空间相机次镜在轨校正仿真分析

针对空间环境变化引起的面形误差和位置误差导致空间相机成像品质下降的情况,提出一种次镜调整补偿系统像差的多软件联合仿真方法。采用次镜调整来补偿系统像差的方法,利用条纹泽尼克多项式来拟合系统波前像差,建立像差系数和次镜调整量之间的多视场灵敏度矩阵模型,进而通过最小二乘法迭代计算求解出各调整量,实现次镜在轨校正的闭环控制。以偏视场同轴三反消像散光学系统为例进行仿真分析,次镜多次迭代调整可以使系统多个视场的波像差接近原始设计值。仿真结果验证了次镜在轨调整的像差补偿作用,为空间相机在轨主动像差校正技术提供了工程应用参考价值。     

基于最小二乘支持向量机的SAR平台定位

将SAR平台定位分解为粗略定位和精确定位两个阶段。首先,在SAR正侧视成像的条件 下,利用某个方位门内的所有控制点,采用非线性最小二乘平差粗略估计出SAR平台在该方 位时刻的空间位置,并从理论上推导了控制点的误差协方差矩阵到SAR平台定位的误差协方 差矩阵的传递规律。其次,利用各个方位时刻粗略估计的SAR平台位置,采用最小二乘支持 向量回归机精确估计SAR平台的运动方程,从而精确估计SAR平台在某个时刻的空间位置。仿 真试验表明,本文提出的方法能够精确地反演出SAR平台的空间位置。
     

抗光轴扰动的双目视觉测量方法

针对交会对接过程中双目测量相机受空间环境影响其光轴指向发生扰动的问题,提出一种抗光轴扰动的双目视觉测量方法。通过辅助光路将固定于卫星本体的参考标志分别成像于两侧像面的边缘,根据其图像变化估计光轴扰动变换矩阵,补偿因光轴扰动而产生的像面变化,从而实现抗扰动测量。理论推导表明：只要参考标志位于两侧相机视场内,便能够校正相机光轴扰动。利用地面试验平台进行了光轴扰动校正的仿真试验,试验结果表明：当两侧相机光轴存在扰动时,该方法能够有效校正光轴扰动,极大地提高了三维位置的测量精度。     

资源一号02B星相机相对辐射校正方法分析

文章首先分析了探元的线性度;然后分别根据实验室积分球状态下和整星半积分球状态下的定标数据采用最小二乘法计算出两组定标系数,对实际图像进行相对辐射校正分析比较其效果,给出整星半积分球状态下的定标数据更真实反映相机响应度不一致现象的结论,并对后续卫星相机的定标工作提出建议;最后针对中巴地球资源卫星相机的特点,提出了一种进一步消除细微条纹噪声的改进方法.     

基于图像的着陆点评估及探测器运动估计方法

针对深空探测任务特点给出了一种基于导航图像的探测器着陆点选择与探测器运 动估计技术。考虑到在着陆初始阶段(探测器高度＞2 km)导航相机所拍摄到的天体表面 近似为平面。这里通过跟踪至少4个平面内的特征点在导航图像序列 中的位置, 利用最小二乘法计算单应矩阵,由该矩阵得到探测器部分相对运动参数。结合激光测距仪给 出的探测器与天体表面之间的距离信息,可以得到全部6自由度参数。安全着陆点的选择与 评估首先利用图像灰度预选出平整的着陆点,再由着陆点对应的单应矩阵和之前获得的帧间 相对运动验证着陆点坡度。蒙特卡洛仿真结果表明,着陆点评估算法能够有效地选取满足平 整和坡度要求的着陆点,运动估计算法实时地对探测器参数进行估计,平移估计相对误 差小于10％,旋转估计误差小于0.23°。
     

“嫦娥二号”卫星CCD立体相机的关键技术

文章介绍了中国两次绕月探测中 CCD 立体相机所采用的技术与创新,并与国际同类相机所获取的图像进行了比较;在此基础上详细介绍了“嫦娥二号”(CE-2)卫星CCD立体相机的综合创新集成技术--“单镜头两视角同轨立体成像、时间延迟积分图像传感器（TDICCD）推扫、速高比补偿”,并从工程目标与科学目标出发进行探测灵敏度及成像动态范围的需求分析;根据需求分析确定了总体技术方案,包括光、机、电的优化设计以及对月探测中首次采用TDICCD的技术困难与对策;特别讨论了速高比补偿的方案及实施途径,并进行了在轨试验验证。文章最后分别给出了虹湾地区成像分辨率为1.3m以及全月面分辨率为7m 的代表性图像,图像清晰、层次丰富,显示出中国在对月立体成像技术上取得了显著进步。     

MTF对立体测绘高程精度影响研究

MTF（调制传递函数）是反映测绘相机性能的重要指标,研究MTF对测绘高程精度的影响可以对相机的设计指标提出要求,对提高测绘精度具有极其重要的意义。文章通过计算机仿真的方法进行研究,利用3DStudioMax软件构建三维模型与模拟成像、用Harris算子提取图像特征点,并用奇异值分解与最小二乘法进行特征点的匹配,通过前方...     

