高分七号卫星激光测高仪分系统关键技术设计与实现

针对1∶10 000比例尺立体测绘对高程控制点的需求,高分七号激光测高仪分系统在传统激光脉冲式距离测量技术的基础上,通过可见光光学被动成像与激光接收光学复合设计方案,同时获取激光足印在地物影像上的二维方位信息和大足印内的多回波波形,并对激光指向在轨监测关键技术进行了设计实现。关键技术仿真及试验结果表明:激光足印平面定位精度可达到5μrad,对强度变化33 dB内的回波测距均值最大变化3.3 cm。在轨监测数据表明:激光发射光轴稳定性优于0.5μrad,无云区域回波探测概率达到100%。测量获取的具备5μrad平面精度、1 m高程精度的激光落点可为1∶10 000比例尺测绘提供高质量的控制点信息。     

一种深空探测雷达信号处理精度校准方法

着陆雷达作为深空探测平台核心载荷设备，其测距测速精度是探测任务成败的关键因素之一。由于着陆区域内的目标回波特性的未知以及星载平台的处理芯片在仿真时具有局限性，不能充分验证着陆雷达的测距测速精度。提出在MATLAB环境下建立信号处理仿真模型，将多种目标回波信号引入仿真模型，与信号处理器硬件处理进行逐级比对，纠正测距测速精度误差，同时还可定位数据处理过程中的出现问题的环节。经实验验证，着陆雷达信号与数据处理测距测速精度误差可控制在0.5 dB内，优于0.5 dB的误差表明着陆雷达的测距测速功能得到充分的验证和精确的校准。     

高分七号卫星激光测高仪总体设计与在轨验证

高分七号卫星搭载了我国首台全波形体制激光测高仪,它具有测距精度高、指向稳定和长寿命的特点,在少量或无地面控制点情况下,以激光足印为高程控制点,与测绘相机数据联合平差,可实现1∶10 000比例尺地图对平面误差和高程精度的要求。文章论述了高分七号卫星激光测高仪的总体设计思路,并给出了高速采样全波形测距、基于足印相机的激光指向测量、长寿命固态激光器的设计方案和地面验证结果。激光测高仪发射入轨以后,对激光测距精度、激光指向测量精度、激光出光次数和能量遥测进行了统计和分析,结果表明:激光测高仪状态良好,测距精度优于0.3 m,满足设计指标要求。     

一种卫星激光测高仪测距精度仿真计算方法

针对卫星激光测高仪在测绘应用中的测距精度计算问题,提出一种测距精度全链路仿真计算方法。方法包括回波仿真、回波处理与精度计算,模拟了测距结果从获取到使用的整个过程,考虑了包括回波处理算法在内的所有影响测距精度的环节。在经典回波模型的基础上,增加了对数字表面模型(DSM)采样间隔的限制条件,以避免选用采样间隔过大的DSM进行仿真导致仿真准确度下降的问题。利用对可见光遥感图像信息进行人工多次选点并取均值的方法,解决真实地形中测量点与卫星之间距离真值的确定问题。将仿真得到的回波数据及精度计算结果与"冰卫星"(ICESat)回波数据及实际测距精度进行比对,结果表明:仿真得到的回波波峰位置和测距随机误差与"冰卫星"的一致,从而验证了仿真计算方法的正确性。     

一种软件化激光引信的实现方法

测距精度是衡量激光引信性能的重要指标之一。以往模拟信号波形处理中常采用前沿阈值法来检测处理波形。但是当激光回波波形因各种因素发生随机起伏和畸变时,这种方法就会出现较大的误差,严重地影响测距精度。设计了一种基于DSP硬件平台的软件化激光引信实现方案,给出了模块化后的硬件电路结构图以及各个功能模块的作用和相互之间的关系。研究了用数字波形处理技术提取测距基准的波形质心算法。通过计算机模拟比较了前沿阈值法和波形质心算法的性能,仿真结果显示波形质心算法具有较低的虚警概率、漏警概率和较高的测距精度。     

