改进的SSDA并行算法及其在TEM中的应用

介绍了一种把图像匹配中的序贯相似性检测算法(SSDA,Sequential Similarity Detection Algorithm)应用到地形匹配中的方法,把地形匹配系统中的数字高程模型、高程数据和实时剖面数据分别视为SSDA算法中的搜索图、灰度值和模板,同时提出了动态门限序列和分组选取随机点的方法,最后将改进的SSDA算法进行并行化并用消息传递接口(MPI, Message Passing Interface)实现.实验结果表明,改进的SSDA算法能有效地提高地形匹配的速度和计算精度,而相应的并行程序也能取得较好的加速比,从而一定程度上解决了传统的地形匹配算法时间复杂度高、实时性差的问题.     

系绳卫星体制高精度INSAR系统设计

针对现有分布式干涉系统难以实现更高比例尺高效率地形测绘的问题,提出了一种基于系绳卫星体制的InSAR系统。首先,结合系绳卫星动力学仿真,给出了系绳干涉系统的几何模型,提出了系绳干涉系统的工作模式,然后研究了系绳卫星SAR载荷的具体工程实现途径,提出了基于系绳电缆解决实现同步和相位同步的方法。首次建立了系绳长度及面内角等参数与模糊高度的关系,对SAR载荷的工作频段、发射峰值功率、天线口径、入射角范围等进行了优化设计。对系绳InSAR系统的关键性能指标进行仿真分析,仿真结果表明该系统可以实现0.5m测高精度等核心指标。该研究提出了一种1:5000比例尺的高精度测绘SAR系统,相对测高精度比德国的Tandem-X系统提升了4倍,可为我国后续开展高精度星载InSAR工程研制提供参考。     

前视地形告警算法与告警模式仿真验证研究

前视地形告警功能是近地告警系统中极为重要的一部分,但已有的前视地形告警方法都是通过拟合包线进行告警,这种方式的精确性略有不足。为了提高前视地形告警的准确性,提出了一种简单前视地形告警算法,并搭建了仿真验证平台进行仿真验证。提出了简单前视地形告警算法的工作流程;建立了航迹预测算法、极限拉起点和提前告警时间的计算模型;定义了前视地形告警新的告警子模式;利用Qt设计了一个仿真验证系统。通过仿真验证可知,前视地形告警算法能够及时发出告警,并且根据告警模式的不同用不同的方式警示飞行员,与利用告警包线的方法相比,前视地形告警方法更为精确,并且适用范围广泛。     

基于前视地形的极限告警曲线算法研究

针对作战飞机在低空中的可控飞行撞地问题，提出基于前视地形的极限告警曲线算法。该算法建立了飞机运动学模型、地形感知模型、飞行轨迹预测模型和极限告警曲线算法模型。首先，根据地形高程数据，以飞机拉起轨迹与地形的最小间距是否大于最小安全距离作为寻找极限告警点的判断条件，对上述模型进行仿真得到飞机的极限告警曲线。然后，综合考虑地形倾斜角和飞行员承受过载，对曲线进行优化，给出适宜飞行员拉起避障的最优告警曲线。最后，开展了仿真算例验证。研究结果表明，所提算法可依据飞机爬升性能和地形变化给出正确的极限告警曲线和最优告警曲线，当飞机前方有碰撞危险时可成功拉起避障。     

基于TERCOM-ICP联合算法的水下地形匹配方法研究

水下地形辅助导航一直是应用于AUV的热点和前沿问题，有助于修正惯导随时间积累的定位误差，以实现精确的导航定位。对经典地形匹配方法TERCOM算法进行了简单的介绍，引入点云配准领域的ICP算法，针对多波束测深系统可以获取地形剖面的特点，提出了一种TERCOM-ICP联合匹配算法。首先使用TERCOM算法粗匹配，将粗匹配后的大致位置作为指示输入ICP算法中进行精匹配，通过仿真实验对TERCOM算法的匹配结果和ICP算法的匹配时间作对比分析。仿真结果表明：TERCOM-ICP算法可以有效提高水下地形匹配精度，经过仿真实验测试，平均匹配误差可以达到20 m以内，所用时间在160 s以内，验证了该算法应用在水下地形匹配领域的可行性，更好地满足了水下辅助导航的要求。     

