复杂航天器的太阳光压建模方法

针对几何形状比较复杂的航天器光压建模时存在的不同光照特性的材料相互遮挡重叠、传统的简化或经验公式难以满足精度要求的困难,基于精确三维几何模型,利用虚拟视觉原理得到航天器垂直于太阳矢量截面形状,并结合截面各类材料光压系数等特性计算总的等效光压面积和系数。针对该方法计算量较大问题,提出一种根据设定姿态模式事先计算结合实时插值的快速简化算法。考虑到材料特性在空间环境中可能发生的变化,可将其调整为半经验公式,通过观测数据对材料光压系数进行最优估计并应用。仿真实例表明,提出的分析方法可有效反映航天器各部分的相互遮挡,与传统模型相比有一定优势。     

基于面元分组的电磁遮挡算法及其优化

用物理光学法计算复杂目标的雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)时,通过面元沿电磁波入射方向的重叠关系和景深来判断面元之间的遮挡.将面元投影在与电磁波入射方向垂直的平面上进行分组,使同组的面元距离相近.在计算中只需对同组的面元判断遮挡关系,避免了所有面元的两两遮挡判断,从而节省计算时间,并对分组进行了优化,使计算时间最少.算例表明,基于面元分组的遮挡判断方法可行,能够大大提高计算效率.     

武装直升机红外辐射计算中多重遮挡处理

针对武装直升机红外辐射计算中任意方向上可视净面积求取问题,提出了一种基于随机模拟的遮挡处理方法.该方法利用曲面造型方法建立直升机的三维模型,并将其离散为四边形面元,采用翼边拓扑结构描述直升机外形的数学模型.在此基础上,基于可见性测试、深度测试和遮挡测试原理对空间多边形面元进行遮挡判断,求出其遮挡面元集,再利用随机变量的统计方法对该多边形进行遮挡计算,求得净面积.对某型武装直升机和简单形体的计算表明,通过合理划分面元数和选取随机点数, 简单目标计算误差可以控制在5%以内,复杂目标可以控制在工程精度要求内.该方法已应用于武装直升机红外辐射特性计算软件中,应用表明该方法稳定、可靠,适于工程分析.      

材料次级电子发射特性对表面充电影响的数值计算研究

表面充电是最早被人们发现的空间环境效应, 是由空间环境引起的航天器异常和故障的主要诱因之一. 采用较精确的金属二次电子发射公式和局部电流平衡模型, 在无光照的情况下, 对不同表面材料及不同几何形体的航天器表面充电电位进行计算, 并绘制了表面材料的充电电位与最大二次电子发射系数之间的关系曲线. 根据数值计算结果及次级电子发射系数和曲线图得知, 航天器阴面充电电位与表面材料的原子序数、最大二次电子发射系数和入射离子引起的次级发射系数均有关. 该计算对航天器表面材料的选取和设计工艺有一定的参考价值.      

军机易损性分析中多重遮挡投影面积计算

利用B样条曲线曲面造型方法给出飞机及其各部件外形的数学模型,将其离散化为三角形面元,并采用改进的翼边拓扑结构来描述几何元素之间的关系.在此基础上,根据集合论中的包含互斥理论,提出了一种求取多个复杂几何形体在任意方向的投影面积的新算法.该算法可以有效地应用于飞机易损性分析计算中.实际应用表明该算法稳定、可靠,而且精度高.     

基于球几何特征的摄像机内参分步标定方法

在摄像机标定过程中,球形靶标对图像数量、拍摄角度要求小,能够适应遮挡环境,在使用中具有明显优势.在分析球投影模型几何性质的基础上,提出一种利用球靶标分步标定摄像机内部参数的方法.该方法通过拍摄一幅包含空间中2个不同位置球体的图像,得到图像中的2条投影二次曲线;利用2条投影二次曲线的对称轴和公切线计算球心投影点,通过投影二次曲线的对称轴确定图像主点坐标,根据球心投影点和图像主点的位置关系求解归一化焦距;利用整体优化算法得到内参标定结果.仿真数据实验分析了引入测量误差的主要因素,实物标定结果与平面方格靶标方法相比误差在5%之内,重复测量结果稳定.      

