一种基于CAHVOR模型的导航相机标定方法

在月球车探测任务中,一般通过对相机采集到的图片进行三维重建分析获得路面情况信息,精确标定相机是这些工作的前提.相机标定要求算法简单且能满足高精度要求,CAHVOR相机标定方法经JPL实验验证并成功地应用于火星探测器（MER）任务中,该方法从矢量角度分析相机成像原理.分析该方法的标定原理和参数求解算法,对该方法进行数字仿真,验证算法精度.为了进一步分析标定精度和速度,通过试验对该算法与传统的摄影测量标定方法进行比较,结果显示CAHVOR方法可达到满意的标定精度要求,而且在标定算法速度方面具有快速的优点.     

初级教练机中的低成本导航仪组合导航算法设计

为了解决初级教练机低成本组合导航仪中全球定位系统(GPS, Global Positioning System)信息更新频率过低,导致传统组合导航算法失效的问题,在对惯性器件进行建模的基础上,提出了一种基于运动学非线性模型的组合导航算法.该算法选取载体的姿态、速度和位移量作为状态量,以GPS、磁强计和高度计的测量值作为观测量,建立组合导航系统模型,利用卡尔曼滤波对线性化后的系统模型进行数据融合.通过静态试验和动态跑车试验,表明该组合导航算法能够使姿态误差均值控制在0.12°以内,速度误差均值不大于0.03m/s,位移量误差均值不大于3.94m,精度能够满足初级教练机的应用需要.     

上面级快速星图匹配算法研究

现有星图匹配算法存在搜索时间慢、算法实时性差的问题。为了满足上面级实时性的要求,文章采用K矢量查找算法来提高查找快速性,选择星对角矩作为星图匹配的特征量,构造星对角矩矢量,采用星棱锥星图匹配算法进行星图识别。最后采用上下位机的形式进行仿真分析,结果表明采用该星棱锥快速星图匹配算法成功率在99%以上,识别时间最长约为100ms,平均时间在15ms以内。该算法能够满足上面级对匹配算法快速性和高精度的要求。     

面向航天器综合测试系统的Web缓存替换策略

航天器一般为复杂系统,其作为典型安全苛刻系统,在综合测试过程中会产生大量测试数据。在查询这些测试数据时,现有的B/S数据查询技术,每次查询时采用从数据库服务器中获取数据的方式,极大地消耗了数据库服务器的资源,占用了大量的网络带宽,导致系统的整体性能下降,用户体验不佳。通过对安全苛刻系统综合测试数据特点和用户查询特征的分析,基于经典Web缓存替换算法GDSF,提出一种适用于B/S数据查询系统的Web缓存替换算法GDSF-STW。该算法是在GDSF算法的基础上,引入了数据流挖掘中的时间衰减模型,并采用滑动时间窗口的思想,提高缓存命中率,从而提高系统的性能,改善用户体验。通过GDSF-STW与LRU、LFU、LFU-DA、GDSF等经典算法进行实验对比,结果表明,GDSF-STW算法具有更好的缓存命中率。      

量子科学实验卫星的多维数据立方体方法研究

科学实验卫星以科学目标为任务战略导向，需要任务团队结合实际业务运行情况制定阶段实验计划.这些实验计划以任务运行数据为依据，由科学卫星任务各分系统数据分析获得的策略集合综合得到.量子科学实验卫星在轨运行期间会产生大量运行数据，如何有效利用这些数据给不同决策层提供辅助是当前面临的一大难题.目前主流方式主要借助值班日志统计和常规的数据库系统数据统计，需耗费较多时间和人力成本，对分析人员专业技能要求较高，无法满足多角度和多粒度任务研判的要求，并且该方法可扩展性差，当问题的观察角度变化时，往往需要重新组织数据统计分析.针对上述问题，本文提出一种基于数据立方体的多维数据建模和分析方法，对于不同主题，能够对数据进行多层次、多角度、多粒度统计分析，为决策提供良好支持.      

基于快速搜索的码书快速生成算法

在k维欧氏空间R^k中,给定一个有限子集W及一个向量x,如何快速搜索W中与x距离最近的向量,具有重要的实际应用价值,尤其在图像的矢量量化编码、自组织特征映射SOFM(Self-Organizing Feature Maps)算法的码书迭代生成等问题中,快速搜索算法起决定性的作用.针对SOFM算法的具体特点,在分析已有快速搜索算法的基础上,给出了一种新的快速迭代码书生成算法,该算法兼顾了快速与节省内存问题.实验结果表明:提出的新算法的执行时间仅为已有算法执行时间的约42％.另外,新算法在模式识别领域和计算机图形学领域均具有实际应用价值.     

