月面复杂地形表层采样可采点确定方法

表层采样是获取地外天体特性的重要手段,是目前原位探测与采样返回样品获取的重要方式。实施月球表层采样过程中,月面复杂地形将对大尺度采样器工作带来约束。结合一类大尺度表层采样器,分析了月面复杂地形的影响,提出了表层采样的可采样充分条件,构建了以可视区分区、分区延伸、局部平均法向量稀疏、基点包覆检测相结合的并行可采点确定方法。仿真结果表明,该方法可准确确定复杂地形下表层采样可采点,分区并行计算可有效提升可采点的确定效率。     

光栅莫尔条纹信号细分方法设计与Simulink仿真CSCD

根据计量光栅莫尔条纹信号高精度细分的要求,提出了一种基于ADC幅值采样和相位解算的光栅细分方法,并利用Simulink搭建仿真模型,使两路正余弦信号通过正余切变换、幅值采样、固定相位步长细分等处理后输出为两路正交编码信号。仿真实验表明,该细分方法在输入理想信号情况下细分倍数主要与ADC采样精度有关,提高ADC采样位数可有效提高最大细分倍数。通过在两路时变sin/cos信号中添加幅值不等、相位不正交以及高次谐波分量等干扰噪声的仿真实验,验证了该方法的细分精度与信号质量有关。     

一种基于可钻性在线辨识的月面钻进控制方法研究

钻取采样作为一种获取深层月壤的有效方式被应用于地外天体采样任务。不同于地面钻探,无人月面钻取采样面临诸多技术难点,例如遥操作信号延迟、探测器传感资源有限、缺乏采样点地质信息以及月壤力学特性复杂等。为保证采样任务高效可靠地执行,采样装置需充分利用有限的探测器硬件资源,依据钻进工况实时调整钻进工艺参数,对未知的钻进环境具有适应能力。提出一种基于可钻性在线辨识的月面钻进控制方法。利用可钻性指标综合评价当前对象的钻进难易程度,采用模式识别方法辨识钻进对象的可钻性等级并实时匹配最优的钻进工艺参数,从而实现钻进过程的智能控制。为验证所提出控制方法的有效性,开展了模拟月壤月岩交替布置的钻进试验研究。试验结果表明:该方法能够有效控制钻进负载。     

采样计算测量中的采样条件及混迭引起的测量误差的研究

分析了信号参数的测量与信号恢复的区别,讨论了用采样计算方法测量周期重复信号时的采样条件,定量地研究了采样不满足采样条件时,混迭引起的测量误差的大小及其性质,并给出了减小误差的均匀内插采样和随机采样方法。     

光学遥感运动补偿压缩成像

针对单像素相机的运动导致压缩成像品质下降问题,提出了运动补偿压缩成像方法。首先建立运动条件下压缩采样的精确模型,进而分析了逐帧重构与联合重构两种图像稀疏方法。同时探讨了所提方法对于更加复杂运动的适应性以及所提方法成像品质的分布特性。该方法利用成像系统的运动信息重新规整压缩采样,避免了由降低积分时间或者减少采样数导致的成像品质下降。数学仿真与半物理仿真表明,运动补偿压缩成像比未经补偿成像结果具有更好的成像品质。     

基于人工势场法的月球表层采样装置避障规划

表层采样技术是获取地外天体土壤样品的重要手段,为在月表复杂地形、不确定着陆姿态、不规则器表包络约束下,快速获取安全的表层采样动态轨迹,文章根据四自由度表层采样装置设计,分析了工作过程中的正逆运动学关系;根据表层采样装置动、静态目标点运动要求,将约束空间分解为有效障碍检测区与不可达集,进行表层采样避障规划;为加快规划速度,针对表层采样装置瞬态构型构建了动态障碍检测区、动态不可达集;结合人工势场法提出了避障规划算法。对典型姿态下表层采样过程的避障规划仿真表明,该算法可实现约束条件下的表层采样轨迹规划,并对表层采样装置适应性设计提供支持。     

多通路激光火工品等效测量装置设计

激光火工品起爆系统的功能完整性影响着火工品的正常起爆。为了检测起爆系统的完整性,设计了一款以FPGA为核心的多通道激光火工品等效测量装置。该装置利用光电转换电路、放大滤波电路、A/D采样电路以及双SDRAM存储机制对每个通路的起爆激光功率进行连续采样,并通过板载CPCI总线与上位机完成控制指令和数据交换。试验表明,该装置激光功率采样精度和时序采样精度均满足设计要求,系统设计方案可行。     

