考虑高斯能量分布的复杂表面航天器激光雷达散射特性分析

针对复杂表面航天器在激光雷达照射下散射特性模拟不准的问题,通过表面建模和激光特性修正进行了解决。该方法首先通过高斯能量分布法对激光光束模型进行修正;然后基于有限元的思想,针对航天器复杂表面非光滑、非连续以及多材质等特性,利用改进Z-buffer的消隐算法解决了复杂航天器表面建模问题;最后建立了面向激光雷达的复杂表面航天器激光雷达散射截面的计算方法。仿真分析表明:航天器不同姿态下的激光雷达散射截面精度提升了14.58%,为后续面向激光雷达的隐身设计奠定了基础。     

智能仿真软件设计平台的实现

以运载火箭控制系统仿真软件为对象,通过分析仿真模型的共性,建立通用模型数据库和函数库,完成仿真软件各组成部分通用模块设计,搭建了一个智能化的专用仿真软件设计平台。平台的实现突破传统的软件设计思路,用仿真模型描述代替人工代码输入,在缩短仿真软件研制周期的同时也提高了软件的设计质量,为仿真软件设计创造了一个良好的开发环境。     

自由飞行空间机器人通用运动学模型及其仿真

本文了一种新的通用运动学模型。这一模型和以前方法不同，用通用方法导出能求机器人任一部分速度的通用方程式，同时这种通用模型由于运动学方程式表达式简单，所以计算速度很快，从而为空间机器人实时控制提供条件。本文首先在通用运动学模型所需的基本概念基础上推导出通用的运动学模型方程式，其次对该运动模型给以分析，最后通过仿真实验方法证明了本文提出的通用运动学模型比以往的几种运动学模型计算速度快的结论。     

合成孔径激光雷达研究

合成孔径激光雷达是目前国内外研究的热点。文中讨论了SAL的概念和原理,建立了SAL回波信号模型,研究了RD算法的处理流程,并进行了机载SAL点目标和分布目标成像的模拟仿真。仿真结果表明,SAL具有较高的分辨能力。此外,文中还提出了在军事上利用SAL和SAR联合检测军事目标的方法。     

星载激光雷达森林探测进展及趋势

森林是陆地上组成结构最复杂的生态系统,星载激光雷达兼具高垂直分辨率的优势和大范围数据获取的特点,在大区域尺度的森林参数定量反演方面具有独特的优势。从全波形激光雷达、光子计数激光雷达、成像激光雷达的技术特点、数据处理和森林参数提取等方面,总结了国内外森林探测激光雷达卫星载荷的发展、参数设置及应用潜力,以服务我国星载激光雷达森林探测系统的建设和发展。结合激光雷达辐射传输模型,探讨适合森林探测的激光雷达传感器参数方案,并以ICESat卫星的地球科学测高系统(GLAS)和先进地形激光测高系统(ATLAS) 数据为例,探讨星载激光雷达的森林参数反演方法,最后总结梳理了现有星载载荷的优劣并给出后续载荷发展的建议。     

基于全参数化技术的生产系统仿真建模

仿真模型的建立是进行仿真研究的关键,为此,本文在比较深入的探讨生产系统层次模型后,提出了关于生产系统基于全参数化技术的建模思想,使生产系统仿真模型建立更灵活、更通用,同时能够节省大量的人力和时间,对生产系统的建模和仿真研究具有较高的价值。     

星载激光雷达高精高稳探测卫星系统保证技术

激光雷达探测精度高,具备全天时工作和垂直探测能力,在大气环境天基遥感领域应用广泛。基于CO_2柱线浓度激光遥感探测原理,分析了积分路径差分吸收星载激光雷达测量系统的激光波长、能量精度和稳定性及光轴指向精度等关键指标要求和功能模块配置,重点开展了星载激光雷达光机头部稳定安装、良好机热环境保障及星敏载荷一体化布局等整星层面系统设计保证,仿真结果初步表明设计方案可行。同时,提出了激光雷达波长、能量精度及稳定性实时监测、卫星对地光轴指向高精度测定和星地载荷光轴指向测量误差标定的地面试验验证要求,以确保系统设计的有效性,为激光雷达遥感卫星的研制提供了技术参考。     

