星载TDI CCD动态成像全物理仿真系统设计

基于高精度卫星姿态控制仿真三轴气浮台,研制了高精度卫星姿态控制仿真子系统,用于为地面TDI CCD动态成像仿真系统提供真实的仿真环境。根据TDI CCD实际成像原理,采用软件模拟替代实际线阵相机的TDI电荷转移迭加过程,研制了基于面阵CCD的星载TDI CCD动态成像仿真系统。利用该系统,实现了最高指向控制精度为0.1°,姿态稳定度为0.01(°)/s的卫星姿态控制仿真实验,模拟了积分时间为0.1 s的TDI CCD相机4~16级动态成像过程。研究了卫星姿态对TDI CCD相机拍照的影响,分析了实际航天高性能TDI CCD相机成像建模理论。像移速度匹配误差为0,姿态稳定度大于0.01(°)/s的实验显示了物理仿真与数学仿真结果与理论分析基本一致,不仅验证了该平台物理仿真方案的正确性,也初步验证了航天CCD成像建模理论的正确性。     

姿态对地指向不断变化成像时的像移速度计算

基于线阵时间延迟积分(TDI)CCD推扫成像原理,分析了敏捷卫星在三轴姿态机动过程中动态成像的像移问题。由于姿态对地指向不断改变会导致像面空间方位不断改变,从而造成像移速度的改变,本文通过坐标变换法推导出了动态成像方式下的像移速度数学解析表达式,仿真得到了不同姿态机动角速度情况下的TDICCD积分时间数量级。数值仿真分析表明:当前50μs级的航天相机在700km的轨道高度可以实现以0.5(°)/s角速度上限进行动态推扫成像;当姿态机动角速度大于0.5(°)/s时,曝光时间越来越短,需要设计更高水平的相机。以上结论表明,对于不同角速度的动态成像任务,需要量化TDICCD积分时间数量级,实现在三轴姿态机动过程中开启光学有效载荷来完成推扫成像的动态成像。     

基于差分法的空间相机像移速度矢量计算

为了实现空间相机精密像移补偿,提出了一种基于差分法的空间相机像移速度矢量计算模型.首先,应用坐标变换建立空间相机对地成像模型,分析了空间相机在垂直摄影、侧摆摄影和前后摆摄影时,目标像点与成像面之间的相对运动情况.然后,根据目标像点在成像面上的匀速运动规律,提出对像点位置坐标进行差分计算求得像移速度矢量的方法.最后,对提...     

基于火星大椭圆轨道像移补偿计算方法

为了实现天问一号高分辨率相机在大椭圆轨道下对火星表面高质量成像,建立了基于火星的大椭圆轨道像移计算模型.对大椭圆轨道和像移计算方法进行研究.首先,根据大椭圆轨道的特点,分析大椭圆轨道与近圆轨道存在的差别.接着,依据椭圆特性和角动量守恒原理计算高分辨率相机到火星中心的距离、椭圆运动轨道速度、轨道速度与离心速度的夹角.然后...     

空间相机地心距误差修正

为了修正时间延迟积分(TDI) CCD空间相机像移补偿计算中的地心距误差,减小其对像移速度相对误差的影响,推导出了星下点成像的像移速度计算模型.通过该模型分析了地心距误差对像移速度相对误差的影响.根据地心距误差的来源,分两步修正了地心距误差:采用WGS-84(World Geodetic System)模型修正地球的偏心率引起的地心距误差;采用地球海拔高度数据源(USGS DEM)制作电子高程图,修正了地球表面海拔高度不同引起的地心距误差.推导出了地心距误差修正后的空间相机星下点成像的像移速度模型.修正后模型计算以及分析结果表明:WGS-84模型和电子高程图对地心距误差的修正消除像移速度相对误差最大分别为2.85％和1.76％.地心距误差的修正极大地减小了前向(沿TDI CCD积分方向的)匹配误差,提高了TDI CCD空间相机成像质量.     

TDI CCD电荷转移对遥感相机成像质量的影响

由于多相位TDI CCD行间电荷转移引起的像移无法通过光、机、电等方法消除,本文研究了电荷转移对遥感相机成像质量的影响.首先,介绍了推扫式遥感相机的工作原理与前向像移补偿方法.接着根据TDI CCD行间电荷的转移方式,利用脉冲传递函数建立了电荷转移速度模型,并对TDI CCD电荷转移速度与景物像点移动速度进行了比较分析...     

