基于拟合的吸收光谱反演算法研究*

可调谐半导体吸收光谱技术作为一种先进的光谱检测手段,已广泛应用于大气环境监测、工业过程控制等领域,实现不同领域组分浓度、温度、压力等参数的高精度探测。技术分为直接吸收光谱技术和波长调制光谱技术,通过选取不同的目标函数,验证拟合算法在吸收光谱技术中的可行性,两种技术均可通过构建合适的目标函数结合拟合算法实现吸收信息的精确反演,依据物理过程建立吸收模型,分别将直接吸收技术的光强、吸光度及透过率和波长调制光谱技术的光强及谐波信号作为拟合对象,实现了拟合参数的精确计算,从理论上验证了处理方法的准确性,扩展了拟合算法在检测仪器开发方面的应用,为各领域的发展提供了技术保障。     

基于时变散射特征与CNN的双极化SAR作物分类

作物类型分类是极化合成孔径雷达(PolSAR)图像中最重要的应用之一。然而，由于成本和系统限制，越来越多的双极化SAR系统已经投入使用。由于双极化模式的限制，双极化SAR数据集存在严重的贴现特性，使得双极化SAR图像难以获得令人满意的分类精度，因此有必要提取更适合于双极化SAR数据集的散射特征。基于H/α分解的基本理论，引入了一个新的参数来测量农作物的时变散射特性，并针对双极化SAR图像提出了时变散射特征驱动的卷积神经网络(CNN)。实验结果表明:提出的CNN分类方法达到了最高的分类精度。与不同的特征组合输入相比，提出的新参数能稳定地提高分类器的分类性能，H、α、θ和强度特征的组合也能达到最佳的分类性能。     

星载角跟踪接收机角误差包络检测

针对星载角跟踪接收机中角误差合成信号的特点，提出一种基于复Morlet组合小波的角误差信息提取方法。该方法首先对星载角跟踪接收机中角误差合成信号的频域特性进行分析，角误差包含在角误差合成信号的包络中，频率上则表现在调制基波的谐波分量处。然后采用Morlet小波作为母小波，根据角误差合成信号的频域特性选取合适的小波尺度参数和位置参数可以有效的提取合成信号包络信息，从而解算角误差信息。在调制基波频率确定的情况下，合适的小波尺度参数和位置参数能准确对调制基波谐波分量进行提取，从而实现角误差的包络检测。该方法对±10kHz范围内的多普勒频偏不敏感，解决载波多普勒估计不准情况下的角误差提取。最后通过计算机中的Matlab对Morlet组合小波角误差合成信号包络提取进行仿真，证明该方法的可行性和有效性。     

基于GO法的Nd：YAG侧面泵浦激光器可靠性分析

本文报道了基于GO（Goad Oriented）法的Nd∶YAG侧面泵浦激光器可靠性分析，建立了Nd∶YAG侧面泵浦激光器的GO图模型，定性分析了Nd∶YAG侧面泵浦激光器的薄弱环节，定量计算了激光头中各薄弱环节的可靠性结果，包括等效故障率λ_R、等效维修率μ_R、平均无故障工作时间（MTBF）等；并定量计算了KTP晶体故障率的改善对Nd∶YAG侧面泵浦激光器可靠性提高的影响。本文中建立的GO图模型可为Nd∶YAG侧面泵浦激光的优化及可靠性评价提供理论依据。     

一种基于频移补偿的apFFT相位估计改进方法及应用

全相位快速傅里叶变换（all phase Fast Fourier Transform,apFFT)相位一致性特点使正弦信号相位估计不受频率估计影响,但由于频谱泄露和栅栏效应,apFFT相位估计性能受信号频率位置影响。针对该问题,提出了一种基于高精度频率估计和补偿的apFFT相位估计方法。首先,对信号进行高精度频率估计,并以此对信号进行频移补偿,然后对补偿信号进行apFFT,最后求解信号相位。蒙特卡洛仿真结果表明：所提算法的相位估计性能不受信号频率位置影响,相位估计误差性能与理论值一致,受两参数克拉美罗界（CRLB₂）约束,约为1.158 2倍的CRLB₂;相位估计性能和抗噪声能力明显优于经典apFFT算法和其他对比算法。更进一步,利用我国首次火星探测器TW-1（天问一号）近火捕获段干涉测量数据进行算法验证,结果表明：相位估计精度约4 mrad,干涉测量时延估计精度约50 ps。     

机载220 GHz云雷达衰减订正模拟试验

针对220 GHz云雷达回波信号的衰减问题，结合典型云滴谱和云参数，对水云和冰云模拟取样2 100次，应用离散偶极子近似法计算了220 GHz云雷达探测云滴粒子的衰减系数kc和雷达反射率因子Z的关系。在考虑大气和云对220 GHz云雷达信号衰减的基础上，对水云和冰云的机载220 GHz雷达回波强度进行了数值模拟，根据得到的kc-Z关系，进行衰减订正的模拟试验。结果表明:水滴云比冰晶云的衰减系数大2~3个数量级;相对于小粒子的水云和冰云，大气吸收是造成机载220 GHz云雷达衰减的主要原因。高频段的雷达信号在传播路径上的衰减非常明显，本研究中给出的kc-Z关系适用于220 GHz频率雷达的云衰减订正计算。     

