机会 - 地质和地球物理特性在全球范围内的地质机器学习,我们对地球特性的集体理解受到直接观察地质的观察(例如,井原木,核心等)或间接通过遥感(例如地球物理或卫星观测)。这一事实导致在高空间分辨率(至sub-km量表)处的地球特性的稀疏数据集,或者从卫星观测值中产生了一个连续但低分辨率的数据集。因此,需要自动插值(例如Kriging)和/或人类知情轮廓,以在高分辨率下持续了解这些属性。在这项工作中,我们致力于改进这些方法。利用机器学习,深度学习和/或物理知情神经网络(PINN)的新发展,我们可以在空间和深度上智能插入或预测地球参数。这项工作利用了地质观察的各种数据源(即“大数据”),例如:科学钻孔,挖出和疏ed和地球物理观察,例如由乘员船(例如,船舶),自主平台(例如,AUV)(例如,AUV)和Satellites和Satellites和Satellites和Satellites和Satellites。我们将这些数据集与基于物理学的地质过程模型(例如压实)和数据驱动方法(例如机器学习)结合使用,以产生对地球特性的连续且准确的估计。这些方法的示例包括从稀疏的船板观测值中预测连续的重力场,或使用核心数据预测沉积物岩性与深度。鼓励基本的地质理解,但不需要。我们寻求具有地质/地球物理学经验的合格申请人,遥感/地理位置,机器学习/数据科学和/或运输/摇滚物理建模。申请人将有一些计算经验,并且在基本的编程/脚本中保持舒适(不需要特定语言)。实验室地点:海洋科学部海军研究实验室Stennis Space Center,MS POC:Benjamin Phrampus海军研究实验室,代码7352建筑物1005 Stennis Space Center,MS 39529电话:228-688-4899电子邮件:Benjamin.phrampus.civ@us.civ@us.navy.mil
3.7 计算精度................................................................................................ 87 3.7.1 连续效应.................................................................................... 87 3.8 总结.............................................................................................................. 90 4 斯托克斯积分与 FFT 91 4.1 简介................................................................................................ 91 4.2 类斯托克斯积分变换...................................................................................... 93 4.3 确定性方法............................................................................................. 95 4.4 核属性............................................................................................. 96 4.5 随机方法............................................................................................. 98 4.5.1 重力功率谱与自相关函数............................................................. 99 4.6 随机重力模型与斯托克斯积分............................................................. 104 4.6.1 环平均重力的期望值 ) ( ψ g ∆ ............ 104 4.6.2 不同的4.6.3 内核的不同部分............................................................................... 108 4.7 在有限区域上计算的大地测量内核的傅里叶变换 108 4.8 总结.............................................................................................. 113 5 地球位势垂直参考系统 114 5.1 简介......................................................................................................... 114 5.2 地球位势计算原理.................................................................................... 116 5.3 水平测量......................................................................................................... 117 5.4 新高度系统......................................................................................................... 119 5.5 为什么我们需要物理高度系统?......................................................................... 121 5.6 我们如何绘制空间中的水平表面? ................................................ 122 5.7 统一垂直参考系的标准............................................................... 124 5.7.1 潮汐系统............................................................................... 125 5.8 计算重力位能模型............................................................... 130 5.8.1 第一阶段重力场建模....................................................... 130 5.8.2 第二阶段向下延续与变换..................................................... 