天基信息港的多源信息融合任务调度研究

在天基信息港上实现多源信息融合,可以将数据的传输与处理集中在星上,减少了数据处理中心接收和分发数据的传输时间,提高了信息获取的时效性。考虑到任务高时效性的需求及天基信息港的资源受限,文章提出了天基信息港的多源信息融合任务调度问题,通过分析多源信息融合任务流程、天基信息港的资源特征,以最小化任务完成时间为优化目标,建立了天基信息港的多源信息融合任务调度模型,并设计了一种多机循环插入（Multi-machine Circular Insertion,MCI）算法对模型求解。仿真结果表明,该算法相比于列表调度算法能够平均减少10.8%的任务完成时间,算法运行时间大约为遗传算法的1/20,表明该算法能够满足天基信息港任务调度的高时效性要求。     

面向资源受限无人系统的深度神经网络轻量化软件设计与应用

地外探测无人系统具有存储、算力和能量等资源受限的特点.以深度学习为基础的感知、定位和决策算法可有效提升无人系统的智能化水平,而这类算法通常需要高算力,难以直接应用于地外探测无人系统.首先针对剪枝和量化的深度神经网络模型轻量化方法,在公开数据集上对多种算法进行定量分析.其次,提出基于剪枝、量化的轻量化计算方案,实现了基于模块化配置的轻量化计算软件StarLight,对深度神经网络进行快速轻量化和性能评估,解决了模型难以直接应用到计算资源受限系统的问题.最后,基于StarLight,对应用于火星车实验系统中的多种任务模型进行轻量化,在计算功耗≤15 W、计算处理主频≤1.2 GHz和计算存储容量≤1TB的受限资源条件下,实现了深度神经网络模型部署.实验表明,该软件能够满足计算资源受限系统的深度神经网络模型轻量化需求,为进一步提升地外探测无人系统的智能化水平奠定了基础.     

天基视频SAR系统设计及成像算法研究

视频合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）作为一种新型微波遥感体制,能够实现对热点区域动态目标的持续监视,目前对视频SAR的研究主要集中在机载平台的视频SAR系统,未对天基视频SAR系统设计及成像算法展开深入研究。文章设计了一种基于双站模式的天基视频SAR系统,其中以静止轨道SAR卫星作为发射源,并利用低轨SAR卫星接收目标区域的回波信号。研究了视频SAR成像性能与各主要工程参数间的关系,并提出一种适用于天基视频SAR的成像算法,该算法能够有效解决双站天基视频SAR成像中大斜视角应用与数据重叠等问题,成像结果正确反映了运动目标的散焦、移位现象,同时静止目标取得了良好的聚焦效果。     

基于广义正则化最小二乘的天基测向初定轨

传统天基测向初定轨的不足,主要是由于观测数据存在系统误差和观测方程组的系数矩阵病态或不可逆。文章建立观测方程的半参数回归模型,提出基于补偿最小二乘估计和岭估计的广义正则化最小二乘估计,推导了估计公式,并证明了相关统计性质。引入选主列Givens-QR分解算法,提高观测方程求解效率和数值计算稳定性。仿真结果表明:该方法应用于天基测向初定轨可行,可以提高定轨精度和解算成功率。     

直接敏感地平的空天飞行器惯性/天文组合方法

传统的惯性/天文位置组合导航系统中,由于天文定位观测输出耦合了水平观测平台基准误差,往往存在系统噪声与量测噪声不完全独立的问题.针对此问题,分析了利用天文观测量修正惯性系下陀螺漂移的原理,提出了一种直接敏感地平进行天文解析定位及组合滤波的空天飞行器自主导航定位方案,并建立了相应的组合滤波模型.所提出的方法采用星敏感器和陀螺仪构造惯性基准,并在此基础上进行基于红外地平仪的天文定位解算,最后进行惯性/天文组合定位.该方案充分利用了星光敏感器在惯性系下姿态测量精度高的优点,并使惯性/天文组合定位滤波中状态噪声和观测噪声完全独立,仿真结果验证了该定位方法的有效性.     

