海流等非风场因素。     

一种新型波高测量系统的设计

波高测量是海洋工程模型试验中的一项重要内容,为了能够准确、稳定地实时测量实验水池中的波浪,采用了一种新型的波高测量系统设计方法:首先利用液位高度与波高传感器电容量的线性关系将波高测量问题转化为电容量测量问题;其次利用波高传感器的电容量与其充放电时间的关系将波高传感器的电容量测量问题转化为充放电时间的检测问题;然后运用单片机片内模拟比较器和定时器的输入捕获功能将电容充放电时间转化为计数值;接下来将计数值通过USB接口送到上位机进行数据处理及波形显示;最后进行实验测试,实验结果表明所采用的波高测量方法是有效的,且具有线性度好、灵敏度高、精度高的优点。     

一种宽带信号调理通道设计

在高速数据采集系统中,对模拟信号调理通道带宽的要求越来越高。本文结合无源衰减网络、高增益可变增益放大器（VGA）、高速电流反馈放大器（CFA）,设计并实现了一种宽带模拟信号调理电路,并给出了实验结果与分析。该电路具有高带宽、动态范围大、低噪声等特性,能满足数据采集系统高带宽的要求,也可以应用于宽带电子测量仪器的前端信号调理电路。     

基于FPGA的海量数据采集系统的设计

介绍了一种海量数据采集的方法,解决了石油管道检测中多通道、高速实时采集的问题.利用FPGA实现了对400路模拟信号、每路采样频率1 kHz的数据采集;使用SPI总线简化了传感器与FPGA控制板之间的大量连线,同时满足了实时性和小型化的要求.通过实测数据和实测波形对系统进行了验证.     

SZF波浪浮标双通信数据接收回放系统

该系统目的是作为SZF波浪浮标的上位机接收软件,采用Microsoft Visual Studio 2005作为软件平台,利用Visual C＋＋开发语言编写。上位机采用串口通信的方式分别通过GSM模块和数据接收机与浮标进行通信,实时接收浮标传送过来的数据,并且利用ADO数据库开发技术访问Access2007,实现对数据的保存。在实现波浪浮标数据实时显示与数据库存储同步进行的基础上添加了数据回放功能,可以主动索取存储在接收机上的波浪数据,并将其进行处理与转换。目前该数据通信软件已成功应用于有关的海洋工程部门单位,运行可靠。     

基于ADS1210的分布式高精度数据采集系统

介绍了基于ADS1210的远程高精度数据采集节点的设计方法。该节点以PIC单片微机为控制核心,实现对模拟信号的精确转换和利用CAN总线技术进行远程数据传送;阐述了远程数据采集系统的网络结构原理,给出了分布式数据采集节点的硬件电路、软件设计方法和程序流程图。     

隐蔽脉搏波潮波定位研究

中心动脉压的临床医学意义虽大于传统肱动脉和桡动脉血压,但其推算方法一直以来受基于有创伤数据的通用转换函数(General Transform Function,GTF)的建立和桡动脉脉搏波中隐蔽潮波位置的确定的约束。提出利用公开的有创伤中心动脉数据(麻省理工学院医学院的MIMIC重症监护数据,MIT MIMIC),通过傅里叶变换获得GTF,根据中心动脉收缩压数值,结合小波变换,反推脉搏波的隐蔽型潮波位置。研究发现,桡动脉脉搏波经小波sym4和haar变换后,其各自第3阶差值波的最大值后的第6个过零点为隐蔽型潮波位置。实验结果表明,利用所提方法获得隐蔽型潮波位置的识别准确率达到91.11%。     

基于谱的三维随机海浪数值模拟研究

为有效地模拟三维波浪,从已有的统计观测结果出发,应用P-M谱和SWOP方向函数的基础上,建立了风浪的三维随机波面数学模型,该模型采用多个随机余弦波叠加来模拟随机波浪曲面。最后利用Matlab实现了该算法,结果表明这种方法能有效地模拟三维随机海浪。     

海浪实时绘制中波浪谱的选择

Phillips 谱是海浪实时绘制中常用的波浪谱。首先分析了Phillips 谱的结构, 指出该谱是一个瞬时空间谱,其频率谱符合Neumann 形式,与P-M 谱接近,其方向分布函 数为国际拖曳水池会议推荐的形式。令P-M 谱与Phillips 谱具有相同的单位面积波能,给出 了Phillips 谱风速的确切含义并计算出该谱的常数。除了使用Phillips 谱,还尝试其它形式 的谱。用P-M 谱和cos-2s 形式方向分布函数构造了瞬时空间谱PM-cos2s 形式,用JONSWAP 谱和Poisson 形式方向分布函数构造了瞬时空间谱J-Po 形式。比较3 种谱的绘制结果发现, 使用Phillips 谱、PM-cos2s 谱的绘制结果均能反映风速对海浪的影响,不能反映风距的影响, 使用J-Po 谱的绘制结果既能反映风速、也能反映风距对海浪的影响,且三者的绘制帧率一 致。如果要选择适合航海模拟器中海浪绘制的瞬时空间谱,该谱的风参数既应包括风速,也 应包括风距,且生成波应在风向的(-,]范围内,因此J-Po 谱在三者中最适合航海模拟器。 绘制结果已应用于航海模拟器中。     

