环境与灾害监测光学有效载荷发展综述

环境与灾害监测目标具有多样性、定量化要求高等特点,非常适合光学载荷发挥其信息量丰富、种类多、精度高等方面的优势。在国际上,此类光学载荷发展迅速,新技术不断涌现,值得学习借鉴。文章重点阐述了应用于环境与灾害监测民用卫星的光学有效载荷的发展现状和发展趋势,为中国第二代"环境与灾害监测预报小卫星星座"的相关光学有效载荷发展提供参考。     

环境减灾卫星国际服务模式探索与成效

环境与灾害监测预报小卫星星座是我国对地观测系统的重要组成部分。2008年9月6日,我国成功发射环境与灾害监测预报小卫星星座A、B两颗光学小卫星（简称“环境减灾-1A、1B卫星”）。环境减灾-1A、1B卫星成功发射以来,民政部国家减灾中心（民政部卫星减灾应用中心）积极组织开展卫星在轨测试、运行管理、减灾应用、用户服务与宣传推广等工作。目前,卫星运行状态良好,各项指标正常。一年来,在成功应对国内数十场新发灾害监测与评估,积极开展国内应用服务的同时,也积极探索国际服务模式,拓展为国外救灾工作提供灾害监测产品服务,并先后成功应对澳大利亚森林大火、加拿大火灾、中缅边境火灾、海地特大地震等灾害应急监测与评估工作,在国际上获得好评,展示了我国空间技术在减灾救灾工作中的良好应用,树立了我国和平利用空间技术的大国形象。     

宽带认知雷达低峰均比波形快速设计算法

发射波形设计是宽带认知雷达系统的关键技术。为了提高宽带认知雷达系统对距离扩展目标的检测性能,建立了目标检测模型,分析了系统的检测性能,在此基础之上研究了基于最大输出信干噪比(SINR)的低峰均比(PAR)波形设计算法。通过将原波形优化问题等效为接收权值与低峰均比波形的联合优化问题,同时利用循环优化的思想,提出了一种低峰均比波形快速设计算法。相比于现有的梯度法以及凸优化算法,该算法所设计的恒模波形信干噪比与二者相当,但算法实现难度明显变小,计算复杂度明显降低。仿真结果证实了算法的有效性。     

中纬地区日间类扩展F不规则结构的观测研究

基于高频多普勒观测,研究中纬地区日间类扩展F现象及其与其他电离层扰动现象的关联.结果表明:日间类扩展F具有出现时间覆盖面广、持续时间长、与其他电离层扰动相互伴随等特征;形态特征表现为回波弥散（与夜间扩展F相似）,弥散回波的频移多倾向于正向偏移,有时与行进电离层扰动（TIDs）相互伴随.日间类扩展F现象虽然是偶发事件,且发生率极低,但其出现时间及区域的广泛性充分体现了该现象对空间天气及空间环境的影响具有不可忽视的重要性.      

空间机器人抓捕目标后动力学参数辨识研究

针对自由漂浮空间机器人抓捕目标后的动力学参数辨识问题,提出一种参数辨识的持续激励轨迹设计方法。首先,基于动量守恒原理建立了自由漂浮空间机器人的动力学参数辨识模型;然后,采用有限傅里叶级数对空间机器人的机械臂关节运动轨迹进行参数化表示,并以参数辨识回归矩阵条件数最小化为指标,通过求解一个包含多约束的非线性优化问题得到傅里叶级数的待定系数;最后,采用基于QR分解的递推最小二乘估计方法实现对采样数据的序贯处理,并求解出待辨识参数。仿真结果表明,提出的激励轨迹设计方法可以显著提高空间机器人参数辨识的收敛速度和准确性。     

月面特征稀疏环境下的视觉惯性SLAM方法

月球车在执行科学探测任务过程中,其自身的高精度定位是一项亟需解决的关键问题。针对在特征稀疏的月面环境下的定位问题,提出一种视觉惯性融合的SLAM方法,将视觉测量与惯性传感器的信息利用位姿图优化方法融合,实现高精度的联合定位。针对特征稀疏环境下的前端视觉数据关联误差较大的问题,提出了一种基于四元树的光流跟踪算法,能够有效地跟踪鲁棒的特征点,提升了关键帧之间相对位姿估计的准确性。并且针对月面环境特有的恒星无穷远点干扰问题,提出一种高效的恒星点剔除算法,能够有效改善无穷远点导致的定位精度下降的问题。搭建了一套模拟月面环境的计算机仿真系统,并构建了多个月面环境视觉惯性SLAM仿真数据集,在不同的模拟月面场景下进行定位性能仿真验证,仿真测试结果表明本文算法的鲁棒性更强,具有更高的定位准确度。     

基于3D Zernike矩的巡检器与空间站的相对导航算法

针对航天器相对导航问题,以空间站表面为"特殊地形",提出一种基于大型航天器表面巡检的相对导航算法。首先,运用巡检飞行器上的TOF （Time of Flight）相机测量空间站表面局部点云数据,以该点云数据为实时图,以空间站表面先验点云数据为基准图。然后,利用3D Zernike矩与三维地形间的一一对应关系,将三维地形匹配转化为基于3D Zernike矩的特征向量匹配。在此基础上求解实时图与匹配上的基准图间的相对位置、相对姿态,从而确定两航天器间的相对导航参数,并通过实验分析了匹配精度及速度的主要影响因素。最后,将该相对导航参数与惯性系统推算的相对导航参数在扩展卡尔曼滤波器的框架下实现信息融合,估计了巡检飞行器与空间站间的相对位置、相对姿态,实验结果表明,相对位置精度优于0.002 m,相对姿态精度优于0.1°。