空间技术与光学

空间技术,特别是地球轨道卫星和深空探测器,为光学提供了平台,这种平台使得对地球、太阳系和宇宙的研究发生了真正的革命性变化。光学也由此获得新生。这种变化主要体现在天文观测和地球观测两个方面。 (一)天文观测在天文观测上,光学仪器借助于航天器,穿出了地球大气层的屏障,从一些行星附近通过,有的仪器甚至还在某些行星上着陆。观测的清晰度得到提高,光谱范围也大大扩展。因此可以说,空间光学观测的天文学成就可以和过去的全部成就相匹敌。随着1983年空间望远镜的发射,天文学将进入一个新时代。这部轨道天文设施(ST)将包括一部天文望远镜系统(OT人)和五部能够接收天文望远镜输出图象的仪     

HXMT卫星快视成像

硬X射线调制望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)的最重要的工作模式是扫描观测,包括巡天扫描观测和小天区深度扫描观测. HXMT的标准成像需要被观测天区完整的二维扫描观测数据,而同时利用HXMT的观测数据中包含的空间调制信息和旋转调制信息,快视成像可以在只有一维扫描的情况下获得被观测天区的较粗略的流强分布,从而可以在卫星的视场扫过一块天区后很快给出被观测天区的尽可能多的信息.本文详细介绍了快视成像的过程,并通过模拟计算给出了巡天扫描观测快视成像的灵敏度、定位精度和角分辨能力的分布.快视成像能提高HXMT发现暂现源的灵敏度,及时发现并定位出现在HXMT视场中的高能爆发现象,减少较强的暂现源和爆发对标准成像干扰将是标准成像的重要补充.      

双筒镜天文观测

无论是刚入门的天文初学者或是有经验的观测者，双筒望远镜都是不可或缺的天文观测最佳辅助工具，它有着专业天文望远镜无法取代的优点。就光学特性而言，一架适合看星星的双筒望远镜成像明亮、视野宽阔，就机械性能而言，双筒望远镜较专业天文望远镜轻便、操作容易、机动性强。对于想一窥星空奥秘的初学者而言，购买双筒望远镜要比投资专业天文望远镜在经济上的负担轻得多，所以笔者在此要推荐大家使用双筒望远镜了。下面我们首先讨论一下如何选择双筒望远镜，其次再说说双筒望远镜在天文观测中的实际应用。　　双筒望远镜是一种非常实用的…     

空间碎片天基监测图像仿真研究

空间碎片天基光学监测可以有效弥补地基监测的时空覆盖缺陷.目前天基观测数据不足甚至没有数据，这给监测系统研制、数据处理算法研究及软件系统研发和验证造成了一定困难.因此，研发能够为相关研究提供空间监测图像的空间碎片天基监测图像仿真软件系统具有重要意义.本文根据天基监测图像的特点，研究基本算法，设计仿真流程，给出仿真图像并对结果进行分析.为得到符合实际观测场景的高精度仿真图像，软件系统采用瞬时惯性坐标系；基于Tycho2星表提出了采用基于索引文件的快速星表查询方法来生成背景星图；利用两行根数（Two-Line Element，TLE）数据集仿真空间碎片观测值；并对结果图像中目标的运行轨迹进行分析，得出天基监测空间目标的成像特性.仿真结果表明，该仿真系统能够针对不同观测条件和观测平台，在兼顾精度与时效性的情况下，获得较为真实的空间碎片天基光学系列观测图像.      

X射线天文卫星观测需求分析与控制总体设计

对X射线天文卫星观测需求进行了分析，提炼了观测任务对观测模式、源的高精度定位与对准、轨道、热控、测控数传等多项需求与约束；针对X射线观测的多需求、多约束难点，设计了集巡天观测、定点观测与小天区扫描观测于一体的观测模式，解决了一颗卫星同时实现全天扫描、银道面深度扫描、重要惯性区域扫描、重要及机遇目标深度观测以及伽马暴全天监测的多种观测需求的难题，该技术已在我国硬X射线调制望远镜卫星上得到应用.     