数据立方体关联挖掘在红外抗干扰中的应用

为了分析空空导弹在红外抗干扰过程中, 各干扰量与脱靶量之间的耦合关系, 利用红外抗干扰试验仿真平台, 通过设置干扰量获得海量数据, 构建数据立方体对海量数据进行数据预处理, 同时统计出数据集中各事务的支持度计数, 将处理后的数据利用FP-Growth关联规则算法挖掘干扰量与脱靶量之间的关联规则。通过对关联规则的分析得到:导弹进入角与弹目距离是影响导弹脱靶量大小的主要因素, 各个干扰量之间不能随意组合, 应该根据导弹来袭方向、目标机动方式选择诱饵投掷策略, 否则干扰效果会大大下降。同时设置一组对比试验, 验证基于数据立方体的FP-Growth算法处理高维数的脱靶量数据, 拥有较高的挖掘效率。      

基于贪婪算法的近空间平台区域覆盖优化设计

为了实现近空间多平台对任意区域的协同覆盖观测,提出了一种近空间区域性覆盖优化设计方法.该方法针对问题建立了NP-hard集合覆盖模型,应用随机贪婪算法设计并优化平台的位置参数以及采用的波位.随机贪婪方法从贪婪算法得到的一个解出发,随机移除一定比例的平台,再用贪婪策略加入若干个平台,改进了原始贪婪算法对优解空间搜索不足的缺点,因此提高了解的优度,同时也避免了应用遗传算法、蚁群算法等智能搜索算法在解决此类问题时对全部子集族庞大的存储和复杂的计算.利用STK(Satellite Tool Kit)卫星仿真软件对四川汶川地区的优化设计结果进行了仿真,仿真结果给出了在100%覆盖的情况下平台的各参数信息,验证了该优化设计方法的有效性和智能性,为近空间区域覆盖设计提供了有力参考.     

生物工程微操作机器人视觉系统的研究

针对生物工程领域显微操作的要求和特点,设计并实现了一个显微视觉系统.该系统采用基于相关系数的模板匹配算法和基于形态学运算的识别算法,能同时获得至少3个目标的二维位置信息.这两种算法均可由能够用硬件并行实现的离散卷积运算来实现,从而能够快速地计算目标的位置信息,实现了实时视觉伺服控制.实验结果表明视觉伺服控制能有效地提高系统的性能;视觉系统能够满足实时控制的要求.     

半球形伞流固耦合工程算法

降落伞流固耦合模拟非常难以实现,而一些工程设计任务要求迅速高效地完成.为了适应该要求,针对稳定下降阶段的半球形伞,提出了一种流固耦合工程算法.以轴对称伞形为伞衣初始形状,通过流场模拟得到结构模拟所需的伞衣压力系数分布,通过结构模拟得到新的伞衣外形,如此循环,直到伞衣中幅线和伞绳外形趋于稳定为止.结果表明,伞衣外形能迅速收敛,该方法能满足工程设计要求.     

Uncertainty-aware Cube algorithm for medium-term collision risk assessment

The number of Earth orbiting objects is constantly growing, and some orbital regions are becoming risky environments for space assets of interest, which are increasingly threatened by accidental collisions with other objects, especially in Low-Earth Orbit (LEO). Collision risk assessment is performed by various methods, both covariance and non-covariance based. The Cube algorithm is a non-covariance-based method used to estimate the collision rates between space objects, whose concept consists in dividing the space in cubes of fixed dimension and, at each time instant, checking if two or more objects share the same cube. Up to now its application has been limited to the long-term scenarios of orbital debris evolutionary models, where considering the uncertainties is not necessary and impractical. Within operative contexts, instead, medium-term collision risk analysis may be an important task, in which the propagation-related uncertainties play a prominent role, but the timescale poses challenges for the application of standard covariance-based conjunction analysis techniques. In this framework, this paper presents an approach for the evaluation of the medium-term collision frequency for objects in LEO, called Uncertainty-aware Cube method. It is a modified version of the Cube, able to take the possible errors in the space objects’ position into account for the detection of the conjunctions. As an object’s orbit is propagated, the along-track position error grows more and more, and each object could potentially be in a different position with respect to the one determined by numerical propagation and, thus, in a different cube. Considering the uncertainties, at each time instant the algorithm associates more than one cube to each object and checks if they share at least one cube. If so, a conjunction is detected and a degree of confidence is evaluated. The performance of the method is assessed in different LEO scenarios and compared to the original Cube method.     

Thermal-optical design of a geodetic satellite for one millimeter accuracy

The LAGEOS (LAser GEOdynamic Satellite) satellites use a 1.5 in. uncoated retroreflector (cube corner). Design studies done for LAGEOS-1 showed that using smaller cubes would result in greater accuracy and lower thermal gradients. However, this would require using a larger number of cubes. Simulations showed that the accuracy goal of 5 mm could be met using 1.5 in. cubes by adding a dihedral angle offset. The LARES (LAser RElativity Satellite) satellite launched in 2012 is a smaller version of LAGEOS using the same size cube corner and floating mount as LAGEOS.The recent development of COTS (Commercial Off-The-Shelf) cube corners has eliminated cost as an obstacle to using a larger number of smaller cubes. COTS cubes have no dihedral angle offset. However, no offset is needed if the size is chosen properly. The diffraction pattern of a 1.0 in. uncoated cube with no dihedral angle offset has 6 lobes around the central peak due to total internal reflection, The velocity aberration for LAGEOS is about 32–40 microradians. The OCS (Optical Cross Section) of a one inch uncoated COTS retroreflector is about 0.5 million sq m for the LAGEOS orbit.Testing of 10 inexpensive COTS cubes by Ludwig Grunwaldt and Reinhart Neubert shows good cross section (unpublished work done at GFZ Potsdam, Germany). Measurement of 50 COTS cubes at INFN (Mondaini et al., 2018), shows a loss of cross section of only 33% (Slide 10). Simulations show that systematic range errors on the order of a half millimeter are possible for a spherical geodetic satellite such as LARES. Adjustments for the holding and ejection system result in some loss of accuracy.     