基于BP神经网络的GEO等离子体环境参数反演分析

空间等离子体环境诱发的表面充电效应会对航天器运行产生干扰，严重时将导致太阳电池等部件失效。通过神经网络反演方法，以GEO环境中介质表面充电电位曲线作为输入，在双峰麦克斯韦分布假设下，可以逆向得到高能峰的等离子体参数。分析了GEO等离子体环境参数对表面充电电位曲线的影响，表明高能峰在充电过程中起决定性作用；其次通过MATLAB搭建BP神经网络，采用COMSOL计算得到多组充电曲线进行网络训练和反演计算，得到等离子体密度反演的平均相对误差为0.42%，温度反演的平均相对误差为0.03%，整体误差在0.1%～5.6%。结果表明，采用神经网络对等离子体环境进行反演具有可行性，该方法可以作为空间等离子体环境探测结果的对比参考和航天器非探测点表面电位计算的输入条件。     

基于目标特性的航天器太阳光压面积计算方法

太阳光压是影响深空探测航天器轨道确定与预报精度最主要的摄动力.针对实际任务需求，采用了一种基于目标特性的光压面积建模与计算方法，根据航天器形状、尺寸、表面材料以及材料光学特性等信息，实现了分析型光压模型的建立与求解，提高了计算效率和精度，可快速计算目标在光照方向上的光压面积、投影面积以及光压比例因子等参数.通过长方体光压面积理论值与仿真值的对比，验证了该方法的准确性和有效性.针对复杂结构探测器开展了光压面积计算，可为深空探测航天器精密定轨中的光压模型解算、定轨及预报提供参考.      

采用局部电流平衡模型计算同步轨道航天飞行器上界负电位

本文采用局部电流平衡模型,在无光照条件下,对不同表面材料、不同几何形体的航天器充电情况进行了计算.计算得到的最大负电位代表在同步轨道上飞行的航天器充电时可能达到的最坏情况.计算还得到某些航天材料可能出现多重带电的现象.      

在轨航天器地气光环境分析

为得出定量化的遥感观测地气光环境数据,建立了简化的航天器地气光分布计算模型,首先将航天器及其各类运行轨道归纳到统一的照明模式中,地气光的分布主要考察航天器轨道面与地球晨昏面的夹角,然后考察航天器在每轨中的具体相位,以建立照度的几何传递关系;随后考察太阳辐照经地表后,最终到达航天器遥感观测载荷的光照度.计算结果能反映地气光在载荷观测方向2π半球视场内的分布情况,根据分布随空间变化的具体量级,对不同的离轴角进行照度积分,可转化为对观测仪器的地气光抑制能力要求.      

图象传输系统中信道误码影响的检测与修复

本文分析了信道误码对DPCM图象传输系统重建图象的影响。在此基础上,提出一种适用于一阶DPCM系统的检测误码影响的方法,并进行了理论分析和实验。结果表明,这种方法可以较精确地检测出出现误码的象素行及行内误码的起始点;同时,方法本身具有递推性及运算简单等特点,便于在计算机上快速执行。使用这种方法进行检测时无需增加DPCM系统发送设备的复杂性,也无需采用信道纠检错编码。用这种方法与行替换修复方法构成完整的算法,对改善受误码影响的图象的质量比较有效。     

含局部缝隙与重叠特征的Mindlin板等几何分析

等几何分析(IGA)中非均匀有理B样条(NURBS)被同时用作计算机辅助设计(CAD)中的建模工具以及有限元分析(FEA)中的逼近函数。NURBS模型中常见的缝隙和重叠问题使得分析变得困难。基于Mindlin板理论,对含有缝隙与重叠部分的NURBS模型进行等几何分析,采用Nitsche方法处理模型交界面上的非协调问题,并通过标准数值仿真算例的计算结果与解析解对比验证方法的可行性。研究结果表明:基于Nitsche的等几何方法可以用来对含局部缝隙与重叠特征的非协调Mindlin板模型进行分析;NURBS次数越高,等几何分析计算结果越精确,并且收敛速度越快。     