月球车地面遥操作技术发展现状与未来展望

针对月球车在地球-月球大通信时延、月表复杂环境下的地面遥操作技术进行了分析，回顾了苏联、美国、中国已成功发射月球车的控制技术或者远程控制技术现状。为了解决当前月球车采用的“移动-等待”模式低效率难点，结合地面轮式移动机械臂在运动学约束、小时延、多自由度映射等方面的技术现状，从通信时延及时延补偿策略、月表松软月壤带来的纵向/侧向滑动、机器人遥操作理论等3个方面，对月球车进行连续遥操作所面临的关键技术进行了梳理。最后，对未来月球探测工程中的月球车地面遥操作技术发展方向进行了展望。     

基于自主软件LSWS的典型地形大气CFD模式研究与应用

基于我国典型地形风资源评估、风电场微观选址及风电预测等的发展要求，根据风场实测数据，提出了两种风廓线模型：一种是利用实测数据修正的Gryning风廓线模型，另一种是结合分段函数及理论公式拟合的风廓线模型。考虑大气热效应、地转效应等大气效应，结合改进的雷诺时均k-ε两方程湍流模型，建立了能够模拟不同大气稳定度的典型地形大气CFD模式，开发了自主可控的风场CFD模拟软件LSWS(large scale wind simulation)。以锡林浩特平坦草原地形和山西丘陵地形的风场为例，比较了自主软件LSWS和商业软件Fluent的模拟精度。模拟结果显示：对于锡林浩特平坦草原地形风场，两个软件模拟结果与实测数据总体吻合良好；在稳定大气状态下，LSWS的计算精度较Fluent最大提升6.33%；在模拟山西丘陵地形时，LSWS的计算精度明显高于Fluent，特别是绕山脊的山后流场模拟更加合理，LSWS计算精度较Fluent最多提升40%以上。     

基于条件生成对抗模型的遥感卫星影像重建技术研究

为了快速侦察未知区域的地貌信息，遥感卫星可对特定区域进行扫描以获取遥感卫星影像。当卫星经过国外未知区域时，部分卫星无法针对某特定区域进行长时间的驻留扫描，本文提出一种基于条件生成对抗网络模型（Conditional Generative Adversarial Network，CGAN）进行网络训练，前期将某方法获取的区域轮廓地形信息作为CGAN网络的生成网络和鉴别网络中的条件约束信息，通过网络生成器与判别器在训练过程中互相博弈产生特定的输出集，有效地实现由单张电子轮廓图像到对应卫星遥感图像的端到端的非线性映射。本文通过原真实卫星遥感图像与生成卫星遥感图像进行四种对比误差计算，平均误差、均方误差与结构相似度均高于99%，峰值信噪比高于30 dB，生成的图像与原图像之间具备高相似度，实现了在获取坐标定位轮廓信息的先验条件下，对特定区域进行遥感卫星影像内容重建技术。     

基于深度强化学习的复杂地形适应机器人设计与实验

针对行星表面轻量化自主探测任务，基于仿生思想设计了一种仿海胆结构的十二足球形机器人，其具备自主改变构型以贴合复杂地形的能力，可实现无倾覆、高容错的全向运动；基于数据驱动方法，对该机器人设计了一种数据高效的无模型强化学习运动策略，可实现无先验知识的从0到1步态训练以及步态的实物样机快速部署。通过在平面地形和非结构化地形中对其进行仿真实验，验证了经过训练的机器人具备自主运动、适应非结构地形等能力；通过与常用基准策略进行对比，证实了本文提出的运动策略具有训练高效、鲁棒性好的优势；最后通过开发原理样机，开展实物实验验证了仿真环境中所生成的步态在真实物理环境中的动力学可行性。     

一种基座姿态可控空间机器人的通用避奇异算法

针对基座姿态可控空间机器人笛卡儿路径规划中的奇异问题，提出了一种通用的运动学奇异回避算法。通过虚拟机械臂的方法建立空间机械臂的雅可比矩阵，实时判断雅可比矩阵行列式的值与角速度的关系确定奇异区，采用Newton-Raphson迭代法进行逆运动学求解，并设计了一种“微分项提取+二次拟合”的分段路径规划算法应用于奇异回避，直至关节角脱离奇异区。仿真结果表明:所提算法能够有效回避奇异，适应各种自由度与构型机械臂，调节计算时间与跟踪精度之间的关系，具备较好的通用性。