面向减灾应用的光学成像静止卫星能力分析

静止卫星凭借其宽覆盖、高时效、机动灵活的特点,在国家减灾救灾业务中有着独特的应用优势。在回顾国内外静止卫星发展的基础上,总结其光学成像传感器在灾害监测预警中的应用现状和存在的问题。基于静止卫星及其载荷现有研制基础,从灾害管理各阶段应用需求出发,分析光学成像静止卫星在减灾中的应用潜力。根据减灾救灾实际业务和应用需求,分别从卫星工作模式、观测频次以及光学图像的几何性能、光谱范围、辐射性能等5个方面提出对静止卫星的技术指标要求,为推动我国的防灾减灾光学成像静止卫星建设提供借鉴。     

全球成像系统2000卫星的姿态确定与控制

由Ball航宇公司设计的全球成像系统2000卫星,是新世纪商用遥感卫星的一员,目前正处于研制开发过程中。卫星姿态控制系统的设计既能满足用户的要求,也存在激烈的竞争,通过竞争产生了新一类廉价、灵巧和精确指向的卫星。为了在每个轨道周期中获得最大数量的、数据丰富的高品质图像,卫星上使用一精密敏感器和高性能执行机构,对卫星公用舱和望远镜和结构进行了优化,并且开发了设计精良、高保真度的姿态确定和控制算法。卫星上生跟踪器、环形激光陀螺、GPS接收机和大力矩反作用轮,为卫星的精确机动、望远镜指向和地面目标成像提供输入信息和驱动能力。卫星结构包括一个廉价的铝制公用舱,公用舱上按照运动学原理安装了一个精密的合成光学平台。姿态系统软件包括：鲁棒而精确的姿态确定算法,功能强大而易于运算的期望姿态状态函数,使结构激励极小的快速机动仿真软件,反作用轮力矩极小化函数,低干扰的太阳帆控制,以及一个灵活的电磁铁／磁强计动量管理系统。系统有多种可选用的运行模式,以及一个灵活的电磁铁／磁强计动量管理系统。系统有多种可选用的运行模式,包括固定或扫描地球目标的成像,固定或恒速惯性指向,用于下行链路传输和标定的轨道系指向,可选择的惯性姿态,轨道坐标姿态或者偏航等待姿态,电源保持安全模式,以及支持推力器开环与闭环点火的轨道调整模式。     

全极化微波辐射计扫描目标成像方法研究

微波辐射计是被动遥感仪器,对人体无害,这使其对人体辐射信息成像具有很大的优势。全极化微波辐射计可以通过测量目标的4个Stokes参数得到目标的全部极化信息,这对人体亮度温度分布的测量和分析是一种有效的补充,使全极化辐射计在医学方面的应用成为可能。基于上位机软件控制的二维扫描平台,设计出一套软件控制与成像方法,控制全极化辐射计对目标进行平面扫描,得到目标的辐射亮温图像。使用37GHz的全极化辐射计进行在近场条件下的人体扫描成像实验,得到了T_v、T_h、T_3、T_44个通道的人体量温图像,验证了全极化微波辐射计扫描人体成像方案的可行性。     

关于射频目标跟踪半实物仿真系统设计北大核心CSCD

在雷达精确制导中,需要通过精确控制自动地把导弹引向目标。在研发测试过程中一般使用射频目标跟踪半实物仿真系统,通过控制天线阵馈电方案模拟目标位置,使三轴模拟转台控制导引头指向目标位置来测量精度。但是磨损等原因使得三轴模拟转台产生的机械误差和在天线阵设计过程中产生的计算误差都会对测试精度产生影响。根据以上提出了估算转台机械误差和天线阵计算误差对于制导系统精度影响的方法。转台误差的影响分析利用了多种坐标系转换,在计算误差的分析过程中使用了误差圆的概念,给出了计算误差对制导系统精度影响的分析方法。仿真结果表明,上述方法能够对使半实物仿真系统的测试精度进行较好优化,最终提高雷达制导精度。     