月面探测中的单目相机成像测量方法

针对月面着陆及就位探测过程中各类相机成像的工程实际,文章分析了降落过程单目成像的特定条件,提出了降落相机序列成像单应矫正的大场景高分辨率图像生成方法,在此基础上提出了基于图像匹配的着陆过程飞行器定位方法;针对着陆后就位探测所具备的位姿与场景约束信息,提出了应用单目成像的平面场景内目标测量;对远距离成像提出基于弱透视的目标距离与方位计算方法。这些方法已经应用在"嫦娥三号"任务着陆与就位探测中降落相机、监视相机、地形地貌相机等相机成像的处理,为探测过程提供了及时准确的测量信息。     

空间CCD相机辐射校正算法分析

空间 CCD 相机对均匀景物响应的不一致在图像中表现为条带现象,相对辐射校正可以减弱或消除条带效应。相对辐射校正可以使用不同的算法,但效果不同。文章选取了某空间 CCD 相机的实验室辐射定标数据,采用基准的归一化系数法和最小二乘法,分别计算该相机的3组相对辐射校正系数,并对实验室原始辐射定标数据进行相对辐射校正,验证3种算法的校正效果。通过相对辐射校正后的图像和3种算法的辐射校正残余误差分析,认为以所有辐亮度DN（digital number）均值为基准的归一化系数法的校正效果在多数辐亮度级下好于最小二乘法。最后分析了相机像元响应线性度和算法辐射校正残余误差的关系。     

基于主动光学的大型空间相机像质校正仿真

针对大型空间相机在轨像质受空间环境影响严重的问题,文章提出利用基于出瞳变形镜的主动光学技术,对大型空间相机在轨波前像差进行校正,以保证成像品质。文章基于主动光学技术原理、光学表面误差表征方法和变形镜数学模型,建立了大型空间相机像质校正全链路仿真模型,并利用有限元分析软件、光学设计软件ZEMAX与编程软件MATLAB,完成了相关仿真实验;对在轨特定工况条件下大型空间相机像质的退化程度和基于出瞳变形镜的主动光学技术的校正能力进行了分析。实验结果表明:经校正后的像质满足设计要求,为基于主动光学的大型空间相机像质校正技术提供了工程应用参考。     

基于纹理特征的地貌的统计贝叶斯划分方法研究

通过研究“嫦娥一号”拍摄的月球影像灰度图纹理特征,对月貌进行划分,提出一种利用月球纹理特征结合月球影像的灰度值,采用贝叶斯分类法来进行月球地貌的分类。月球影像的纹理特征是由灰度共生矩阵计算出来的13种纹理特征量来刻画的。具体方法是：首先,选择能将不同月球地貌区分开的最佳纹理特征及提取这些最佳纹理特征所采用的相应最优窗口尺寸;其次,对这些提取出的纹理特征进行主成分分析,去除相关性,再运用贝叶斯分类法进行月貌分类。实验表明,该方法能很好地提取出月球表面的纹理特征,并能成功地对月球地貌单元进行自动识别和分类。最后制作完成的月球地貌分区图能为月球的进一步研究提供参考,为更好地探索月球提供详细的资料。     

月面探测器月夜生存方法研究

提出一种月面探测器月夜生存方法,将探测器月面模式分为月昼工作模式和月夜休眠模式,并设计实现两种模式间的可靠转换。在月夜休眠模式将探测器设备断电解决无光照无太阳阵功率的问题;利用放射性同位素热源解决月夜期间探测器的热源问题,保证设备的存储温度;通过设计休眠光照唤醒和休眠定时时钟唤醒两种冗余设计方法实现探测器两种模式的转换。该方法已通过试验验证,可以为其他深空探测任务提供参考和借鉴。     