基于孪生支持向量机的无人机目标检测算法

无人机属于机动目标,有时会集群出现,这对传统的目标检测与跟踪技术提出了更高的要求。如何提升目标检测与跟踪算法的性能一直是研究人员密切关注的问题。针对传统目标检测算法在低信噪比下无人机检测性能不佳的问题,提出了一种基于孪生支持向量机的无人机目标检测方法。利用仿真软件对雷达探测到的无人机回波数据进行仿真建模,得到不同信噪比下的回波数据。在此基础上,对回波数据进行预处理形成无人机目标检测数据集,并使用数据集对检测方法进行训练与测试。然后与恒虚警检测算法和基于支持向量机的雷达目标检测算法进行性能对比分析。实验结果表明,该方法不仅能保证传统算法在高信噪比下优越的检测性能,与此同时在低信噪比下也能实现精准目标检测,缓解了传统检测方法在低信噪比时的检测精度下降的问题。     

星载激光测高地面数据处理设计研究

星载激光测高技术是对地观测系统中最为核心和前沿的信息获取技术之一,因其具有探测方向性好、测距精度高等特点,在地球科学领域中体现出了巨大的应用潜力。在ICESat/GLAS测高地面数据处理系统的基础上,针对将于今年发射的高分七号卫星的载荷特点,设计了一套星载激光测高地面数据处理系统软件。该软件可实现对星载激光测高数据的地面处理并生成3级数据产品,包含激光能量计算、波形分解和激光脚点定位等,以及相应各级产品的数据质量控制处理。利用高分七号仿真数据对该软件进行相应的性能测试,测试结果表明:该系统软件基本满足需求,已初步具备星载激光测高地面数据处理能力。     

导引头遮挡预判与效果研究

针对脉冲多普勒导引头存在遮挡导致在遮挡期和半遮挡期导引头接收通道易受镜像目标影响,且雷达误差受到恶化的问题,根据遮挡机理及其影响,提出了一种包括不依赖于精确测距的基于目标回波峰值获取、弹目距离获取和精确测速3步骤的遮挡预判方法,并对遮挡预判效果进行了仿真。结果表明通过遮挡预判后,可提前关闭导引头接收通道,减少遮挡条件下镜像目标能量进入,以及低信噪比时的雷达误差输出。研究可为制导控制系统的抗遮挡研究提供理论依据。     

星载激光高度计几何定位误差传播分析

星载激光高度计能够获取高精度的地面高程信息,可作为卫星光学遥感影像三维测图的补充。星载激光高度计的高程测量精度很高,但是平面精度较低。为了能够更有效的利用星载激光测高数据,需要研究星载激光高度计几何定位的误差源及其对定位精度的影响。文章从星载激光高度计几何定位模型出发,推导了星载激光高度计定位误差传播模型,得到影响星载激光高度计测高数据定位精度的主要误差源,并分析了各误差源对定位精度的影响,可以为星载激光高度计的设计和应用提供一定参考。     

雷达测距和测速的互耦卡尔曼滤波器的性能分析

在同时要求测距和测速的雷达跟踪系统中,应用互耦卡尔曼滤波进行数据处理,与单测距和单测速的卡尔曼滤波性能相比,距离跟踪精度能有显著的改善和提高。本文重点剖析测距和测速两个通道之间的互耦信息,证明了互耦卡尔曼滤波中距离和速度估值精度的改善程度,取决于测量信患的信噪比,尤其是测速通道的信噪比更为重要,并由计算机模拟试验得到了证实。     

提高线性调频连续波雷达测距精度的ZFFT算法

线性调频连续波(LFMCW)雷达在理论上有很高的测距精度,然而在实际系统中,由于FFT变换的栅栏效应,使得其距离分辨力和测距精度处于同一数量级,满足不了近距离测距时高精度的要求。在传统的FFT处理的基础上,采用ZFFT算法,在运算量增加不多的情况下,完成对中频回波主瓣的局部细化,大大提高了LFMCW雷达的测距精度,以满足高精度测距的要求。     

地基激光测距系统观测空间碎片进展

卫星激光测距作为地基光电望远镜系统重要技术应用,可直接精确测量空间碎片距离,提升碎片目标轨道监测精度。基于上海天文台60 cm口径激光测距望远镜,应用百赫兹重复率高功率激光器、高效率激光信号探测系统等,建立了空间碎片激光测距系统,实现了对距离500~2600 km、截面积0.3~20 m2的碎片目标观测,测距精度优于1 m,具备了碎片目标常规测量与应用能力。此外,开展了空间目标白天监视技术研究,实现了亮于6星等恒星的白天观测,并进行了望远镜局部指向误差模型分析,分析结果可应用于空间碎片白天激光观测的目标监视与引导。     