A Cosmic Microscope to Probe the Universe from Present to Cosmic Dawn:Dual-element Lowfrequency Space VLBI Observatory

A space-based Very Long Baseline Interferometry (VLBI) program, named as the Cosmic Microscope, is proposed to involve dual VLBI telescopes in the space working together with giant ground-based telescopes (e.g., Square Kilometre Array, FAST, Arecibo) to image the low radio frequency Universe with the purpose of unraveling the compact structure of cosmic constituents including supermassive black holes and binaries, pulsars, astronomical masers and the underlying source, and exoplanets amongst others. The operational frequency bands are 30, 74, 330 and 1670 MHz, supporting broad science areas. The mission plans to launch two 30-m-diameter radio telescopes into 2 000 km×90 000 km elliptical orbits. The two telescopes can work in flexibly diverse modes. (i) Space-ground VLBI. The maximum space-ground baseline length is about 100 000 km; it provides a high-dynamic-range imaging capacity with unprecedented high resolutions at low frequencies (0.3 mas at 1.67 GHz and 20 mas at 30 MHz) enabling studies of exoplanets and supermassive black hole binaries (which emit nanoHz gravitational waves). (ii) Space-space single-baseline VLBI. This unique baseline enables the detection of flaring hydroxyl masers, and more precise position measurement of pulsars and radio transients at mas level. (iii) Single dish mode, where each telescope can be used to monitor transient bursts and rapidly trigger follow-up VLBI observations. The large space telescope will also contribute in measuring and constraining the total angular power spectrum from the Epoch of Reionization. In short, the Cosmic Microscope offers astronomers the opportunity to conduct novel, frontier science.      

基于3D-Winograd的快速卷积算法设计及FPGA实现

近年来，卷积神经网络（CNN）已被计算机视觉任务广泛采用。由于FPGA的高性能、能效和可重新配置性，已被认为是最有前途的CNN硬件加速器，但是受FPGA计算能力、存储资源的限制，基于传统Winograd算法计算三维卷积的FPGA解决方案性能还有提升的空间。首先，研究了适用于三维运算的Winograd算法一维展开过程；然后，通过增加一次性输入特征图和卷积块的维度大小、低比特量化权重和输入数据等方法改善CNN在FPGA上的运行性能。优化思路包括使用移位代替部分除法的方法、分tile方案、二维到三维扩展及低比特量化等4个部分。相对传统的二维Winograd算法，优化算法每个卷积层的时钟周期数减少了7倍左右，相较传统滑窗卷积算法平均每个卷积层减少7倍左右。通过研究，证明了基于一维展开的3D-Winograd算法可以大大减少运算复杂度，并改善在FPGA运行CNN的性能。      

空间非合作目标双行轨道根数快速生成算法

针对空间目标TLE拟合过程中可能出现的奇点问题,提出了基于无奇异变换的空间目标双行轨道根数（TLE）生成算法. 为提高观测平台对空间目标状态估计效率,提出带有自适应遗忘因子的非线性最小二乘递推算法,利用最速下降法在线修正遗忘因子,使得估计值有较快的跟踪速度和较小的稳态误差. 仿真结果表明,该TLE生成算法的数据处理速度和轨道预报误差满足要求,可用于低轨目标的天基监视.      