基于LAN的转台机动控制虚拟动态测试分析系统设计

针对卫星姿态机动控制地面物理仿真监测实验,设计了卫星姿态机动控制性能动态测试分析系统;测试系统采用码盘作为测角传感器、数字I/O接口卡、测试目标为飞行器仿真气浮单轴实验转台,Labview和Access为开发软件;运用了动态测试技术、Lab-view与SQL连接的ADO技术,设计了库结构,利用Datasocket技术实现了实验数据的网络通讯,并介绍了系统硬件设计方法和软件系统设计方法,该系统实现了角度动态数据采集、数据自动存储、数据自动分析、数据管理及数据自动打印等实验功能,分析结果包括机动范围、姿控精度、控制误差及机动响应时间等数据项,还实现了局域网内PC机在线实验观测和实验数据备份功能;经实验验证,达到预期的实验测试任务要求。     

基于STK的侦察卫星预警系统设计与仿真

侦察卫星可以全方位全天候的对全球进行侦察,对侦察卫星的预警是有必要的.文中首先基于Access数据库建立了侦察卫星数据库,主要针对光学成像卫星、雷达成像卫星以及电子侦察卫星三类;通过STK(卫星工具包)的STK/Connect模块实现了侦察卫星数据库与STK的连接,基于STK平台实时的显示了侦察卫星的在轨运行以及对地覆盖情况.文中通过VC来生成系统界面,首先通过界面来操作数据库信息,然后把卫星载入到STK平台,通过界面设定仿真时间,设定特定区域,仿真设定的时间段内卫星的运行及对区域的访问情形,通过STK的报告生成功能可生成卫星在此时间段内对区域的访问报告,根据报告可对访问该区域的侦察卫星进行预警.     

日本海洋观测卫星MOS-1号发射

日本海洋观测卫星MOS-1号已于元月20日在日本种子岛用N-Ⅱ火箭发射成功。该卫星采用太阳同步准回归轨道,这是一种特殊的圆形轨道,距地面约900公里。卫星重量为700公斤。设计寿命2年。携带三种传感器,其中两种是光学传感器,即可见光与近红外辐射计(MESSR)和可见光与热红外辐射计(VTIR)。MESSR传感器具有4个波段,分辨率50米。卫星同时携带两部MESSR,用一部可覆盖地面100公里的条带,两部同时工作覆盖地面的条带为180公里。VTIR传感器用于获取有关地球表面温度分布的信息,其回转扫描镜的扫描条带宽度为1500公里,可见光波段的分辨     

面向观测任务的小卫星轨道仿真优化设计

研究对地观测小卫星轨道设计问题,是以区域覆盖性能为优化目标,对小卫星进行轨道设计。传统轨道设计方法要建立复杂的轨道动力学模型,优化过程计算量大、效率低,优化结果对不确定因素考虑不足。针对以上问题,结合遗传算法(GA)与灵敏度分析对面向区域观测任务的小卫星轨道进行优化设计。通过连接STK与VC实现覆盖性能计算,利用遗传算法实现小卫星轨道优化,采用灵敏度分析方法研究优化后的轨道参数变化对覆盖性能的影响程度。仿真结果表明优化后的小卫星轨道满足设计要求,能够达到覆盖性能最优。仿真结论,改进方法简单有效,优化效率高,可为实际工程中的小卫星轨道设计提供借鉴。     

转台控制实时虚拟监测及卫星动画演示技术研究

针对卫星姿态控制物理仿真实验任务的需要,在单轴气浮物理仿真平台环境下,研制了转台机动控制参数实时监测和卫星三维动画实时仿真演示实验系统;用LabVIEW软件实现了转台机动控制参数实时采集及显示,自动打印及自动存储功能,并调用STK的Connect函数功能,实现了转台机动过程的卫星实时三维图形动画演示功能,并在LAN下实现数据共享和数据备份;该实验系统可提供转台机动控制参数,如机动角度,机动时间,机动角度误差,最小机动角度,最大机动角度及卫星三维姿态和轨道实时仿真参数;实验结果表明达到了预定设计效果和实验任务要求。     

基于RBF神经网络的船舶自适应区域到达控制

针对全驱动海洋水面船舶的区域到达控制问题,结合反演法,提出了一种基于RBF神经网络的自适应区域达到控制算法。与传统的定点控制方法不同,区域到达控制概念中将控制目标设定为以期望点为中心的空间区域。控制器的设计实现主要采用了目标势能函数、反演设计方法和李雅普诺夫稳定性理论。利用RBF神经网络,对全驱动船舶模型中的不确定函数及外部环境扰动进行有效逼近。通过李雅普诺夫理论,对所提出的船舶区域到达控制算法进行了稳定性分析,并证明了闭环系统的一致最终有界性。仿真研究结果验证了所设计的区域到达控制器的有效性。     