一种鲁棒的毫米波雷达人体呼吸心跳测量方法

提出一种基于毫米波雷达的人体呼吸心跳测量方法，可用于检测航天员的呼吸心跳。通过发射57.5~63.5 GHz频段的线性调频连续波，采集人体胸腔表面反射的雷达回波，经过混频和低通滤波后采样，得到包含呼吸心跳微动信息的中频采样数据。通过对中频采样数据做快速傅里叶变换，确定人体胸腔相对雷达的径向距离，进一步提取胸腔位置对应的相位信号。然后采用一种改进的相位差分增强方法，抑制相位信号中呼吸谐波对心跳信号提取的干扰和低频噪声对呼吸信号提取的干扰。最后采用高斯平滑滤波方法从相位信号中提取无波形失真的呼吸信号，并采用低阶有限冲激响应(FIR)滤波器从相位信号中提取无速率失真的心跳信号。此外，对呼吸、心跳信号采用时域寻峰算法计算呼吸率和心率。实验结果表明:此方法对人体呼吸信号和心跳信号测量的准确性高、鲁棒性强。     

基于多波长激光吸收光谱技术的气体温度二维重建

激光吸收光谱技术在航空航天领域具有广泛的应用前景。文章利用多波长激光吸收光谱技术设计了气体温度二维重建系统,实现了燃烧场气体温度的二维重建,通过增加吸收谱线信息减少了投影个数。重建算法采用了遗传模拟退火结合序列二次规划(SQP)的混合算法,在实现全局寻优的同时提高了运算效率。建立了产物包含水的燃烧模型,利用8条水的近红外吸收谱线,对燃烧场温度进行了二维重建。通过在测量信息中添加不同比例的随机噪声,验证了算法的稳定性,并与双波长吸收法进行了对比。数值仿真实验结果表明,在低噪声环境下,两种方法的重建结果相当;但对于噪声较大的环境而言,多波长吸收法的重建效果更为稳定。     

基于低轨全覆盖卫星星座的反向缝建链策略

低轨卫星星座的拓扑设计是天地一体化网络部署中较为重要的一环。在低轨卫星网络中，如何设计星座拓扑来提升卫星网络的稳定性与传输性能，是亟待解决的问题。提出一种基于轨道覆盖带方法的低轨持续全覆盖卫星星座设计方法，通过该方法构建低轨卫星星座，满足覆盖性能，可有效减少卫星切换的次数。基于构建的星座拓扑，制定邻轨k最近邻星的反向缝建链策略，优化设计链路长度和链路持续时长，获取网络传输性能与稳定性的平衡。仿真结果表明:通过上述方法设计出的星座，在满足对地持续全覆盖性能的情况下，相较于轨道覆盖带方法切换次数减少10%;邻轨k最近邻星策略相较于最短建链策略，拓扑稳定性能提升79.62%，使网络拓扑稳定性与传输性能达到更优的平衡。     

航天服自动流量调节阀设计

在航天员出舱模拟训练系统中,需要外部支持系统来保证训练航天服模拟真实舱外航天服的使用环境,进行所需气体的供给,内部气体压力、流量的维持等。这些功能的完成需要对舱外航天服内部气体进行流量、压力的自动调整。文章根据流体力学原理推导出了一种流量调整机构设计方法,并对此方法进行了仿真验证。据此原理设计了舱外航天服训练用的自动流量调节阀,采用新型锥形调节结构技术、长距离弱信号高准确度传输及滤波技术、阀体开闭位置高精度检测及闭环控制技术等,实现了流量的远程自动闭环调整,并通过气体溢出流量的调整,改变舱外航天服内的压力,使气体流量变化精度不超过5mL/s,压力自适应调整精度不超过10Pa/s,有效进行了舱外航天服的压力和流量控制,通过航天员出舱模拟训练试验,验证了产品功能和性能指标,保证了出舱活动的顺利进行。     

星载主动遥感气溶胶-云参数技术需求与进展

面对越来越迫切的气象和气候预测及大气环境监测需求,利用主动星载仪器在全球范围内探测云和气溶胶参数成为快速发展的研究领域。相比被动遥感仪器,主动仪器可以获取云和气溶胶参数的垂直分布信息,这将在天气气候模式的改进方面发挥重要作用。通过云和气溶胶遥感需求分析,从雷达数据应用角度,首先介绍了数值模式对云和气溶胶的科学参数需求和定量需求,进一步分析了云和气溶胶联合观测的需求,以及星载微波激光雷达的探测特点;然后对国内外正在规划的星载云和气溶胶微波激光雷达探测任务进行了综述,包括仪器指标和数据产品设计;最后展望这一领域的应用前景。     

