双星立体观测云顶高度几何反演方法

通过双星立体观测中卫星-球心-投影云-真云的平面和球面三角几何关系推导出真云云顶高度计算公式,利用云顶高度变化和图像匹配的方法,对模拟得到的双星"立体观测图像对"进行云顶高度反演实验.通过对具有台风和冷锋形态分布的卫星红外云图模拟资料进行实验,得出平均垂直高度误差不超过500 m 的云顶高度,并对图像对比中1个像素偏移导致的云顶高度误差进行了误差分析.     

风云四号静止气象卫星的云顶高度反演算法

我国新一代静止轨道气象卫星——风云四号搭载多通道扫描成像辐射计(AGRI).云顶高度产品对于监测中小尺度强对流系统、研究云的气候效应具有重要意义.风云四号云顶高度算法(FCTHA)融合红外分裂窗和CO2切片算法的优点,反演得到的云顶高度产品与多源卫星观测资料的交叉检验结果较好.与静止轨道葵花八号卫星云顶高度产品比较,细节纹理具有较高一致性,偏差为1.4～1.8 km.与MODIS/Terra和MODIS/Aqua云顶高度产品相关系数大于0.8,且长时间序列偏差为0.4～1.3 km.与近似真实云顶高度的CALIPSO云顶高度产品比较,在多层云和高云条件下误差较大;但单层水云的分季节检验相关系数均在0.8以上,春季最高(0.88),平均偏差均小于1 km,冬季最小(0.61 km).     

静止卫星立体观测云顶高度几何算法研究

由卫星资料反演的云顶高度是天气学、气候学的重要科学资料。以静止气象卫星影像立体像对为数据来源,以云顶高度为研究对象,根据卫星-真云-投影云共线的事实,以及卫星-投影云-真云之间的几何关系,建立云顶高度立体解算模型;并在模型中考虑成像过程中云移动的影响。最终,通过几何关系建立严密云顶高度和云移动速度的线性化联立解算模型,运用最小二乘法解算出云顶高度,为气象预报提供精确、可靠的云参数。     

利用分裂窗直方图法对半透明云云顶高度的反演研究

针对2016年4 — 9月90°—140°E, 15°—55°N区域的半透明云, 使用分裂窗直方图法, 利用Himawari-8的AHI观测数据进行云顶高度反演。首先使用阈值法筛选出半透明云区; 然后基于分裂窗直方图法, 利用Himawari-8的10.4 μm 和12.4 μm两个分裂窗通道数据以及ERA-Interim再分析资料中的温度气压层数据和位势高度气压层数据反演云顶高度, 并将反演结果与CloudSat的2B-GEOPROF产品数据进行匹配和对比, 结果表明: 1) 分裂窗直方图法对 Himawari-8数据反演半透明云云顶高度的结果与CloudSat的数据结果较一致, 均方根偏差为1.45 km; 2) 海陆类型对反演结果没有明显的影响。所提算法有较强的适用性, 可以应用于不同卫星的分裂窗通道数据反演, 特别是对中国新一代静止气象卫星风云四号的业务反演有理论参考价值。     

东北较高纬度地区夏季闪电与雷暴相关参数的关系研究

利用VLF/LF闪电定位系统数据,并结合多普勒雷达以及卫星云图资料,对2009~2010年较高纬度东北地区夏季的闪电与雷暴相关参数的关系进行了研究.结果表明:闪电多发生在雷达回波强度大于40dBz的区域,雷暴发生闪电时其30dBz雷达回波最大高度大于6km;在雷暴的演变过程中,闪电的峰值时间略滞后于30dBz雷达回波最大高度的峰值;闪电频数和30dBz雷达回波最大高度存在指数增长关系;闪电主要发生在云顶红外温度在210~240K的区域,在消散阶段,雷暴云云顶高度降低、红外温度较高.     