构建广义立方体感知网络安全态势

针对大多方法感知范围局限、信息来源单一、空间时间复杂性高及准确性偏差较大等问题,提出了分层感知模型与构建广义立方体感知网络安全态势的方法.将监测到的连续型态势因子数据经"3σ法则"离散化预处理后,聚合在所构建的广义立方体格中,纵向上融合成组件的安全态势,横向上对组件安全态势采用统计的方法融合成网络的安全态势,为增强网络安全性提供可靠的参照依据.利用网络实例数据对所提出的网络安全态势感知模型和算法进行验证,表明了该方法的正确性.      

支持多种查询语言的演绎数据库系统

介绍并讨论了当前演绎数据库的理论基础及实现方法，提出了一种基于松、紧耦合相结合的实现机制；讨论了自行研制的演绎数据库系统ＤＡＣ中知识表示的两级模式，简单介绍了ＤＡＣ的总体结构及其功能模块、两种演绎查询语言，并给出了一种基于有向图的递归查询算法。     

基于Kriging算法的手术导航三维形变技术

针对计算机辅助手术三维导航技术中无法利用术前CT重建模型进行病人个体化手术的问题,提出一种基于克里金(Kriging)算法的三维骨骼形变(bone morphing)技术.利用术中采集和医学图像模型的两片点云进行配准,在CT重建模型上选取4个合适的控制点,通过求解Kriging算法建立的方程组,获得CT重建模型上所有点相对于实际病例变形后的位置,实现医学图像模型向个体化的变形.最后,以人体股骨CT模型和塑料模型为对象进行了形变的精度分析和关节手术导航评估实验.结果表明:这种形变方法简单可靠,可以用于前交叉韧带(ACL,Anterior Cruciate Ligament)重建手术的导航评估.     

中继卫星单址链路调度模型与算法研究

中继卫星的任务规划与调度是空间资源管理的重要内容之一,目的在于为中继卫星系统的任务计划编制提供科学合理的决策手段与依据。中继卫星单址链路调度问题的重要特点在于,中继卫星与用户航天器之间并非时时可见,因此通信任务存在可见时间窗口约束。只有在可见时间窗口内,通信任务才可能执行并完成。在进行合理假设的基础上,建立中继卫星单址链路调度问题的约束规划模型。对基本遗传算法进行改进,提出了基于有效基因路径表示的改进遗传算法。应用结果表明,基于约束规划理论建立中继卫星单址链路调度模型并采用基于有效基因路径表示的遗传算法求解是合理的。     

基于ICP算法的手术导航三维配准技术

针对计算机辅助手术三维导航技术中术前CT图像与术中实际空间的配准问题,提出一种基于最近点迭代(ICP,Iterative Closest Point)算法的特征点云配准技术.利用医学图像空间和实际空间特征区域的两片点云坐标进行三维配准.对CT图像进行重建、分割及交互式操作得到医学图像特征点云;利用光学定位仪实时采集实际空间中对应区域的点云;通过主元分析(PCA,Principal Component Analysis)获取两组点云数据的特征向量进行初配准;进行最近点迭代使配准矩阵收敛到一个最优解,其中采用k-d tree寻找邻近点加速迭代过程.以塑料脊柱模型骨为对象进行了脊柱手术导航配准精度实验,进一步对实验中的点云数据加入高斯噪声以进行误差分析.结果表明这种配准方法简单可靠,在模型骨情况下配准精度在1mm以内.     

数据流频繁闭集的在线挖掘

基于算法LossyCounting,提出了数据流频繁闭集的在线挖掘算法LC_Closed(LossyCounting_Closed).设计了基于前缀树的频繁闭集压缩存储结构CI-forest(ClosedItemsets-forest),利用该数据结构可以快速的插入和查询闭集模式,且在处理新的事务数据时能够快速定位相关的历史闭集模式.该算法采用在线的处理方式,提高了算法的实时性.实验的结果证明该算法是有效的.      

基于用户查询日志的查询聚类

基于用户查询日志提出了新的查询聚类算法.用户查询日志数据量大,比通常用于查询聚类的查询展现日志和查询点击日志更加稠密,不易产生聚类小的问题,但噪声多,不容易处理.为发现相似查询并减少噪声影响,同一用户同一时段的多次查询(共现查询)之间认为具有较高相似概率.在这一假设基础上,利用查询共现关系建立查询的邻居查询向量空间.将查询用邻居查询向量表示,邻居查询向量的相似度作为聚类中的查询相似度.应用改进的基于密度聚类算法完成聚类.实验证明,95 262个查询组成数据集上,聚类算法实现查准率79.77%、查全率48.21%,平均聚类大小达到51.