基于分段化结构重建的2D/3D视频转换方法

为了缓解3D片源的不足,设计了一种分段化结构重建方法为视频2D/3D转换提供深度线索.采用分层提取的方式,将视频基于内容分解为子序列,在每个子序列中建立优化准则选择出处于非退化状态的关键帧,并以此为基础提出了分段化结构重建框架,利用改进的耦合自标定算法重构出每个子序列对应的离散3D结构信息,从而获取视频的深度线索.实验结果表明,该方法通过分段化后的局部优化,不仅使结构化重建能够有效处理多场景下的连续镜头,还加快了转换的效率,能够稳定、高效地获取深度信息,适用于视频2D/3D转换.      

利用Toeplitz特性改善来波方向估计性能

提出一种利用协方差矩阵的Toeplitz特性,使估计的协方差矩阵成为Toeplitz矩阵的方法,在低信噪比短数据流情况下,改善来波方向(DOA)估计的性能,且不需增加乘法运算量.对MUSIC算法和PRO-ESPRIT算法进行了分析并作了计算机仿真,仿真结果表明:利用Toeplitz特性后,MUSIC算法谱峰幅度增大,波谷相对波峰的深度增加,这将有利于目标的分辨;并可减小低信噪比情况下MUSIC算法和PRO-ESPRIT算法DOA估计的方差.     

利用Toeplitz特性改善来波方向估计性能

提出一种利用协方差矩阵的Ｔｏｅｐｌｉｔｚ特性,使估计的协方差矩阵成为Ｔｏｅｐｌｉｔｚ矩阵的方法,在低信噪比短数据流情况下,改善来波方向（ＤＯＡ）估计的性能,且不需增加乘法运算量．对ＭＵＳＩＣ算法和ＰＲＯＥＳＰＲＩＴ算法进行了分析并作了计算机仿真,仿真结果表明：利用Ｔｏｅｐｌｉｔｚ特性后,ＭＵＳＩＣ算法谱峰幅度增大,波谷相对波峰的深度增加,这将有利于目标的分辨;并可减小低信噪比情况下ＭＵＳＩＣ算法和ＰＲＯＥＳＰＲＩＴ算法ＤＯＡ估计的方差．     

改进独立成分分析在高光谱图像分类中的应用

针对独立成分分析在使用常规数值求解时容易陷入局部最优解的问题,以及采用神经学习算法时神经元激活函数的限制问题,将遗传算法与独立成分分析相结合,并对模型进行改进,提出了适合于高光谱数据无监督分类的模型.该算法采用最大化非高斯性进行成分的统计独立性度量,利用四阶累积量-峰度作为遗传算法的适应度函数.在应用分析中,将该算法应用于推扫式高光谱成像仪(PHI,Push-broom Hyperspectral technique Imager)数据地物分类能够获得全局最优解,在没有先验信息情况下实现地物的精细分类;与传统高光谱无监督分类算法比较,表明该算法的适用性,并具有更高的分类精度和准确性.      

基于SD-LCMV算法的FDA平台外干扰抑制

针对频率分集阵列（FDA）接收机在抑制与目标位置接近的平台外干扰过程中,最小方差无失真响应（MVDR）波束形成器在阵元数较大、导向矢量失配情况下出现的主瓣畸变问题展开分析。在采用重叠正弦频率分集阵列接收结构代替一维均匀线性频率分集阵列（ULA-FDA）接收的基础上,通过可变加载约束的最速下降线性约束最小方差（SD-LCMV）准则求解导向矢量失配时的权矢量,实现对阵列方向图主瓣的有效纠偏和保形。仿真验证了采用正弦频控函数的重叠子阵FDA阵列具有最佳的主瓣宽度和低旁瓣特性。当存在2°的指向误差时,正弦频控函数的重叠子阵FDA阵列经导向矢量修正得到的阵列方向图在有效抑制干扰的同时能够实现主瓣的纠偏和保形。