机载大光斑植被激光雷达系统设计

大光斑激光雷达,由于其光斑尺寸更大,可以获取更丰富的森林冠层结构的详细信息,因此对郁闭度较高的森林区域,测量优势更加明显。首先对大光斑激光雷达系统的探测能力进行仿真,验证方案的可行性;随后对大光斑激光雷达系统中的激光器、探测器、光学系统以及信号采集系统进行设计以及集成,形成了一套完整、稳定、实用的航空大光斑激光雷达机载系统。     

受控航天器的通用仿真框架

为满足航天器姿态控制系统仿真的需要 ,利用面向对象建模方法 ,设计了受控航天器的通用仿真框架。在该框架中 ,航天器、姿态表示、控制律、执行机构作为独立的对象建模 ,可以支持不同仿真背景、不同粒度下的仿真要求。利用该框架建立的飞船姿态控制系统仿真模型 ,验证了该框架的有效性     

基于SLM的伺服系统多学科联合仿真与设计优化平台

针对航天伺服系统研制流程中存在的协同设计水平不高、设计流程不统一、数据与模型管理分散等问题,以仿真生命周期管理(SLM)商业通用框架为基础定制开发了伺服系统多学科联合仿真与设计优化平台。通过对设计流程分析、流程定制、数据传递、模型管理等方面的研究与开发,将仿真融入设计流程中,实现了航天伺服系统的多学科协同建模与仿真、数据与模型的统一管理等功能,提升了航天伺服系统协同设计水平。     

空间失稳目标线阵雷达成像机理及三维重建

利用线阵激光雷达载荷小、抗干扰能力强等优势,研究空间失稳目标动态测量技术。探究线阵激光雷达成像机理,建立空间失稳目标运动模型,提出基于双切片法的目标可测区域提取机制,实现线阵激光雷达对空间失稳目标的驻留观测扫描;以ICP(Iterative closest point)配准结果为先验信息,提出逆序重建方案,建立重建点云精度以及平均密度评价机制,分析数据冗余对重建精度的影响,采用采样降维的方法进行配准重建计算,提高重建结果精度;最后进行仿真实验检验分析,实验结果表明空间目标可测部位数据提取合理准确,数据输出频率可达 1 Hz ,重建结果满足任务指标要求,重建点云平均密度达到19 mm,重建点云精度达到90 mm,为地面验证及在轨应用提供数据支撑和参考。     

可变构型复合柔性结构航天器动力学建模研究

针对中心刚体加复合柔性结构类航天器采用混合坐标法和子结构模态综合法，建立了可变构型复合柔性结构航天器低阶动力学模型。获得的柔性动力学方程及其各类耦合系数矩阵，适用于全星级可变构型系统和部件级复合柔性附件系统的控制系统设计与仿真，该模型具有阶数低和工程实用的特点。     

The spaceborne lidar experiment

Lidar is one of the key sensors to understand global atmospheric environment, so lidar is one of the candidates to be flown on future earth observation satellites. But spaceborne lidar is our first trial and we have some technical issues to resolve before establishing operational sensor. So we start development of the Spaceborne Lidar Experimental Model as a first step of lidar program of NASDA. The Spaceborne Lidar Experimental Model will be launched in early 2001.

The purpose of the Spaceborne Lidar Experiment is technological demonstration of system design and critical components to apply to future operational sensor. And we demonstrate availability of lidar observation data and scientific value.

There are some critical points to resolve such as (1) thermal design of laser oscillator which remove locally-generated-heat effectively and (2) mirror design with little distortion.     