基于卫星通信和无人船的海洋监测技术研究

海洋监测技术已列为我国中长期科技发展纲要中优先发展的前沿技术。随着定位、导航、控制等相关技术的快速发展,搭载多种传感器的无人船,可在近、中、远等不同海域长时间自主工作,连续进行数据采集。随着卫星通信技术的发展,长期困扰海洋监测设备的通信问题,出现了越来越多的解决方案。结合智能控制的无人船传感器平台,基于新一代卫星通信技术构建全球测控网络,基于大数据技术实现海洋监测数据存储、处理、分析等工作的自动化,基于互联网技术的最新成果,建立海洋监测数据的服务框架,提出了一套全新的海洋监测及数据应用的解决方案。     

多轴运动控制器在转台控制系统中的应用

提出了一种基于多轴运动控制器的转台控制系统的组成方案.给出了转台的基本组成,介绍了多轴运动控制卡功能及其硬软件的开放性。分析了控制系统的组成原理,详细介绍了控制系统总体设计方案和基本的硬件配置结构,以及此控制系统的软件设计方法和功能实现。通过此基于多轴运动控制卡的控制系统实现了转台的实时控制及伺服控制。     

基于SiriusXM卫星广播服务的音频播放软件的设计

随着全球汽车工业的飞速发展,车载多媒体成为人们开车和娱乐的必要设备,而传统的FM和AM广播收音功能,由于接收信号的方向和传播距离的限制,其音质方面受到了一定的影响。采用卫星广播就能够提高音质,同时还可以提供更多的收音频道和功能。天狼星XM公司推出的SiriusXM卫星广播服务替代传统的FM和AM广播收音服务,从而改善车载系统的收音品质和用户体验。本文就是采用SiriusXM卫星广播服务对车载多媒体的音频播放软件进行了设计。     

FGSC-23：面向深度学习精细识别的高分辨率光学遥感图像舰船目标数据集

目的 基于光学遥感图像的舰船目标识别研究广受关注,但是目前公开的光学遥感图像舰船目标识别数据集存在规模小、目标类别少等问题,难以训练出具有较高舰船识别精度的深度学习模型。为此,本文面向基于深度学习的舰船目标精细识别任务研究需求,搜集公开的包含舰船目标的高分辨率谷歌地球和GF-2卫星水面场景遥感图像,构建了一个高分辨率光学遥感图像舰船目标精细识别数据集（fine-grained ship collection-23,FGSC-23）。方法 将图像中的舰船目标裁剪出来,制作舰船样本切片,人工对目标类别进行标注,并在每个切片中增加舰船长宽比和分布方向两类属性标签,最终形成包含23个类别、4 052个实例的舰船目标识别数据集。结果 按1：4比例将数据集中各类别图像随机划分为测试集和训练集,并展开验证实验。实验结果表明,在通用识别模型识别效果验证中,VGG16（Visual Geometry Group 16-layer net）、ResNet50、Inception-v3、DenseNet121、MobileNet和Xception等经典卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）模型的整体测试精度分别为79.88%、81.33%、83.88%、84.00%、84.24%和87.76%;在舰船目标精细识别的模型效果验证中,以VGG16和ResNet50模型为基准网络,改进模型在测试集上的整体测试精度分别为93.58%和93.09%。结论 构建的FGSC-23数据集能够满足舰船目标识别算法的验证任务。     

Coupling-based criteria for integration testing

Integration testing is an important part of the testing process, but few integration testing techniques have been systematically studied or defined. The goal of this research is to develop practical, effective, formalizable, automatable techniques for testing of connections between components during software integration. This paper presents an integration testing technique that is based on couplings between software components. This technique can be used to support integration testing of software components, and satisfies part of the USA's Federal Aviation Authority's requirements for structural coverage analysis of software. The coupling-based testing technique is described, and the coverage criteria for three types of couplings are defined. Techniques and algorithms for developing coverage analysers to measure the extent to which a test set satisfies the criteria are presented, and results from a comparative case study are presented. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢环反射式光栅编码器在转台伺服系统中的应用

在使用望远镜转台伺服控制系统中,精确检测转台位置和速度对实现恒星,卫星稳定跟踪非常重要,常规的增量式编码器难以满足跟踪精度要求.鉴于此,选用一种高精度的钢环反射式光栅编码器(RESM20USA413),且与ARM处理器的接口电路简单,对编码器输出信号进行了光学细分,滤波处理,并对系统进行了跟踪测试.实验结果表明:采用RESM20USA413作为直驱转台伺服系统的编码器,方位,俯仰轴的跟踪精度均在5″以下,满足系统的跟踪要求.     