机载成像系统像移计算模型与误差分析

研究了机载成像系统的像移及其对成像质量与相机分辨率的影响。为准确获取像移矢量,实现成像系统像移补偿,提出了一种基于坐标变换的机载成像系统像移计算模型。通过线性坐标变换,建立了从地面目标景物到成像系统像面的坐标变换模型,推导了地面目标景物在成像系统像面的解析表达式,根据坐标在相机积分时间内的变化来确定像移矢量。分析了成像系统像移误差的主要来源,讨论了载机轨道坐标、飞行姿态角和相机视轴角误差对像移计算结果的影响,采用蒙特卡罗方法分析和统计了像移计算误差。样本实验结果表明,在载机姿态角和相机摆角不变条件下,像移量与载机速度成正比,与目标距离成反比,像移误差随着参数误差的增加而增加,其中载机经度和纬度误差是影响像移计算误差的重要因素。结果显示本文方法对机载成像系统的像移补偿具有实用价值。     

基于DSP的空间相机像移速度计算的研究

为了精确匹配地物运动在空间相机像面产生的像移,实现了以WGS-84坐标系下航天器位置向量及速度向量,航天器轨道坐标系下姿态角及姿态角速率作为输入参数的像移速度计算方法。首先,在原有像移速度计算模型的基础上选取了惯性坐标系,降低了求解轨道倾角和降交点经度的复杂性。并通过球面几何的余弦定理直接求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值,避免了原像移速度计算模型中通过判断卫星飞行方向和星下点纬度来求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值的过程。接着,将星下点的经度和纬度与FLASH地址有机的联系在一起,避免了访问高程数据时繁琐的查表过程。然后,通过分析像移速度残差对相机MTF的影响,评估了像移速度计算模型的可行性。最后,在TI的DSP上实现了像移速度计算的整个过程。分析及实验结果表明,像移速度计算残差为1.5‰,引起的相机MTF下降为1％,像移速度计算时间小于2ms。满足空间相机对像移速度的计算精度和计算时间的要求。     

空间相机像移速度计算方法及DSP实现

为了精确匹配地物运动在空间相机像面上产生的像移,实现了以WGS-84坐标系下航天器位置向量及速度向量、航天器轨道坐标系下姿态角及姿态角速率作为输入参数的像移速度计算方法.首先,在原有像移速度计算模型的基础上选取惯性坐标系,降低了求解轨道倾角和降交点经度的复杂性.通过球面几何的余弦定理直接求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值,避开了原像移速度计算模型中通过判断卫星飞行方向和星下点纬度来求解航天器与降交点相对地心夹角余弦值这一过程.然后,有机联系星下点的经度和纬度与FLASH的地址,避开访问高程数据时繁琐的查表过程.通过分析像移速度残差对相机MTF的影响,评估了像移速度计算模型的可行性.最后,在TI的DSP上实现了像移速度的整个计算过程.分析及实验结果表明,像移速度计算残差为0.15%,引起相机的MTF下降为1%,像移速度计算时间＜2 ms,满足空间相机对像移速度的计算精度和计算时间等要求.     

凝视模式下的画幅相机两轴像移补偿

通过斜视画幅相机的几何模型,选择载机相关坐标系,建立了计算目标航迹速度到像面坐标系下像移速度的数学模型。通过坐标变换将航迹速度(目标在航迹坐标系下的速度)转换至机体坐标系下的速度矢量,最终至补偿坐标系下的运动矢量;计算视轴长度,得到了扫描镜补偿角速度。最后,阐述了像面旋转机构在像移补偿中的作用,并给出了具体位置角计算公式。提出的采用扫描镜和像面旋转机构相结合的方案实现了凝视工作模式下的画幅相机像移补偿,利用坐标变换计算出的相应量,可为将来画幅相机在该模式下的像移补偿工程应用提供必要的参考。     

基于矢模糊函数的旋转机械故障诊断方法的研究

结合全矢谱技术与模糊函数,提出了一种矢模糊函数的新概念。定义的矢模糊函数继承了全矢谱技术与模糊函数各自的优点,既能全面地反应机械振动的全面性,又能很好地抑制Wigner分布中的交叉项干扰。阐述了矢模糊函数的定义、算法及其特点,并把矢模糊函数成功地应用到旋转机械故障诊断中。为了对比分析,还通过类似的方法定义了矢Wigner分布。仿真和实验结果表明,提出的矢模糊函数在旋转机械故障诊断中是非常有效的,矢模糊函数优于矢Wigner分布。     

