基于BG算法的微波成像仪图像重建技术研究

基于用FY-3气象卫星微波成像仪(MWRI)的有效视场(EFOV),用BG算法对MWRI的空间分辨率重构进行了研究。给出了重建原理,引入折中参数控制分辨率与噪声的比例。对MERI的10.65GHz V通道进行了分辨率重构,在有效扫描角±45°区域内使用重构采样算法,确定重采样分辨率60km、折中参数为1×10-6,并获得了此条件下各探测通道最优重构分辨率及重构后的性能指标。结果表明:MWRI统一探测分辨率60km时,18.7,23.8,36.5,89GHz通道的噪声被大幅抑制,合成足迹的噪声为原始噪声的约10%,插值误差均小于5%,MWRI所有通道可很好地工作于匹配分辨率60km。     

基于3星子集的GPS快速选星算法

针对高精度GPS导航系统中,空间星座数量变化时由星座选择带来的运算量较大的问题,利用 Sherman Morrison 矩阵求逆引理,推导得到GDOP（Geometric Dilution of Precision）值的增量递推计算公式。 在此基础上提出一种基于由3颗GPS卫星组成“3星子集”的快速选星算法,并利用LLRB树（Left Leaning Red Black Tree）的存储搜索策略辅助快速产生最佳4星组合。相对于传统GDOP选星法,在可视星卫星数增加时,浮点数运算量（FLOPs）可减少将近一半;当可视卫星数减少时,FLOPs可降低到接近为0。实际试验结果表明,3星子集选星方法可以有效降低星座突变时由星座选择带来的时间消耗,提高星座更新的实时性。     

星载微波辐射计通道分辨率匹配技术及其在FY-3卫星MWRI中的应用

基于仿真模型对圆锥扫描星载微波成像仪不同频率和极化二维天线方向图地面足迹的模拟,对FY-3卫星微波成像仪(MWRI)原始观测轨道亮温数据,用Backus-Gilbert(BG)分辨率匹配算法分别对分辨率降低(高频通道匹配到低频通道)和分辨率增强(低分辨率匹配到高分辨率)进行了实验分析。结果表明:分辨率降低匹配处理能较好地模拟实际仪器观测,且不另引入噪声,可在MWRI通道分辨率匹配中实际应用;分辨率增强匹配可明显提高低频图像分辨率,但会一定程度引入噪声,实际应用中应考虑在分辨率增强与噪声间进行折中处理,在增强分辨率的同时,使引入的噪声在可接受范围内。     

基于深度学习的毫米波和亚毫米波成像仪的图像增强技术

风云四号卫星毫米波和亚毫米波成像仪(MMSI)数据根据采样方式分为过采样和非过采样数据。由于采样方式的影响,非过采样数据在采样过程中会有一定的信息损失。为解决采用简单的线性插值方法做精细化处理时提升精度有限问题,采用基于深度学习的方法增强MMSI亮温图像,设计卷积神经网络重建风云四号卫星MMSI的亮温图像和风云三号卫星微波成像仪亮温图像。实验结果显示:相比传统的双三次插值方法,在风云三号卫星微波成像仪亮温图像样本上峰值信噪比提升了1.13dB,结构相似度提升了0.01。实验结果表明:对于非过采样亮温数据,采用基于深度学习的方法增强图像具有更高的精度,同时可在其他微波探测仪数据中使用,具有很强的普适性。     

FY-3(05)星主动对月定标控制技术研究

月球是低轨气象卫星载荷进行外定标的一个理想目标,不同载荷通过观测月球可以建立统一的参考基准,提高相互之间的数据匹配性.对于低轨卫星,月球一般每月一次进入载荷的视场,但停留时间只有几秒钟.为进一步提高对月定标的观测时长,积累更多的观测数据,本文针对低轨偏置动量卫星提出了一种主动对月定标控制方案,通过卫星平台的姿态控制,使...     