131 5.8.3 第三阶段向上延续与恢复重力位能.................................... 132 5.9 EGM08 与航空重力及 SRTM 改正值的比较.................................... 132 5.10 与水准测量的比较.................................................................... 139 5.11 结论................................................................................................ 144 6 讨论 145 6.1 垂直参考系统............................................................................... 145 6.2 计算概述............................................................................................... 147 6.3 空间域重力预处理....................................................................... 148 6.3.1 地形重力处理....................................................................... 149 6.3.2 重力模型验证和确认.................................................... 150 6.4 谱域重力处理.................................................................................... 152 6.5 斯托克斯积分的局部化.................................................................................... 154 6.6 未来工作.................................................................................................... 156 几何地形的重力模型.................................................................... 158 参考文献 159
等效原理是爱因斯坦相对论的支柱之一,因此,它最初是在经典理论中表述的,经典理论中,点粒子的所有可观测量,特别是其位置、能量和质量,在粒子的任何状态下都是清晰的。其他原理也是如此,比如能量守恒定律,尽管如此,其在量子理论中的表达和有效性还是被广泛接受。然而,对于量子系统的等效原理的表述存在很大争议:这是因为量子系统可以存在于空间叠加中,而经典表述的等效原理并不直接涵盖这种情况。因此,有人提议将其扩展到量子系统 [ 1 – 3 ];也有人声称量子系统违反了该原理(例如,参见 Anastopoulos 和 Hu 的引言 [ 4 ] 以及本文的参考文献);有些人还声称这应该是引力状态降低的原因 [ 5 ]。这里讨论的重点是,等效原理意味着不同质量的粒子应该以相同的速率在相同的引力场中下落。然而,量子德布罗意波长是粒子质量的函数,因此不同质量的粒子在同一引力场中的干涉效果会有所不同。这似乎违反了等效原理的规定,即不同质量的粒子在同一场中的行为无法区分。正如我们将在下文中看到的,在我们提出的量子等效原理中,这并不是一个相关问题。我们相信,对于争议的其他方面也是如此,例如 Anastopoulos 和 Hu [ 4 ] 中提到的方面。在这里,我们想通过类似于能量守恒的方法将等效原理扩展到量子领域。也就是说,为了将该原理扩展到量子领域,我们将假设对于量子叠加的任何分支,该原理都成立。具体来说,我们假设,对于在位置 x 处尖锐的空间叠加态的每个分支,等效原理以其当前接受的形式之一成立:通过在 x 处的局部操作,均匀重力场 g 中静止的点粒子的运动状态与在 x 处经历加速度 − g 的点粒子的运动状态在经验上是无法区分的。
3.7 计算精度................................................................................................ 87 3.7.1 连续效应.................................................................................... 87 3.8 总结.............................................................................................................. 90 4 斯托克斯积分与 FFT 91 4.1 简介................................................................................................ 91 4.2 类斯托克斯积分变换...................................................................................... 93 4.3 确定性方法............................................................................................. 95 4.4 核属性............................................................................................. 96 4.5 随机方法............................................................................................. 98 4.5.1 重力功率谱与自相关函数............................................................. 99 4.6 随机重力模型与斯托克斯积分............................................................. 104 4.6.1 环平均重力的期望值 ) ( ψ g ∆ ............ 104 4.6.2 不同的4.6.3 内核的不同部分............................................................................... 