月面回转钻进采样非脆弱鲁棒控制

回转钻进采样技术是实现月面采样任务的重要手段。回转采样机构在月面复杂环境下会发生模型摄动,并受到外部扰动的影响,采样控制器的鲁棒性对顺利完成采样任务具有重要意义。本文针对回转采样机构,分析了采样过程中的模型摄动、外部扰动影响,建立了采样机构状态空间模型,利用线性矩阵不等式方法设计了状态反馈非脆弱鲁棒控制器,仿真结果表明:在有界模型摄动、有界随机系统扰动情况下,回转钻进采样控制系统内稳定,并对扰动具有抑制能力。     

非均匀采样系统时基失真的一种新评价方法

提出了在多A/D合成采样系统这种非均匀采样系统中,使用时基微分非线性和时基积分非线性概念评价采样时基失真的新方法.使用正弦波激励系统,将各个子A/D的数据分别抽取形成子抽样序列,用最小二乘正弦波曲线拟合法,获得各个子抽样序列初始相位差,该相位差对应的时间差,即是各个子A/D间的采样延迟时间,它们的一致性,即是系统的采样均匀性,体现了时基失真特性,用时基微分非线性和时基积分非线性描述.在一组仿真数据上进行的实验验证了方法的正确性.在数字存储示波器的实测数据上进行的实验验证了方法的可行性.方法可以用来评价非均匀采样系统的采样时基失真.     

月球探测器天文导航的遗传粒子滤波方法

天文导航系统是典型的非线性和噪声非高斯分布的系统.针对传统的扩展卡尔曼滤波不适于非线性和噪声非高斯分布的系统,和一般粒子滤波存在的粒子退化和采样枯竭问题,提出了一种基于遗传算法进行再采样的月球探测器自主天文导航粒子滤波新方法.计算机仿真结果显示了该方法可以有效的克服传统粒子滤波方法的缺点,提高天文导航系统的定位精度.      

面齿轮齿面的自适应采样方法

面齿轮齿面的数字化是齿面检测的关键技术之一.针对在三坐标测量机上进行的齿面采样,提出一种根据给定精度确定采样网格点数量的方法:对采样网格边界线进行初步自适应,利用截平面法得到初始采样网格;同时根据给定的采样网格点数量,借助基于形状的采样算法,对初始采样网格进行迭代,生成自适应采样网格,最终实现面齿轮齿面数字化检测采样的自适应规划.     

比例UT变换的一种比例因子自适应选取方法

将比例UT(Unscented Transform)变换应用于一般的采样策略可以解决采样的非局部效应问题,提高UKF(Unscented Kalman Filtering)的估计精度,而比例因子是其中的重要参数。文章提出了一种比例因子的自适应选取方法,将自适应的比例UT变换作用于最小偏度单形采样,并把相应的UKF应用于低轨卫星实时定轨中。仿真结果表明,这种自适应选取参数方法稳定可靠,其相应的UKF定轨精度与最佳的固定比例因子UKF的精度相当。     

基于均方根容积粒子的SMC-PHD算法

传统的序贯蒙特卡罗概率假设密度(SMC-PHD)算法采用状态转移密度作为重要性采样函数.当目标非线性运动时,少数粒子将具有较大的权值,导致估计精度低、结果发散.针对上述问题,提出了一种基于均方根容积卡尔曼滤波(SCKF)和统计门限技术的重要性采样函数设计方法.在重要性采样函数估计时,首先利用SCKF对重要性采样函数的均值和协方差阵进行预测,而后利用统计门限技术提取与重要性采样粒子相关联的量测.通过相应的权值对所提取的量测进行合并,更新重要性采样函数的均值和协方差阵.在此基础上将设计的重要性采样函数应用于SMC-PHD的强度预测和更新,最终实现多目标状态和数目的估计.实验表明,本算法在非线性多目标跟踪中具有精度高、估计结果稳定的优点.      