基于三轴气浮台的微波成像仪干扰力矩测量方法研究

对一种基于三轴气浮台的微波成像仪干扰力矩测量方法进行了研究。用三轴气浮台实现微波成像仪的静不平衡量、动不平衡量的测量和现场整机配平,经在轨飞行验证,卫星姿态稳定度有大幅提高,方法有效、可行。     

基于FY-3C/VIRR地表温度数据的上海市热岛效应时空特征分析

城市热岛效应是当前城市生态领域关注的焦点问题之一。本文以上海为例，基于FY-3C/VIRR LST数据，通过计算研究区的热岛强度指数与热岛比例指数，定量分析上海市2019年全年城市热岛效应的时空变化特性。结果表明：上海市2019年全年各月份的总热岛区域面积均在40%以上，城市热岛效应较为显著，其中7月份总热岛区域面积最大；上海市热岛效应的空间分布呈现出“北热南冷”的格局，热岛效应主要分布在中部和北部； 上海市5—7月热带比例指数较高，为较严重热岛，随着8月份平均地表温度的继续升高，热岛比例指数有所下降。     

FY-4闪电成像仪实时事件处理器(RTEP)的FPGA设计研究

闪电是中尺度,特别是中-γ尺度天气系统研究的有力工具。闪电成像仪主要利用4种方法 组合来实现闪电信号的增强与探测。这4种方法是:光谱滤波、空间滤波、时间滤波、帧-帧背景去除。实时 事件处理器(RTEP)是实现帧一帧背景去除的最为有效的手段,它是提取闪电信号的重要途径。实时事件处 理器是一个实时数字信号处理系统,在2ms的时间内要完成12 bit量化的512×512个像素的信号数据处理, 探测出闪电信号。文章论述了实时事件处理器RTEP的必要性,实现原理,以及FPGA实现方案。     

FY-4闪电成像仪实时事件处理器（RTEP）的FPGA设计研究

闪电是中尺度，特别是中-γ尺度天气系统研究的有力工具。闪电成像仪主要利用4种方法组合来实现闪电信号的增强与探测。这4种方法是：光谱滤波、空间滤波、时间滤波、帧一帧背景去除。实时事件处理器（RTEP）是实现帧一帧背景去除的最为有效的手段，它是提取闪电信号的重要途径。实时事件处理器是一个实时数字信号处理系统，在2ms的时间内要完成12bit量化的512x512个像素的信号数据处理，探测出闪电信号。文章论述了实时事件处理器RTEP的必要性，实现原理，以及FPGA实现方案。     

基于FY-3C/VIRR海温资料的超强厄尔尼诺演变过程诊断分析

为了定量评估FY-3C卫星可见光红外扫描辐射计的海表面温度(SST)产品数据在厄尔尼诺事件分析中的可用性,利用FY-3C SST产品数据对2014/2016年超强厄尔尼诺形成、发展的时空演变过程进行诊断分析,并与气候态分析中常用的美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)联合制作的最优插值海表温度(OISST)资料进行对比评估。研究认为:FY-3C/VIRR月均海温数据能够刻画出厄尔尼诺期间海表面温度异常升高的基本时空分布特征;FY-3C/VIRR SST与OISST资料相比,海温距平场振幅变化范围较小,FY-3C/VIRR SST全样本资料在进行重采样及异常值剔除处理后的气候特征分析效果更好,在具体应用海温产品时可根据应用目标选取高产品等级像元参与运算;中高纬度与赤道低纬度的海温距平存在区域偏差现象,具体表现为FY-3C SST中高纬度海温暖异常值相比OISST偏高,赤道中东太平洋海温暖异常值相对OISST偏低,全局回归系数的代表性是造成这种区域偏差现象出现的主要原因,为FY-3C SST海温资料在气候态分析中的应用提供了借鉴,并为海温资料的进一步完善提供了改进建议。     

基于恒星矢量差分的星敏感器星跟踪算法研究

针对现有星跟踪算法依赖外部信息、模型复杂等缺点,结合卫星平台实际,提出了一种新的星敏感器内部星跟踪算法,利用星矢量与角速率间关系进行星点预测。先根据当前帧和前一帧的星矢量,用最小二乘原理估算出角速率,再对角速率进行卡尔曼滤波以减小估计误差,之后用滤波后的角速率预测下一帧的星矢量,将星矢量转为星点坐标,最后在以该坐标为中心的波门中提取星点。讨论了角速率估计误差、截断误差、星点成像随机误差和定姿星数等因素对算法精度的影响。该方法不依赖外部信息进行预测,模型简单,易于实现。实验验证在星敏感器角速率为0.6(°)/s时,平均跟踪精度0.55像素,证明了其有效性。     

基于STK的导航星模拟及天文定位选星算法研究

导航星优选是研究天文定位导航的前提。本文结合导航恒星选星对天文定位的影响,研究提出了基于STK软件的导航星模拟方法,并针对空天飞行器对天文观测时的条件约束,结合天文导航定位对导航星的要求,构建了适合不同飞行航迹的导航星库。基于所设计的导航星库,以空天飞行器为应用对象,结合其在轨段飞行轨迹参数,基于STK软件进行了天文导航定位仿真研究。在所设计的飞行器飞行航迹参数及可见星信息条件下,针对空天飞行器长航迹飞行运动特点,设计了3种不同的天文定位观测选星方案,并研究了不同选星方案下的天文导航定位性能。最后通过仿真验证表明所提出的导航星模拟和选星方法能有效满足空天飞行器对天文导航定位的要求。     