108 4.7 在有限区域上计算的大地测量内核的傅里叶变换 108 4.8 总结.............................................................................................. 113 5 地球位势垂直参考系统 114 5.1 简介......................................................................................................... 114 5.2 地球位势计算原理.................................................................................... 116 5.3 水平测量......................................................................................................... 117 5.4 新高度系统......................................................................................................... 119 5.5 为什么我们需要物理高度系统?......................................................................... 121 5.6 我们如何绘制空间中的水平表面? ................................................ 122 5.7 统一垂直参考系的标准............................................................... 124 5.7.1 潮汐系统............................................................................... 125 5.8 计算重力位能模型............................................................... 130 5.8.1 第一阶段重力场建模....................................................... 130 5.8.2 第二阶段向下延续与变换..................................................... 131 5.8.3 第三阶段向上延续与恢复重力位能.................................... 132 5.9 EGM08 与航空重力及 SRTM 改正值的比较.................................... 132 5.10 与水准测量的比较.................................................................... 139 5.11 结论................................................................................................ 144 6 讨论 145 6.1 垂直参考系统............................................................................... 145 6.2 计算概述............................................................................................... 147 6.3 空间域重力预处理....................................................................... 148 6.3.1 地形重力处理....................................................................... 149 6.3.2 重力模型验证和确认.................................................... 150 6.4 谱域重力处理.................................................................................... 152 6.5 斯托克斯积分的局部化.................................................................................... 154 6.6 未来工作.................................................................................................... 156 几何地形的重力模型.................................................................... 158 参考文献 159
3.7 计算精度................................................................................................ 87 3.7.1 连续效应.................................................................................... 87 3.8 总结.............................................................................................................. 90 4 斯托克斯积分与 FFT 91 4.1 简介................................................................................................ 91 4.2 类斯托克斯积分变换...................................................................................... 93 4.3 确定性方法............................................................................................. 95 4.4 核属性............................................................................................. 96 4.5 随机方法............................................................................................. 98 4.5.1 重力功率谱与自相关函数............................................................. 