基于星载平台的SAR实时成像处理实现方法

针对高分辨率星载SAR星上实时成像处理的工程化技术问题,提出了一种优化的实现方法。通过对成像算法流程的优化设计和计算公式的重新推导,实现了高效率的相位补偿因子计算。在此基础上,提出了一种分析和优化计算精度的方法,在保证效率的前提下提高了相位计算精度。在某型实时信号处理样机上,基于改进CS算法,实现了5米分辨率的星载SAR实时成像处理,对16384×16384原始数据的处理时间优于28秒,图像质量满足技术指标要求。     

陆海激光卫星高程测量的思考

为满足新形势下陆海激光卫星高程测量的需求,分析了高精度高程控制点数据获取、森林生物量估算、浅海及海岛礁地形测绘、"三极"区域高程变化监测等方面的需求,提出了发展多波束激光卫星测高的初步设想,并就高精度激光指向测量技术、距离门宽度动态适应调整技术等关键技术问题进行了探讨。     

国外航空遥测发展综述

文章从机载数据采集、记录、遥测传输等几个方面介绍了近年来国外航空遥测技术发展的特点及趋势。主要内容有 :机载数据采集的分布式体系结构、采集器内部开放式总线结构、同步采样、数字信号处理、全软件编程和自动化检测 ;机载记录从模拟记录转向数字记录、从单一记录转向采集记录一体化、从单一的磁带记录转向多种介质记录 ;遥测容量扩大、图像压缩传输、新型遥测接收天线、数字化设备等。     

高精度星间微波测距技术

卫卫跟踪（SST）技术是目前地球重力场测量最有价值和应用前景的方法之一。高精度K波段星间微波测距系统（KBR K Band Ranging System）低低卫卫跟踪（SST-Ⅱ）重力卫星的关键有效载荷，它是一微米量级的测距系统，通过处理高精度的星间距离和距离变化率数据，可以恢复出地球重力场。在研究星间双路微波测距原理的基础上，提出了一种KBR系统的基本结构，详细描述了数据处理过程和KBR系统研究需要突破的关键技术，分析了国内目前的研究水平，给出了我国未来开展KBR系统研究的一些建议。     

激光陀螺与箭载计算机间的实时高频输入接口

高频输入接口是为激光陀螺研制的一个数字量输入通道，用于精确累计来自激光陀螺的高频窄脉冲个数，并配有实时数据采集与处理软件，采用了分时制。通过动态调试，获得了预期的结果。     

基于码元同步环路的激光测距通信一体化算法优化研究

精密测距与高速通信一体化技术已发展成为星间激光链路的主要研究方向之一。为了探究基于空间激光通信系统的通信解调算法对测距性能的影响机理，根据现有的激光通信系统架构，分析了测距通信一体化系统的工作原理，搭建了基于码元同步的激光测距通信一体化系统模型，分析了基于Gardner同步环路信号跟踪系统的测距精度，并对鉴相算法进行了优化。理论和仿真证明，优化后的码元同步环能够同时实现码元同步判决和距离解算，并得到了4 dB的噪声容忍度提升，其测距方差主要与基带成型滤波参数、环路带宽、载噪比以及鉴相增益等因素有关。该算法简洁，不受载波相位影响，对高阶调制具有良好的兼容性，适用于空间激光链路系统，丰富了测距通信一体化理论，为后续一体化系统设计提供了仿真依据。     

激光陀螺的高频读出与自适应滤波方法的研究

针对三轴激光陀螺捷联惯导系统(LINS)中三个激光陀螺受各自抖动频率限制,读出频带不足且读出信号不同步,导致动态应用精度降低,研究并开发了一种新的环形激光陀螺(RLG)高频读出电路及信号处理方法。方案采用抖动角传感器获取RLG抖动输出结合原始输出信号构成闭环LMS自适应滤波器,通过DSP信号处理,同时用整周期采样的累积输出作补偿。给出了实现的原理框图和滤波算法。经测试,该方法提高了RLG的读出频带,解决了读出信号不同步的问题,并有效减小了RLG的输出信号噪声,提高了LINS的解算精度,为系统在高动态条件下,实现相关数据分析与误差补偿提供了前提和基础。