基于视频帧间运动估计的无人机图像车辆检测

基于人工智能(AI)芯片搭建轻量化深度神经网络，可以在无人机(UAV)机载端实现视频中车辆目标的自动检测，具有重要的应用前景。为此，提出了一种针对无人机图像车辆目标的检测方法，并在AI芯片上进行部署与测试。方法具体包括:结合无人机图像中车辆目标的尺寸范围，对MobileNet-SSD网络进行裁剪，构建轻量化单帧图像检测器；为解决小目标特性在轻量网络框架下引发的检测性能下降问题，引入帧间运动矢量估计，根据相邻帧信息辅助预测当前帧丢失目标的位置范围，并利用检测结果进行修正，实现丢失目标的再召回。通过对多个数据集进行融合与自动补充标注，搭建了一个高质量的无人机图像车辆目标数据集；同时将方法在基于RK3399芯片计算的嵌入式开发平台上进行实验验证，结果表明:搭建的网络能够显著减少存储资源占用，具有轻量化的特点；同时相比于单帧检测法，引入视频帧间运动估计方法可以有效提高检测精度，并在AI芯片上实现125.3 ms/帧的检测速度。      

星载GNSS-R海面风场观测载荷关键技术设计与验证

目前海面风场观测手段有限,基于全球导航卫星系统反射信号处理(global navigation satellite system reflection,GNSS-R)的天基观测为全球风场信息获取提供了全新的手段.GNSS-R海面风速探测技术具有全天时、全天候、低功耗、宽覆盖、多信号源、低成本等特点,日益获得了广泛的关注...     

基于图卷积网络的卷积神经网络耗时预测算法

通过可学习的预测算法获取卷积神经网络(CNN)在硬件上的推理耗时越来越受到研究者的关注。现有耗时预测算法主要面临2个问题:卷积神经网络设计空间采样复杂度高，数据采集成本高；无法准确预测硬件编译器的算子融合技术对推理耗时的影响。为了解决上述问题，提出了一种基于图卷积网络(GCN)的耗时预测算法, 将整体网络耗时看作多节点耗时补偿的累加，并利用图卷积对结构算子融合产生的耗时影响进行建模。同时，提出一种新型差分训练方案，减少采样空间规模，提高算法的泛化能力。在HISI3559硬件平台上对MB-C连续空间采样模型的耗时预测实验表明:所提算法可将耗时估计的平均相对误差从传统算法的302%降低到5.3%。另外，通过将传统耗时预测算法替换成所提算法进行耗时评估，可以使网络结构搜索算法搜索到耗时更加接近目标的高精度网络。      

基于深度学习的图像拼接篡改检测

传统图像拼接检测算法通过研究人员手动构造拼接特征，随着科技的进步以及图像处理技术的不断发展，手动构造特征的局限性逐渐体现出来，鲁棒性较弱，位置不易确定等。为了解决这些问题，构建了一种卷积神经网络（CNN），将卷积核前置并固定，自主学习相关特征从而检测拼接篡改的图像区域。经过一系列研究，发现拼接篡改图像的拼接篡改区域特征可以被CNN模型学习。在CNN模型之前，卷积核使用高通滤波器，激活函数采用指数线性单元（ELU），使得CNN模型具有识别拼接篡改图像边缘痕迹等特征的能力。检测结果表明:在IEEE IFS-TC图像拼接取证竞赛训练集上对拼接篡改图像拼接篡改区域定位的准确率为84.3%，对拼接篡改区域判定的真负类率为96.18%。      

基于STK的空间目标可见光散射特性建模与仿真

为给天基光学观测系统的设计和性能研究提供数据支持, 建立了基于STK的天基 探测空间目标等效星等计算模型. 选用双向反射分布函数(BRDF)五参量计算模 型, 分析了空间目标面元的可见光散射特性; 根据目标几何结构尺寸和物性参 量等建立目标几何模型, 对该模型进行面元划分, 推导了空间目标在天基观测 系统入瞳处的等效星等计算公式; 结合卫星工具包(STK)提供的太阳、目标卫 星、观测卫星三者的关系数据, 建立了基于STK的易于求解的目标星等计算模 型, 对此模型进行实例仿真和分析, 并与漫反射计算模型进行比较. 结果表 明BRDF模型得到的辐照度曲线比漫反射模型更曲折且存在峰值现象, 更符合 目标表面材料的实际特性, 此外, 与STK的结合运用, 使其可更加方便快捷地获得目 标最佳观测时段及相应的等效星等.