基于谱图-Radon变换二值积累的信号检测方法

在低信噪比条件下，谱图-Radon变换可以有效地检测多个线性调频信号，但是当多个线性调频信号能量相差很大时，强信号的平台会将弱信号的峰值淹没，谱图-Radon变换就很难同时将这多个线性调频信号检测出来。本文提出了基于谱图-Radon变换二值积累的方法，这种方法可以有效的检测出被强信号平台掩盖的弱信号，具有较大的实用价值，仿真实验结果表明这种算法是有效的。     

遥感影像弱小目标智能解译算法研究

随着遥感技术的快速发展,光学遥感影像弱小目标智能解译成为遥感信息处理的研究热点之一。遥感影像的地物目标常具有尺度小、种类多、数量大、部分重点小目标移动速度快的特点,易受到复杂背景环境及噪声影响,使得提取遥感影像弱小目标的信息面临着巨大的挑战。早期智能解译算法中的弱小目标分割、检测及跟踪等算法研究,多依赖模板匹配及先验知识,此类算法需耗费大量资源、算力及专家知识成本,存在着计算量大、泛化能力差的问题。近年来,随着深度学习等人工智能技术的快速发展,在海量遥感数据中准确获取弱小目标的信息,通过结合深度学习算法可对弱小目标的特征进行快速提取,以提供高效、准确的解译信息。本文综述了遥感影像弱小目标智能解译算法研究进展,包括基于传统图像处理方法的弱小目标分割、检测和跟踪算法,以及基于深度学习等典型相关算法。通过分析这些方法的优点与局限性,对于提高相关目标的信息获取能力、提升观测的态势感知水平以及未来应用等方面具有重要意义。     

我国极轨气象卫星的发展

介绍了我国极轨气象卫星的现况。提出了由风云三号(FY-3)上午星、下午星和降水测量卫星组成的我国极轨气象卫星对地观测网构想,给出了三种卫星的主要仪器性能指标。讨论了多载荷综合观测,利用微波波段实现全天候探测,提高光谱分辨率,提高空间分辨率,提高仪器的灵敏度、定标精度,发展无线电(GPS)掩星探测,以及发展主动遥感等极轨气象卫星发展趋势。对我国极轨气象卫星的发展给出了气象卫星向对地综合观测发展、遥感探测技术向"四高两全一多"发展、探测方式向主动与被动结合方向发展、遥感应用向高精度定量化发展、发展专用卫星或小卫星阵列等建议。分析了转动部件与太阳阵耦合抑制、高指向精度高稳定度姿态控制、高数据率数据传输、颤振对高光谱成像质量的影响分析及减振、主动微波及可见、红外、紫外谱段高精度地面及在轨定标等实现我国极轨气象卫星发展的关键技术。     

空间站水循环处理系统中微生物的检测技术

如何控制空间站水循环处理系统的微生物数量对于保证航天员的饮用水和生活用水十分重要。微生物数量超标会对航天员身体健康产生影响,某些硫酸盐还原菌也会附着在管道设备上并发生化学反应,产生的H₂S气体会腐蚀设备。控制水循环处理系统的微生物有地面控制、选用特殊材料和在轨杀菌共3个方面。2003年NASA给出了空间站中微生物控制的一系列要求。文章中提出了两种微生物检测方法:ATP生物发光法和比色固相萃取法测碘和银离子数量的方法,通过比较两者的优劣以及多方面的探究,最后,确定通过监测碘和银离子的数量来控制微生物数量更加方便有效。     

气象海洋卫星地面遥感站

气象海洋卫星地面遥感站主要是用于接收各类气象、海洋、环境卫星的遥感原始数据,并实现数据存储及相关数据处理,从中提取可用的空间环境资料。5.2m天线根据轨道预报捕获并跟踪目标,接收L/S/X三频段射频信号,将信号放大变频后送解调器,解调器从中频信号中恢复出原始遥感数据帧,由记录器对数据进行存储,快视设备实时对原始数据进行去格式处理后显示遥感图像,通过网络传输给各个用户。     

空间主动光电遥感现状及发展

空间主动光电遥感技术在空间对地观测和深空探测等领域具有广阔的应用前景,探测对象包括地球和地外天体三维地形、地球植被垂直分布、大气气溶胶与云的垂直分布、大气温湿廓线、大气风廓线和特殊气体浓度等。为系统梳理空间主动光电遥感技术,综合分析了国内外空间主动光电高程探测载荷和大气垂直廓线探测载荷的发展历史和现状,提出了未来我国在多波束单光子三维地形探测、高光谱分辨率激光大气探测、差分吸收激光大气探测、激光掩星大气探测和激光海洋探测领域开展更深入研究的建议。