99 4.6 随机重力模型与斯托克斯积分............................................................. 104 4.6.1 环平均重力的期望值 ) ( ψ g ∆ ............ 104 4.6.2 不同的4.6.3 内核的不同部分............................................................................... 108 4.7 在有限区域上计算的大地测量内核的傅里叶变换 108 4.8 总结.............................................................................................. 113 5 地球位势垂直参考系统 114 5.1 简介......................................................................................................... 114 5.2 地球位势计算原理.................................................................................... 116 5.3 水平测量......................................................................................................... 117 5.4 新高度系统......................................................................................................... 119 5.5 为什么我们需要物理高度系统?......................................................................... 121 5.6 我们如何绘制空间中的水平表面? ................................................ 122 5.7 统一垂直参考系的标准............................................................... 124 5.7.1 潮汐系统............................................................................... 125 5.8 计算重力位能模型............................................................... 130 5.8.1 第一阶段重力场建模....................................................... 130 5.8.2 第二阶段向下延续与变换..................................................... 131 5.8.3 第三阶段向上延续与恢复重力位能.................................... 132 5.9 EGM08 与航空重力及 SRTM 改正值的比较.................................... 132 5.10 与水准测量的比较.................................................................... 139 5.11 结论................................................................................................ 144 6 讨论 145 6.1 垂直参考系统............................................................................... 145 6.2 计算概述............................................................................................... 147 6.3 空间域重力预处理....................................................................... 148 6.3.1 地形重力处理....................................................................... 149 6.3.2 重力模型验证和确认.................................................... 150 6.4 谱域重力处理.................................................................................... 152 6.5 斯托克斯积分的局部化.................................................................................... 154 6.6 未来工作.................................................................................................... 156 几何地形的重力模型.................................................................... 158 参考文献 159
量子技术正在从实验室前进到商业世界。但是,如果没有量子系统的精确控制,就无法建立从科学发现到革命技术的这一道路。量子最佳控制描述了一种技术系列,该科学家族通过系统地塑造应用于系统的控制场来改善量子操作。优化可以选择量子硬件的定制控制策略,以实现其全部潜力。在本论文中,我们将最佳控制应用于自旋系统,即钻石和戊季苯掺杂的萘的氮呈中心,以及被困的原子,特别是Rydberg Atoms和Ultracold原子冷凝物。genally,一个具有清晰目标的良好模型系统对应于通过开环优化接近定义明确的控制问题,即使用模型。但是,当未知的实验或环境因素具有很强的影响时,控制问题的复杂性就会增加。一旦任何可行的模型与现实,闭环分歧,即基于反馈,控制解决方案。从量子最佳控制方法的集合中,我们专注于穿着的切碎的随机基础算法与无梯度搜索相结合。此配对使我们能够应用带宽限制并限制优化参数的数量,从而简化了闭环应用程序。我们介绍了几种技术和修改,例如一种新的基础方法,可以使用“ RedCrab”软件包使用E FFI CIENT闭环控制。因此,我们在DI FF平台上为以下非常不同的目标进行了优化:灵敏度,超极化,数字挤压和纠缠状态准备。所有四个目标直接或间接改善感应方法。增强浅氮 - 视口中心的敏感性为改善基于钻石的扫描探针磁力计提供了机会。诸如萘晶体之类的材料的过度极化有望实现更精确的癌细胞成像。原子干涉法用于检测重力场的最小变化。我们探索的数字水平状态可以进一步提高该灵敏度。最后,较大的纠缠状态是超过经典灵敏度极限的关键。我们通过优化创建了一个破纪录的20量纠缠状态。最终,这些结果表明了量子最佳控制如何互连并增加平台量子技术的兴起。