工程中的类复向量法

首先介绍由作者定义的类复向量的基本理论,然后给出类复向量矩阵和基变换矩阵,最后给出闭链、开链类复向量矩阵方程,并指出这两类方程在工程计算上的应用实例。     

基于电压空间矢量调制的交流调速系统

在分析电压空间矢量调制（SVPWM）基本原理的基础上,提出了一种基于SVPWM矢量控制的交流调速系统.对该系统进行仿真的结果表明,系统有良好的性能.     

微光学系统矢量衍射成像中畸变的衍射机理与计算

用瑞利—索末菲矢量衍射公式导出微光学系统矢量衍射像点光强分布的计算式,探讨矢量衍射成像中畸变的衍射机理与计算。模拟试验表明微光学系统矢量衍射成像不但要考虑横向场还要考虑纵向场,畸变校正要进行位置校正,光强也要做适当校正,有利于微光学成像系统的像差分析与处理。     

遥感数字图像分类编码软件仿真

图像分类法是一种自适应图像编码方案,文献^[1]提出了向量标量分类方法,对于普通图像进行自适应编码,具有编码辅助信息少编码效率高的特点.在卫星图像分类编码应用中,我们发现其编码效率体现的不明显.依据卫星数字图像边缘信息丰富,频谱中高频分量多的特点,在文献^[1]方法的基础上调整了频率划分的策略,提高了聚类效果.通过应用C++语言在计算机上进行仿真实验,结果表明分类编码效率明显提高.改进方法在卫星数字图像的自适应编码和高码率编码器设计中具有广泛的应用.     

全矢动平衡方法及其实验研究

将全矢谱技术应用于转子动平衡领域,提出1种新的转子动平衡方法——全矢动平衡方法(FVDB),给出了该方法的实现途径和核心算法.与传统影响系数法相比,该方法具有精度高、评价方法客观的优点.实验表明:该平衡方法效果好,操作简单,经该方法平衡过的转子,测得的振截面各个方向的振动都能控制到较低的水平,弥补了传统平衡方法单方向振动降低而其他方向振动仍处于超标状态的严重缺陷.     

基于信息融合的短时矢功率谱分析方法

研究了基于信息融合的旋转机械短时矢功率谱分析方法。根据单通道信号处理的不足,本文提出把全矢谱技术与短时傅里叶变换相结合,建立矢量信号的短时矢功率谱概念,导出其计算公式,阐述其图谱表达,并将其应用于实际故障诊断系统中。研究表明,短时矢功率谱可以对矢量信号的短时能量随频率、时间等的变化过程作出分析,可以应用于旋转机械故障诊断实践中。     

基于支持向量回归机的切削力预测

针对神经网络方法在切削力预测方面存在的缺陷,提出了一种新的基于支持向量回归机的切削力智能预测方法。分析了以往切削力预测模型中输入参数和输出参数的选择问题,在此基础上选择轴向切深、进给量、主轴转速和曲面半径四个关键指标作为预测模型的输入,选择XY平面上的切削力合力和轴向切削力作为预测模型的输出,进一步建立了基于支持向量回归机的切削力预测模型。仿真实例的预测结果表明,建立的智能切削力预测模型合理有效。     

一种基于EMD与多特征支持向量机(SVM)故障诊断方法

针对齿轮箱故障振动信号的不平稳非线性冲击行为,本文提出了一种基于经验模态分解的特征值提取及多特征支持向量机的智能诊断方法。在电机频率分别取30 Hz、35 Hz、40 Hz;载荷分别取0 N∙M、15 N∙M、30 N∙M;采样频率为1500 Hz条件下,进行齿轮正常状态、齿面磨损和齿轮裂痕故障模拟实验。试验结果表明:该创新方法在有限样本数据分析中可以准确、有效地对齿轮箱的工作状态和故障类型进行分类,且支持向量机在故障诊断中使用方便,可以提高诊断的精确性,在齿轮箱故障诊断或类似振动信号的检测应用中具有很强的实用性。     

样条函数在曲线拟合中的应用

本文主要介绍了在工程设计和科学实验中,利用样条函数进行曲线拟合的方法,给出了具体应用程序并加以说明。