FPGA-based operational concept and payload data processing for the Flying Laptop satellite

Flying Laptop is the first small satellite developed by the Institute of Space Systems at the Universität Stuttgart. It is a test bed for an on-board computer with a reconfigurable, redundant and self-controlling high computational ability based on the field programmable gate arrays (FPGAs). This Technical Note presents the operational concept and the on-board payload data processing of the satellite. The designed operational concept of Flying Laptop enables the achievement of mission goals such as technical demonstration, scientific Earth observation, and the payload data processing methods. All these capabilities expand its scientific usage and enable new possibilities for real-time applications. Its hierarchical architecture of the operational modes of subsystems and modules are developed in a state-machine diagram and tested by means of MathWorks Simulink-/Stateflow Toolbox. Furthermore, the concept of the on-board payload data processing and its implementation and possible applications are described.     

基于数据深度加权的卫星轨道确定技术

将统计数据深度理论应用到抗差估计中,用数据深度作为衡量残差在整个样本集中地位的统计量.提出了基于数据深度加权的抗差估计算法.考虑到天基观测结构的复杂性,设计了天基测控的误差传播因子,并构造了模型结构权对定轨模型结构进行加权.在此基础上构造了基于数据深度加权和模型结构加权的M估计算法,证明了该算法的高崩溃点特性.设计了天基测控模式下的轨道确定仿真试验,试验结果表明该估计方法能有效抑制观测粗差和模型结构误差的影响,并且能显著提高定轨算法的鲁棒性.     

专家系统技术在数据处理中的应用

本文介绍了数据处理专家系统的实现方法，讨论了系统的总体结构和功能特点，根据数据处理的特殊情况，研究了知识库、推理机及学习系统设计技术，实现了系统自动推荐数据处理最优方案和处理过程的实时检测，本系统利用Visual C 语言在Windows环境下，采用面向对象技术进行专家系统的设计与实现。     

基于字典学习的混合采样数据分类方法

混合采样数据不仅仅具有不同采样频率数据之间特征集合不同,还有样本数量不一致等特点,传统的分类方法不能直接使用。因此,本文提出一种基于Fisher判别准则字典学习的混合采样数据分类方法以处理采样数据的分类任务。该模型巧妙借助处理多视图数据的分类思想,利用基于Fisher判别准则的字典学习方法,生成的结构化字典的每个原子与数据的类标签相关,同时采用Fisher判别准则使类内散度更小,类间散度更大来约束编码系数矩阵,从而大大提升分类性能。此外,本文针对混合采样数据的样本数量不一致特点,设计了混合采样数据判别分析模型的分类方案。最后实验结果验证了本文方法的有效性。     

主导概率数据关联及算法

本文给出主导概率数据关联（ＤＰＤＡ）及算法，定义主导联合事件和主导概率，考虑实际目标环境可行联合事件出现为非等概率，导出主导概率数据关联计算方法，它无需计算所有行联合事件的联合率，从而克服了联合概率数据关联（ＪＰＤＡ）的组合问题，本文证明了ＤＰＤＡ性能上限不低于ＪＰＤＡ，下限低于ＰＤＡ，而下限出现的概率极小。本文给出了ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ仿真表明ＤＰＤＡ算法具有很好的性能和较高的实用价值。     

空间高速总线SpaceWire节点的设计与实现

根据SpaceWire总线的组成结构以及采用的数据-滤波编解码技术,针对SpaceWire节点需要与主机设备、SpaceWire接口设备进行异步交互的特点,文章给出了一种SpaceWire节点的高效实现方案。首先,该方案在硬件设计中采用了SpaceWire节点的多时钟域设计,使得节点整体性能得以显著提升;第二,采用双倍数据速率寄存器设计来降低SpaceWire节点发送端设计难度,解决了高速数据发送问题;第三,采用手动布局接收端的底层器件来满足时序要求,解决了高速数据接收问题;第四,计算出接收端RX FIFO的理论读出时钟频率指导硬件程序设计。在此基础上,采用SpaceWire节点的点对点数据传输实验对文章设计验证,结果表明文章给出的方案可以工作在240MHz时钟频率下,满足空间高速数据传输中高可靠性、低误码率和低复杂度的要求。     

用修正数据映射方法实现快速稳健子空间跟踪

为改善现有子空间跟踪方法的运算量大或鲁棒性/稳定性差等缺点,基于原数据映射方法(DPM),采用新的正交归一化,提出了一种快速稳健的修正DPM(MDPM)算法。通过改变符号选择跟踪信号子空间或噪声子空间,同时提供了子空间基的正交矢量,运行时无累积性误差。研究和仿真结果表明:与传统子空间跟踪算法相比,MDPM算法的鲁棒性/稳定性好、收敛速度快、运算量小。     

CCD航拍相机实时数据处理系统的设计研究

文章结合某高分辨率CCD航拍相机的实例分析了DSP＋FPGA＋FLASH实时图像处理系统的特点和优越性,并介绍了用于该系统的设计与实现,提出了设计中需要注意的全局时钟和数据交互等几个关键性问题,结合实际工作给出了具体的分析和解决方案。     

系统辨识在压力计量中的应用研究

针对压力传感器计量检定中数据处理的具体要求,提出利用系统辨识理论对数据进行处理,采用最小二乘一次完成法实现压力传感器工作直线方程参数的辨识。     

遥感图像数据压缩新技术研究

研究了遥感图像数据压缩新技术。利用半正交小波基和对偶系设计了具有严格线性相位和精确重建特性的ＦＩＲ滤波器组，将其应用于遥感图像的数据压缩，取得了良好的成果。