过冷层状云AgI播云效应区的NOAA卫星反演分析与数值模拟

2000年3月14日14时15分至15时49分,在陕西省境内实施了1次AgI飞机人工增雨作业,15时35分NOAA-14卫星接收到播云后的云图资料显示:在云顶形成了1条长301 km、平均宽9 km、最大宽度14 km的云迹线．卫星资料分析表明播云云迹为冰晶化的云沟,云沟内暖外冷,有增温效应,是播云所致．通过催化剂输送扩散的数值模拟证实了每段云沟都与每段催化剂的输送扩散一一对应,是播云效应在云顶的直观反映,云沟区为播云效应区．虽然卫星能够提供小时尺度、百公里范围播云效应的状况,但只能给出云顶这一个剖面的状况,文中利用数值模拟再现了播云效应区的时空分布及演变,分析播云效应区特征．数值模拟显示:120 min内,播云效应区的面积、体积、宽度、厚度随时间为先增后减的单峰型,90 min达到极大,极大值分别为3639 km2,3413．4 km2,9．19 km,0．94 km,120 min内的平均值分别为2303 km2,1973．0 km3, 6．87 km,0．78 km;考虑到NOAA资料的局限性和云及其微物理过程的复杂性,真正的播云效应区的面体也许更大、宽度更宽、厚度更厚、存在时间更长．     

基于数字地球的三维云图实现技术

以风云二号气象卫星的红外云图数据为基础,根据实时的红外云图,在数字地球上实现云图的三维显示,实时动态模拟我国上空的云图变化情况.通过二维云图的灰度信息,得出其高度值,与提取的经纬度值一起,经过坐标转换,得到三维空间坐标信息,再采用OGS三维渲染技术,实现云图的三维显示.与以往云图的三维显示技术相比,采用的方法更加简单高效.在实际应用中,该方法能够实时获取和展示三维立体云效果,并且加以时间驱动可以实现云图的动画播放,对于气象部门有着很高的应用价值.     

零件加工误差与机床几何误差映射关系建模

针对机床几何误差与零件误差映射关系建模方法并未考虑刀具在加工过程中各个点位的位置偏差与姿态偏差的问题,以三轴机床为研究对象,首先利用多体系统运动学理论,建立机床刀尖点误差与刀轴矢量误差模型。然后利用单基站激光跟踪仪多次测量的方法,结合误差分离算法,辨识得到了机床的21项几何误差项,并对18项与位置有关的误差项进行拟合,构建了完整的典型三轴机床工作空间误差场。最后以凸台宽度、平面度、孔轴线位置度等典型特征,结合加工轨迹,建立起机床几何误差与尺寸误差、形状误差和位置误差的映射关系,并进行了相应的实验验证。实验结果表明:凸台宽度误差与机床刀尖点在该处的几何误差有关,11个点位的凸台宽度误差测量值与计算值相差在5μm以内;"之"字型铣削平面度误差分析要先进行刀具轨迹离散化,然后将刀具圆周离散化,计算刀具圆周含有误差的点,通过点位筛选原则,选择真正属于加工表面的点,对这些点利用最小二乘法计算平面度,平面度误差计算值与测量值相差2μm以内;孔轴线位置度误差分析要考虑钻孔过程中不同位置处刀尖点误差与刀轴姿态误差,以二者为基础构建孔轴线方程,通过代入检测平面的高度以获取相应高度处圆心偏差,孔轴线位置度误差计算值与测量值相差5μm以内。     

基于TIMED/SABER卫星温度数据对大气经验模型的评估

以TIMED/SABER观测的2002–2016年共计15年的全球温度数据为标准,与USSA-76及NRLMSISE-00模式温度数据对比分析.通过计算大气模式与卫星观测的温度偏差、温度偏差的标准差及均方根误差,分析两种大气模型的适用性.通过设置模式与卫星观测温度偏差,计算不同纬度地区温度偏差要求下模式的置信度.结果表明:(1)两个大气模型计算的温度数据与卫星观测的温度数据随高度的变化具有较好的一致性;(2) NRLMSISE-00模式的日平均和月平均精度高于USSA-76模式;(3)两个大气模式在冬夏季高纬地区及中纬地区UMLT高度表征真实大气的能力有待提高, NRLMSISE-00模式表征真实大气的能力整体优于USSA-76模式;(4)同一模式在相同纬度地区和温度偏差要求下,置信度随着高度的升高而降低;相同的高度和温度偏差要求下,置信度随着纬度的升高而降低.通过分析USSA-76和NRLMSISE-00模式与卫星观测数据之间的差异,对大气模式在工程中的应用提供参考,为大气模式的后续修正提供依据.     