基于Matlab的FY-4星载扫描辐射计午夜太阳入侵模拟

用Matlab软件建立了动态仿真模型,以分析太阳午夜入侵对风云四号(FY-4)地球静止气象卫星扫描辐射计的影响。给出了仿真算法的流程,介绍算法中太阳光线方向、受照面转换和主镜反射特性计算等难点,并说明为提高效率采用的近似简化和优化处理。计算结果与文献中GOES卫星的实测数据相近,表明该仿真模型可较准确地模拟午夜太阳入侵,所获数据准确。     

基于实测数据的机载毫米波ISAR舰船目标成像算法研究

ISAR的方位向分辨率和波长有关,在相同转角情况下,波长越短,获得的方位分辨率越高,但波长较短使得雷达对运动误差敏感,容易产生较大的相位误差,使成像算法变得复杂。针对此问题提出一种适合于机载毫米波ISAR舰船目标的综合成像算法。算法首先利用回波距离向高分辨率分离出单个舰船目标回波;然后对单个目标回波进行包络补偿和初相粗补偿;再根据时频分析结果,结合Radon变换的最大值位置,判断目标运动状态;最后根据判断结果自动选择合适的成像方法对目标成像。利用算法对机载毫米波ISAR数据进行成像处理,成像结果验证了算法的有效性。     

一种星模式识别算法的稳健性研究

研究了一种基于奇异值分解的星模式识别算法的稳健性。首先简述了研究星模式识别算法的必要性和现有的星模式识别算法。从数学原理上证明了本文算法进行模式识别所用的矩阵的奇异值相对于坐标变换是不变的。从物理意义上给出了稳健的解释。仿真试验选取了四种有代表性的情况进行了研究。结果证实该算法所用的特征不变量是稳健的。结论部分分析了该算法的优缺点。最后给出了待研究的问题。     

北斗导航系统的快速选星算法研究

为解决卫星导航系统定位精度与实时性的矛盾,文章以北斗卫星导航定位系统为研究对象,针对基于高度角和方位角的快速选星算法进行研究,通过仿真对比最佳几何误差因子法得到的几何精度因子(GDOP)值与基于高度角和方位角的快速选星算法得到的GDOP值以及它们的计算复杂度,从而验证该方法的可行性及更好的实时性。同时,通过对比3个星历时刻中不同的顶座星和底座星数目的各种组合及其对应的GDOP值,得到该算法中顶座星和底座星数目的最佳选取方案。     

基于运动参数估计的中轨道星载SAR舰船成像算法研究

中轨合成孔径雷达具有非匀直运动轨迹的特点,对非合作运动舰船目标成像时,相对运动复杂,成像困难.提出一种适用于中轨SAR海上运动舰船目标的高分辨成像算法,首先分析中轨SAR的特性,推导中轨SAR精确的斜距模型,分析由运动舰船引起的回波相位误差,结合斜距模型和多普勒参数估计推导舰船运动参数,进而修正斜距模型,根据修正后的斜...     

基于并行运算体系结构的星敏感器图像处理算法

采用FPGA构建星敏感器图像处理并行计算体系结构。星敏感器图像处理算法由高通滤波、星点提取和星点排序3个模块组成。高通滤波模块基于图像局部加窗计算阈值的方法,星点提取模块采用逐行扫描的计算方法,星点排序模块采用基数排序的计算方法。星敏感器图像处理算法基于四级流水并行计算体系结构,显著提高了星敏感器图像处理的效率和算法的可靠性。
     

基于通道剪枝的SAR图像舰船检测优化算法

近几年,随着深度学习的发展,基于深度学习的目标检测算法开始应用于合成孔径雷达(SAR)图像中的舰船检测。但深度学习模型结构复杂,参数量与计算量巨大,无法应用到星载处理器的实时处理中。本文提出一种结合了Faster-RCNN和卷积通道剪枝的舰船检测方法,在保证检测精度不受较大影响的情况下,剪除卷积层中的部分参数,提高检测效率。实验表明:经过剪枝优化的Faster-RCNN舰船检测模型中的参数量降低了约56%,而推理时间减少了约51%,同时精度下降仅有1.9%。这给未来在星载处理器上部署舰船检测算法提供了新的思路。