一种新的基于从明暗恢复形状的月球表面三维形状恢复算法

提出了一种新的基于从明暗恢复形状的月球表面三维形状恢复算法。首先 ,分析了在太阳光照条件下月球表面的成像模型,建立了基于Lunar\|Lambert反射模型的 图像辐照度方程。然后由图像辐照度方程建立相应的静态Hamilton\|Jacobi方程,使用
Lax\|Friedrichs sweeping方法逼近其粘性解,得到表面三维高度。最后通过对合成图像和 实际月球图像进行三维形状恢复,实验结果表明提出的新算法可以有效地应用于月球表面的 三维形状恢复。     

月球探测器转移轨道的中途修正

月球探测器的中途制导指的是在其转移轨道中途对轨道进行修正，使其按预定轨道飞行。本文研究的中途修正问题是确定所需的速度修正脉冲，使探测器不断接近标称轨道，并以预定状态到达月球，完成预定的飞行任务。本文首先建立中途修正的模型，其中月球和太阳的位置由DE405得到。然后，采用精确的数值积分方法找出满足预定条件(近地点高度、近月点高度及转移时间)的转移轨道。以该轨道作为标称轨道，分析中途修正所需要的速度修正脉冲与发射入轨时的初始误差(近地点速度误差、入轨高度误差、发射窗口误差等)和修正时刻的关系。最后分析两次中途修正的速度修正脉冲和修正时刻的关系，并得出适合的中途修正时刻。     

月球表层采样样品智能确认方法

表层采样是月球采样探测的重要方式，样品智能确认有助于提升工作效率与复杂问题处理能力。结合月球表层采样铲挖工作过程，分析了铲挖过程中臂载相机图像的特点，模仿有人参与识别过程，提出了层次解耦的月球样品智能识别流程，利用深度学习方法构建了一类深度卷积识别网络，完整地描述了图像、特征、标记在网络中的正反传递关系，并在月球表层采样地面试验中进行了验证，结果表明该方法对不同光照、不同背景、不同过程、不同形态的样品，具有较好的泛化识别能力，误识别率优于8.1%，平均单幅识别时间约0.7 s。     

嫦娥一号卫星的近期科学探测成果

嫦娥一号月球探测卫星采用CCD相机和激光高度计,对月球表面参数特征进行了测量,获得了覆盖完整、分辨率高的全月球数字高程模型（DEM）。基于数字高程模型,可以鉴别中尺度的月球表面的地质地貌、盆地和火山等。这些新的研究成果将有益于对月球地质演化的深入研究。     

定时定点月面着陆全程轨道控制设计

针对定时定点月面着陆的目标要求，提出了全程轨道控制设计方法。进行了包括地月转移、近月制动、环月降轨和动力下降的全程轨道控制的分段设计和联合规划，实现在入轨轨道偏差条件下的定时定点月面着陆。分别构建了中途修正、近月制动、环月降轨三段轨道控制的规划变量和目标参数；根据轨道倾角建立了动力下降点与着陆点的匹配转换关系。设计了中途修正、近月制动、环月降轨、动力下降的全程轨道控制策略的联合规划。建立了着陆位置偏差与轨道倾角偏差、着陆时间偏差与轨道半长轴偏差的修正关系，修正设计了中途修正目标倾角和近月制动目标半长轴。仿真算例表明，在入轨偏差轨道条件下，保证了中途修正后的飞行轨道与标称轨道基本一致，实现了与标称状态基本一致的定时定点月面着陆。可应用于月球着陆、月球采样返回以及载人登月等实施月面定时定点着陆任务的轨道设计和控制实施。     

月球表面热环境数值分析

月球表面热环境的研究对探月活动有重要意义,本文用数值方法分析了月球表面的热环境.首先计算了不同纬度地区地表辐射平衡温度的周期波动,然后建立了月球地表土壤的一维非稳态热传导模型,用此模型计算了不同纬度地区地表温度的波动、月壤温度的波动及恒温层温度和深度,并讨论了月壤热物性对温度波动的影响.结果表明白天的地表温度主要取决于地表的辐射平衡温度,而夜晚的地表温度受到月壤热物性的影响.     

太阳电池月尘遮蔽模型分析及试验研究

扬起的月尘颗粒沉积在月球探测器的太阳电池表面,可导致其性能下降。文章基于层叠遮挡理论,建立了一种月尘遮蔽光线透射的理论模型,利用该模型开展了模拟月尘颗粒形状与粒径对遮蔽效果影响的分析和计算,并与NASA的同类模型进行了对比分析。分析结果显示:2种模型给出的相对透过率随沉积月尘面密度的变化趋势相同,均呈指数型衰减关系;在随月尘形状、粒径、透过率的变化方面,2种模型存在差异。利用月尘沉积与吸附试验装置实施了模拟月尘沉积试验,验证了所建立模型的正确性,其预测准确度优于NASA模型。