Optimized design of high-efficiency lunar soil sampling tube structure based on stress–strain law

Understanding the influence of the sampling apparatus on in-situ lunar soil lamination information during the sampling process of the direct push-through lunar weathering layer is of great importance. This paper develops a discrete element model for direct push-through lunar weathering layer sampling using the CUG-1A simulated lunar soil developed by the China University of Geosciences as a simulation object and determines the stress–strain law of the inner wall of a sampling tube. A method for optimizing the inner wall structure of a sampling tube based on the stress–strain law is proposed. The structural disturbance of the marker layer and the lunar soil disturbance rate evaluation function are used to assess the degree of disturbance of the laminar information during the sampling process. The results show that the proposed method can effectively reduce the structural disturbance of the lunar soil in-situ laminar information. In addition, it can also optimize the structural information disturbance of the marker layer. The proposed method can decrease the simulated lunar soil disturbance rate from 0.31 to 0.251 and effectively reduce the penetration force load by 15–20% in the direct push-through sampling process.     

红外空空导弹抗干扰效能评估建模

为了摸清红外空空导弹性能、提高导弹作战效能，需要全面有效地对导弹抗干扰能力进行评估。但是受限于无穷多的对抗情况，目前多数基于典型对抗场景进行研究分析，不够全面。为此使用改进的拉丁超立方采样法在全范围内设计采样点。首先，对红外对抗原理和仿真系统进行说明和构建，确定输入参数范围和类型；其次，对拉丁超立方采样进行改进优化，并将其生成的采样结果按需离散化，满足诱饵离散型参数设置需求；最后，运用上述生成的初始参数组合运行仿真系统，将获取的数据作为样本集交给随机森林模型学习，通过调优参数及调整损失矩阵后，得到预测精度为90.4%的红外空空导弹抗干扰效能评估模型。通过仿真，验证了所提模型在不同红外对抗态势和不同提取误差下的有效性。      

Research on the evaluation method of lunar soil disturbance based on the fitting of Gaussian surface

It is crucial to maintain the layer sequence information on in situ lunar soil during the lunar soil sampling. In this paper, a discrete element model for direct push sampling of the lunar weathering layer is established, and the relationship between the perturbation rate of the lunar soil layer sequence information and the sampling depth is obtained. A quantitative evaluation method of the perturbation rate of the structural information on the lunar soil layer sequence based on the Gaussian curvature is proposed by reconstructing the center-of-mass point cloud model of the marked layer lunar soil particles in MATLAB. The proposed method can accurately describe the perturbation rate of lunar soil layer sequence information and can analyze the degree of lunar soil disturbance according to the displacement of the sampling tube and mechanical parameters in real-time inversion during the sampling process. When the sampling depth is 40 mm, the minimum and maximum perturbation rates of sampling along the penetration direction of the machine are 5.261 % and 27.649 %, respectively. The perturbation rate shows a trend of first decreasing and then increasing. The method proposed in this study could effectively solve the problem that the disturbance of lunar soil bedding information was difficult to evaluate in the sampling process of lunar regolith.     

粒子滤波及其在航天器交会对接相对导航中的应用

在全面分析粒子滤波原理的基础上,提出一种改进高斯粒子滤波方法.该方法利用确定性采样滤波算法进行时间更新,替代高斯粒子滤波算法中的随机采样过程;另外,针对厚尾噪声情况,利用鲁棒统计方法对确定性采样滤波方法进行鲁棒性改进,并将其应用于所提出的改进高斯粒子滤波.将粒子滤波算法应用于交会对接相对导航问题,仿真结果表明,在多种测量噪声情况下,改进高斯粒子滤波较其他粒子滤波,能够在不过多损失估计精度的同时有效降低计算量.文中的研究成果为将粒子滤波应用于航天器导航问题提供了理论参考.     

铲挖式表层月壤采样器设计与试验

针对月球表层土壤的采样任务,设计了一种搭载于机械臂末端的采样器。基于离散元手段,利用Scott真实月壤微型三轴压缩试验数据,完成仿真散体颗粒特性参数匹配,开展了采样器铲取、挖取采样过程的仿真分析,获得作业过程采样器的动力学特性。此外,开发了采样器性能测试系统,针对不同模拟月壤对象进行了采样试验,测试获得了采样器采样能力随深度及月壤硬度的变化情况,得到采样器操作参数的可行区域。采样器能够实现铲取、挖取和封装容器转移多重任务,研究工作为中国未来的月面采样任务提供方案借鉴和技术支撑。