差分吸收激光雷达的信号处理技术

针对差分吸收激光雷达系统 ,研究信号平均和卡尔曼滤波两种信号处理技术 ,并进行了数值仿真。通过仿真可以看出 ,采用信号平均和卡尔曼滤波技术都可以很好地估计出待测气体的浓度 -光程积 ,大大地提高测量精度 ,同时也将两者的性能进行了比较     

天基监测空间碎片有效载荷效能评估方法研究

介绍了用于天基空间碎片监测的主要载荷,包括可见光监测相机、微波雷达和激光雷达。根据评价指标体系,按照评价指标设计的原则,设计出评价指标的体系结构,建立基于AHP（采用层次分析法）的综合指标评估模型。利用评估模型实现对三种监测载荷进行评价分析,选择出效能最优的有效载荷。为天基监测载荷评估提供科学依据与评估方法。     

大气探测激光雷达组网观测一致性研究

通过激光遥感获取气溶胶、云垂直分布情况，对研究气溶胶、云微物理特性、辐射强迫效应以及污染物传输等具有重大意义。在实际应用中激光雷达受激光器能量、发散角以及透过率等影响，会导致各雷达面对同一目标物探测数据不一致。随着地基大气探测激光雷达逐步规模化、标准化，对雷达组网观测一致性开展研究具有重要意义。为保证组网激光雷达数据高质量和高可靠性，在雷达系统自标定基础上，利用太阳光度计、大气分子模型获取激光雷达系统常数，确保各激光雷达回波信号定量可比。通过激光雷达组网观测进行探测目标一致性比对试验，以验证激光雷达系统探测一致性精度。结果表明：标定后，532 nm距离修正信号在1~2 km区间相对偏差从64.89%降低到22.16%，在2~5 km区间相对偏差从49.26%降低到8.90%，在9.5~11.5 km相对偏差从46.83%降低到10.91%；532 nm退偏比在1~2 km区间相对偏差从69.68%降低到20.68%，在2~5 km区间相对偏差从71.24%降低到6.69%，在9.5~11.5 km相对偏差从140.24%降低到9.02%；532 nm后向散射系数在1~2 km区间相对偏差从37.45%降低到23.63%，在2~5 km区间相对偏差从29.15%降低到21.45%，在9.5~11.5 km相对偏差从76.02%降低到24.16%。组网激光雷达数据结果一致性较好，可在多站点进行高精度探测，在气候变化研究、碳排放监测和环境研究等领域发挥重要作用，为大规模大气变化规律研究提供高质量、有效数据。     

Estimation of potential abilities of middle atmosphere density measurements from a near-Earth orbit within the UV wavelength range

Analysis of errors in atmospheric density measurements by lidar on board the ISS is performed. It is shown that using as the lidar transmitter a Nd:YAG laser with moderate parameters of emission at a wavelength of 353 nm and a receiving mirror diameter of 0.4 m, it is possible to cover with a 10% measurement error a height range, on average, from 40–60 km and 30–40 km in the nighttime and daytime, respectively, down to the troposphere. Working with emission at 266 nm with a 10% error, it is possible to move to the heights of the mesosphere (70 km) and penetrate the atmosphere down to a height of 40 km. Thus, the use of two harmonics makes it possible to assimilate the height range of atmospheric density measurements from on board the ISS beginning from 70 km and down to the troposphere.     

天基逆合成孔径激光雷达高灵敏度接收技术

逆合成孔径激光雷达(ISAL)是一种主动式成像雷达,是合成孔径技术和激光雷达技术相结合的产物,具有极高的成像分辨率。由于无大气干扰,因此天基成像的环境十分有利于ISAL系统的部署,然而探测灵敏度不够,难以实现远距离探测的问题极大地制约了天基ISAL系统的应用。针对这一难点,提出使用高灵敏度相干平衡探测实现ISAL的空间远距离探测,计算了ISAL平衡探测的信噪比。在此基础上,提出了一种基于频率上转换的高灵敏度平衡探测接收方法,即信号光和本振光先经过频率上转换,再进行平衡探测,并实验验证了该方法的可行性。     

星载激光雷达系统污染增强损伤效应及防护试验研究

真空污染环境会加剧激光诱导损伤,严重影响激光雷达系统的性能。文章对已有研究进行了分析总结,详细介绍了星载激光雷达系统污染增强损伤效应及防护试验平台的设计、试验方法及结果,归纳提出了星载激光雷达系统污染防护措施,对我国相关研究的开展提出了建议。