Analysis of 1.4 GHz Radiometric measurements from Skylab

Results from the 1.4 GHz, S-194, microwave radiometer located on the SKYLAB satellite are presented. The objective of the investigation is to establish the degree to which quantitative measurements of sea surface temperature, salinity and related marine wind fields can be made using the S-194 radiometer. The analysis of the S-194 data demonstrates that it is possible to make measurements of the brightness temperature of open ocean areas with an RMS absolute accuracy of ±1.3 K over a wide range of environmental conditions. The S-194 is relatively insensitive to sea surface temperature changes and, even though measurements are available over a range in sea surface temperature of 30°C, no significant change in the measured antenna temperature was detected. However, S-194 is relatively sensitive to changes in surface salinity; and the analysis of data taken over the open ocean shows that salinity can be determined to an accuracy of ±2 parts per thousand. Further, it is shown that is it possible to accurately model complex regions such as lakes and bays, where a significant portion of the antenna beam is filled by land, and obtain excellent agreement between calculated and measured antenna temperatures. Open ocean measurements, obtained over the wide range in winds speeds of from 0 to 48 knots, show the antenna temperature to be weakly, but unambiguously, correlated with wind speed. The wind speed dependence determined, of 0.16 K/knot, indicates that surface wind speed can be measured to an accuracy of ±8 knots using the S-194.     

捷联惯导动态角精度实时测试评定技术

针对验收和使用捷联惯导过程中对其姿态角、姿态角速度精确动态测试及性能评估的需求,设计了角度和角速度精度评估模型,利用高精度三轴转台、电子水平仪和高精度陀螺寻北仪等标准设备构建了检测评估系统。该系统可自动操控转台为被测捷联惯导提供动态角度和角速度激励,模拟摇摆、加速、减速、静态、匀速多种工况,并实时采集转台和捷联惯导的姿态角和姿态角速度输出偏差,实现了对动态角精度进行实时评估。通过检测OCTANS角精度实验,证明了该方法实时有效,动态激励全面,检测精度高,为捷联惯导动态角精度的评估提供了工程实用的新途径。     

基于中间节点预测的卫星光通信精确跟踪控制系统设计

针对现有卫星光通信跟踪控制系统存在光通信信号数据分割误差大,跟踪控制精度降低的问题,提出基于中间节点预测的卫星光通信精确跟踪控制系统设计;采用DPS嵌入式技术构建基于中间节点预测数据处理的硬件平台,利用MCU作为中间节点预测数据的指挥调度单元;将CDD光学传感器应用于光通信光谱信号特征采集单元;通过STM32F103RBT6主控对CDD光学传感器的高精度光通信光谱特征信号处理;通过73M2901CE-IGV/F跟踪信号精度调制IC完成对高精度跟踪信号的控制调节;对设计系统控制精度的多场景进行测试;数据表明,设计系统能够支持光通信信号强度大于32％小于50％的条件下,保持通信跟踪控制指标为0.92,最大化接近标准指标量1,在600个测试数据量下,所设计系统的检测耗时为1.2s,说明所设计跟踪控制的精度较高,控制耗时较短,满足光通信实际跟踪控制系统的应用要求.     

结冰风洞试验段转盘控制系统设计与应用

结冰是飞机的重大安全隐患,结冰风洞是研究飞机结冰与防除冰的地面试验设备,飞机模型安装在试验段转盘上,通过精确控制转盘带动模型旋转模拟姿态变化;研制了适用于低温、低气压、高湿度环境的转盘机械机构;设计了以317T-CPU、IM174模块和交流伺服的转盘控制系统总体方案,开发了功能完善的转盘监控软件;通过参数优化、主从偏差控制和全闭环位置控制,实现了3个试验段5套转盘机构单转盘、上/下或左/右转盘高精度同步控制;解决了特殊环境下转盘控制系统运行维护问题.转盘控制系统运行超过8年,转盘角度范围±180°,转盘角度和同步控制精度不低于0.02°,各项技术指标达到设计要求,保证了结冰风洞各项试验任务顺利完成.