用于通信和电力输送的电缆。用于勘探的 ROV 于 70 年代推出,代表了该领域的重大技术更新:由于它们可以设计为在极高的压力和低温条件下运行,相对于人类操作员,它们能够发现大量以前被认为不可能勘探的新油田,从而增加了石油和天然气公司的机会。ROV 的引入还降低了勘探作业的成本,除了经济方面,它们还通过替代和取代人类操作员提高了安全性。ROV 也是从外部部门(在本例中为军事部门)向上游石油和天然气业务进行技术转移的一个例子。进入石油和天然气行业的技术通常会进入丰富的创新链并得到完善和商业化。ROV 也是如此,多年来,ROV 一直被上游行业采用,并在海洋生物学科学研究中找到了新的应用,多年来它们一直被用于搜寻著名的沉船和发现新的海洋物种。以下段落将介绍和讨论 E&P 领域的一些最重要的新技术。 2 简介 创新及其应用 石油和天然气领域的创新和技术转让,特别是上游作业,为提高能源效率和减少作业对环境的影响提供了许多机会。在众多创新中,以下段落将分析其中一些。 2.1 高分辨率地震采集 工程师一直负责模拟和图形化表示地下油藏几何形状。遥感数据首先用于模拟地下,地球科学家能够根据对所生成图像的解释绘制地图和岩石特性模型。Reginal Fessenden 是第一个从地震数据推断地质结构的人,并于 1917 年为该方法申请了专利。后来,其他技术也被用于分析井的内部,例如电极测量、基于电磁波的测量、高性能计算技术和纳米技术,以改进油藏分析和建模。海底结构重建所涉及的主要技术包括地面地震数据生成和采集,即反射地震学。但并非所有旨在提高成像分辨率的技术都涉及传统地震学。例如,微重力代表了一种低成本的替代方案。与储层相关的重力场随着密度不同的储层流体通过储层地层的运动而变化。
卫星大地测量法在测地学、测量工程和相关学科中得到越来越广泛的应用。特别是,现代精确和实用的卫星定位和导航技术的发展已经进入了地球科学和工程的所有领域。新的和即将发射的卫星任务以及对地球在太空中自转的监测对精细结构重力场模型的需求也日益增长。多年来,我一直觉得确实需要一本涵盖整个主题的系统教科书,包括其基础和应用。我希望这本书至少能在一定程度上满足这一要求。这里介绍的材料部分基于汉诺威大学自 1973 年以来教授的课程和国外客座讲座。我希望这些材料可以用于其他大学的类似课程。本书主要面向大地测量学、测量工程、摄影测量、制图学和测绘信息学领域的高年级本科生和研究生。本书还旨在为对卫星大地测量方法和结果感兴趣并需要了解最新发展的专业人士提供信息来源。此外,本书还面向工程和地球科学相关领域的学生、教师、专业人士和科学家,如陆地和空间导航、水文学、土木工程、交通管制、GIS 技术、地理、地质、地球物理学和海洋学。为了实现这一目标,本书的性质介于教科书和手册之间。所需背景是本科数学和初等数理统计水平。由于该领域的快速和持续发展,有必要进行选择,并给予某些主题比其他主题更大的权重。本书特别重视基础知识和应用,尤其是使用人造卫星确定精确位置。本书还添加了全面的参考文献列表,以便进一步阅读,从而促进更深入和更高级的研究。本书第一版于 1993 年出版,是 1989 年以德文出版的《Satellitengeodäsie》一书的英文翻译和更新版。目前的版本经过了彻底的修订和显著的扩充。本书保留了第一版的基本结构,以促进教学的连续性;但是,删除了过时的材料并添加了新材料。所有章节都已更新,有些章节已重写。总体状态为 2002 年秋季,但已包含截至 2003 年 3 月的一些最新技术发展。扩展和更新主要涉及参考坐标系和参考框架[2.2]、信号传播[2.3]、CCD 技术的方向[5.2]、全球定位系统 (GPS) 和 GNSS [7]、卫星激光测距[8]、卫星
引言 太阳系中的小天体代表着当今太空探索的前沿。 各种任务例如罗塞塔号 [ 1 ]、隼鸟 1 号 [ 2 ] 和隼鸟 2 号 [ 3 ] 以及奥西里斯-雷克斯 [ 4 ] 都已向这些目标发射,而其他任务也计划在未来执行 [ 5, 6 ]。 当到达小天体附近时,深空立方体卫星具有多样化和补充大型航天器任务的优势 [ 7 ]。 事实上,一旦主航天器到达目标,它们就可以被用作机会性有效载荷,部署在现场。 NASA 和 ESA 之间的 AIDA (小行星撞击和偏转评估) 合作就是一个例子,旨在研究和描述与 Didymos 小行星系统的撞击 [ 8 ]。作为此次合作的一部分,NASA 发射了 DART(双小行星重定向测试)动能撞击器航天器 [9],LICIACube 将于 2022 年秋季对其与次级小行星 Didymos 的撞击进行观测和表征 [10]。作为此次合作的一部分,ESA 将于 2024 年 10 月发射 Hera 任务 [6],同时发射两颗深空立方体卫星,分别是 Juventas [11] 和 Milani [12-14],以研究和表征该系统。2027 年 1 月 Hera 抵达后不久,在 20 到 30 公里的距离之间将进行早期表征阶段,旨在确定天体的形状和重力场。随后将在约 10-20 公里的距离处进行详细表征阶段。在此阶段,两颗立方体卫星将从 Hera 母舰上释放,增强任务的科学回报。 Juventas 将配备单基地低频雷达和加速度计,而 Milani 将携带 ASPECT [ 15 ] 可见光和近红外成像光谱仪以及 VISTA 热重仪 [16],以表征小行星周围的尘埃环境。自主光学导航 (OpNav) 是现在和未来探索任务的一项使能技术。这种技术利用图像处理 (IP) 方法提取一组光学可观测量,用于生成具有相关不确定性的状态估计。这种估计通常通过滤波获得,滤波将来自动力学的信息与观察模型相结合,以实现比单独应用 IP 高得多的精度。由于可以使用低成本和低质量的传感器在机载以低成本生成图像,因此 OpNav 的机载应用越来越受到关注。这对于立方体卫星任务尤其重要,因为立方体卫星任务通常在质量和功率方面受到严格限制。在接近小型飞机的情况下,可以利用 OpNav 通过允许自主操作和解锁执行关键操作的能力来降低运营成本。通过将 OpNav 功能与制导和控制算法相链接,在不久的将来,可以预见自主 GNC 系统将出现在自主探索任务中,届时将减少或完全消除人类在环。在这项工作中,我们首次介绍了 Milani 任务基于 OpNav 的 GNC 系统的主要特征,以及任务状态的最新概述。本文的其余部分组织如下。第二部分提供了 Milani 任务的一般概述。第三部分详细介绍了 Milani 的 GNC 系统。从第三部分 A 中的 IP 开始,然后是第三部分 B 中的导航和第三部分 C 中的制导和控制。最后介绍 Milani 的 GNC,简要概述了该系统的初步设计