海浪绘制中波浪谱的选择和参数计算

针对红外与可见光图像中特征点匹配的难题,提出一种基于特征点邻域边缘的描述与匹配算法。首先采用基于曲率尺度空间的角点检测算法进行特征点提取;再对特征点邻域的边缘进行重组;其次求取特征点所在曲线的法线作为主方向,以避免图像的旋转代价;计算特征点邻域像素点的B-LBP算子的加权分布直方图;然后搜索相同边缘上最近的特征点并计算相应的直方图信息;再对两个直方图进行级联,构造出512维的UB-LBP联合描述子,并将其归一化;最后采用最近邻算法实现特征点匹配。实验结果表明,这两种描述子在红外与可见光图像特征点匹配方面较SIFT算法具有较高的正确匹配率,能够实现两种图像的精确匹配。     

使用波数谱绘制海浪波幅畸变的校正

针对快速傅里叶逆变换形式Gerstner波绘制海浪出现波幅畸变的问题,提出使用波数谱绘制海浪波幅畸变的校正方法.首先重新推导了包含基元波振幅的快速傅里叶逆变换形式Gerstner波;然后用右侧Riemann求和对波数谱的定积分进行离散,离散积分域的边界值由快速傅里叶逆变换对波数向量的采样方式决定,得到基元波振幅的近似解;最后将该近似解代入上述推导所得的形式中,得到傅里叶系数中包含波数谱和离散积分域面积的快速傅里叶逆变换形式Gerstner波.实验结果表明,采用该方法可以准确地计算海浪势能和基元波振幅,绘制结果波形稳定,有效地解决了波幅畸变的问题.     

真实感水波的模拟

近年来,自然景物的模拟一直是计算机图形学领域最具挑战的问题之一,对水波的模拟正日益引起人们的关注.其中基于物理模型的方法由于是从水波现象本身进行较精确的描述,使之成为了最有力的模拟方法.但是现阶段基于此方法的水波模拟都侧重于对水波的造型模拟,忽略了水波模拟另一关键问题一光影特效.本文在基于物理模型模拟进行水波造型的基础上,大胆结合了光影特效,对光照模型、水波折射现象及水波刻蚀现象分别进行了研究与实现,大大增强了水波模拟的真实性.     

乘着信息的波涛——参加第五届信息融合国际学术会议总结报告

1 会议概况信息融合国际学术会议自1998年以来每年举行一次,至今已成功地举行了4届。本届会议,由国际信息协会(ISIF,International Society of Information Fusion)和国际电气和电子工程师协会(IEEE)共同主办,于2002年7月7～11日在美国的一个海滨城市马里兰州州府安纳波利斯举行,来自世界各地的约300多名学者参加了会议。     

Wave instability in combustion

This paper presents formulations and calculations involved in combustion instability analysis using finite element methods. Emphasized in the present study is the effect of chemical reactions upon unstable waves of all variables. It is also shown how nonlinear, nonisentropic, and flowfields influence the stability of combustion waves. To demonstrate the validity of the theory, example calculations for a rectangular combustor for hydrogen/oxygen reactions are provided. Further verification of this approach in comparison with various experimental results remains as future tasks.     

声表面波传感器

评述了用于物理敏感和化学敏感的声表面波传感器的现状和进展。     

波浪浮标服务器端软件设计

传统采用VHF通信的波浪浮标系统需要架设岸站接收机,采用GPRS无线通信解决方案的波浪浮标系统可以省去岸站接收机的费用,并且性能更加稳定可靠。本文主要介绍了服务器端通信模块的设计、数据处理处理模块的设计。软件的编辑使用VisualC++6.0软件,通信模块的设计采用MFC封装的CSocket类,CSocket类派生于完全封装了WindowsSocketsAPI函数的CAsyncSocket类,采用CSocket类可以更加方便地编写网络应用程序。数据处理模块采用了MATLAB与VisualC++混合编程,利用MATLAB留有的动态链接库DLL外部接口可以很方便地将MATLAB功能嵌入到VisualC++的MFC工程中,利用MATLAB与VisualC++混合编程可以方便地进行海浪频谱分析。