台风云系的数值模拟

利用高分辨率中尺度数值模式输出的大气中云水、冰水、雨水、雪水成功地模拟出1997年登陆台风Winnie的云系结构。模拟云图与气象卫星实际观测的台风云图非常相似。由于模拟云图可以给出大气中不同形态水物质的三维空间分布,弥补了卫星只能观测云顶表面的不足。模拟云图揭示出了台风云系中的中尺度云带以及台风Winnie登陆后从热带气旋变性为温带气旋过程中云系结构的变化。     

Determination of cloud-top height from stereoscopic observation

A new and accurate method is presented based on the cloud movement (height and position), the spherical and plane triangular relationships of the spacecraft, the center of the earth, the projected-cloud and the true-cloud for determination of cloud-top height and position. Synthetic stereo images that have spatial resolution of 1.25 km from a single satellite are used to test this method. It is demonstrated that the cloud-top structure can be determined from the stereoscopic measurements of geo-synchronous satellite with vertical accuracy of approximately 500 m. The vertical accuracy can be better with lower orbiters.     

临近空间卫星探测温度数据的精度评估

为综合分析评估中国区域内临近空间卫星遥感探测的温度数据精度,利用2006年4月至2009年12月的COSMIC掩星探测数据与TIMED/SABER卫星探测数据进行对比分析,计算2种卫星数据之间的平均温度偏差和温度标准差,并统计分析随季节和纬度分布的温度偏差特征。对比统计结果表明,中国区域内2种卫星遥感探测数据的温度随高度变化的特征总体一致;其平均温度偏差均在2K以上,在15km附近偏差较大,在37~57km内平均温度偏差以约0.22K/km的速度随高度递增;同时,平均温度偏差在夏季最小,冬季最大,在35~60km内季节的变化对温度偏差影响较大,且温度偏差随纬度的变化在不同高度范围内呈现不同的分布特征。此次评估综合分析了COSMIC与TIMED/SABER在中国区域内的温度数据精度,能够为临近空间卫星探测数据在国内的应用提供一定的参考依据。     

测站位置误差对GNSS短基线定向的影响分析

为提高超短基线的定向精度,本文研究了测站位置误差对定向结果的影响。本文首先给出了卫星定向的基本数学模型,然后,在此基础上分析并分别推导了测站经度误差和纬度误差对定向影响的数学模型。最后,通过实验进行了分析与验证,结果表明：测站位置经度误差是影响定向结果的主要误差,且与方位角误差成线性关系;纬度误差为次要误差,与方位角误差成非线性关系,且影响程度要比经度误差低约两个数量级。此外,测站经度误差对方位角的影响于测站纬度有关,纬度越高影响程度越大。     

WASS电离层网格算法在低纬地区的误差分析

对不同纬度的8个GPS观测台站得到的数据,采用广域增强系统(WASS)电离层网格算法计算了斜向电离层时延,并将计算结果同实际观测值之间的差别进行了统计分析.结果表明:在中高纬地区,WASS电离层网格算法的精度很高,但是在纬度较低的地区存在着较大的误差,产生这种误差的原因是由于低纬电离层中的电子浓度较大并且存在较大的经向梯度变化.为了减少这种误差,可以在低纬地区增加广域基准站的数量、缩小电离层单元网格的尺度等方法.     

远程无线电导航系统的定位误差分析及其仿真

针对无线电导航系统定位的原理，根据双曲线定位的特点详细地推导了径向定位误差，并且分析了几何精度因子对定位精度的影响．最后仿真了不同台址的分布随着经、纬度和距离的变化，其影响定位的GDOP三维分布图和等精度曲线平面图．     

时间误差对恒星视位置计算的影响分析

一般计算恒星视位置时需要精确的时间信息,对时间误差对于恒星视位置的影响研究相对较少。考虑到计算恒星视位置需要进行各种修正,这里依次研究了时间误差对岁差改正、自行改正、章动改正、视差改正和光行差改正模型的影响,通过综合分析得出时间误差对恒星视位置经纬度计算带来的影响,通过实验数据对时间误差带来的影响进行了论证,数据分析表明当时间误差值小于10min时,恒星视位置的经度计算误差要小于10-3",而纬度计算误差要小于10-4"的数量级,在不影响解算精度的情况下,将大大的降低对于时间精度的要求。     

一种基于虚拟实景空间的测量与定位方法

为了增强测量与定位操作的直观性和方便性,文章提出了基于虚拟实景空间的测量与定位方法。首先将二维屏幕坐标转换为对应的单幅图像坐标,基于约束条件,利用单目视觉技术得到摄像机坐标系坐标,实现3种情况下的边长测量;已知前后位置的经纬度值,确定摄像机前进方向,利用摄像机坐标系坐标经计算得到目标的经纬度值,实现目标的定位。实验结果表明,该方法可以对物体进行有效的测量和定位,满足实际应用要求。