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2017
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第
12z
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小行星光学导航敏感器技术发展趋势
刘兴潭,吴奋陟,武延鹏
2017, 25(12z): 1-17. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0001
摘要:随着人类探索太空能力的不断提升,深空探测逐渐成为世界各国航天领域的热点。小行星探测已被列入我国未来深空探测工程四次重大任务之一。其中,导航敏感器技术在提高地面测控效率、增强探测器生存能力、完成定位任务需求等方面具有重要地位。本文综述了国内外小天体深空探测任务方案及导航敏感器配置情况,分别概述了探测器在星际巡航段、接近交会段、绕飞巡视段和下降着陆段的导航方法及敏感器功能,并进一步对现有导航敏感器系统的研究成果进行了概括。最后总结了小行星探测导航敏感器技术的发展趋势,提出我国发展小行星导航技术的建议与思考。  
关键词:小行星探测;导航敏感器;发展趋势
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发布时间:2020-08-13
基于激光测距高阶滑模观测器的旋翼飞行器超螺旋控制器设计
李伟,关英姿,晏卓,黄瑞松,曾祥鑫
2017, 25(12z): 18-23. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0018
摘要:搭载激光测距仪的旋翼无人飞行器虽可提供比传统GPS或气压计测量更为精确的飞行器高度信息,但仍不能提供高度方向的速度。本文针对该种类型飞行器的高度跟踪控制问题,提出了一种高阶滑模观测器与超螺旋滑模控制器相组合的控制策略,分别对高度进行估计与控制。首先建立了旋翼飞行器高度方向的动力学模型,之后设计高阶滑模观测器对状态变量进行估计,并对超螺旋控制器进行了设计,随后提出了一种基于李亚普诺夫稳定性理论的综合控制器-观测器稳定性分析方法,保证在外部有界扰动下跟踪误差的渐近收敛性。实验结果表明,使用高阶滑模观测器提供的信息,超螺旋滑模控制器能够准确估计飞行器高度和速度,收敛时间为0.5 s。本文所设计的超螺旋滑动控制器与高阶滑模观测器的组合形式,能够实现对飞行器的高度精确控制。  
关键词:激光测距仪;高阶滑模观测器;超螺旋滑模控制器;无人飞行器
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发布时间:2020-08-13
星载空间目标监视折衍射光学成像系统设计
刘帅,刘春雨,王天聪
2017, 25(12z): 24-31. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0024
摘要:为了监视空间目标和空间碎片,设计了折衍射透镜混合的大视场、大相对孔径的光学成像系统,对该系统的设计指标、工作原理、基于折衍射透镜混合的消色差以及消热差设计方法进行研究。首先,介绍了空间目标监视系统构成及工作原理,根据使用需求确立了光学系统的设计指标。接着,利用折衍射混合透镜进行光学系统的优化设计,包括焦距缩放、调整口径和视场、像差校正等。然后,在分析系统能量集中度分布、像点弥散斑半径、光学传递函数曲线以及色差、畸变等像质评价方法的基础上,不断优化光学系统性能。最后,分析在不同温度下系统的光学传递函数。设计结果表明:光学系统总长63.4 mm,视场为25°×25°,焦距为32.33 mm,相对孔径为1/1.6,折衍射混合透镜的使用,使得系统垂轴色差为-0.828
μ
m,在-50,20,70℃温度下,各视场对应光学传递函数均大于0.6。该折衍射混合光学成像系统实现了消色差和消热差,具有良好的成像性能。  
关键词:光学设计;折衍射透镜;空间目标监视;大视场
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发布时间:2020-08-13
服务于敏捷光学卫星的可展开太阳电池阵设计
李明,袁伟,张雷,崔琦峰,罗海军
2017, 25(12z): 32-38. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0032
摘要:针对敏捷光学卫星动中成像需求中的高刚度可展开太阳电池阵设计,采用高技术成熟度与产品成熟度的部组件,通过将开环机构转化为闭环机构、改变锁定结构从而转换一阶模态振型、对基板结构进行充分加强等方法,开展了基于撑杆刚化单板可展开太阳电池阵的方案设计,并基于机构学分析结果对设计方案进行优化。结果表明,可展开太阳电池阵展开过程平稳,不存在干涉,展开锁定机构锁定有效,展开时间约为4.5 s;展开锁定后太阳电池阵的一阶模态振型为扭转,基频约为6.1 Hz,满足敏捷光学卫星的需求。  
关键词:敏捷光学卫星;可展开;太阳电池阵;撑杆刚化
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发布时间:2020-08-13
高精度点源透过率杂光测试系统
陈钦芳,马臻,王虎,李欣耀,庞志海
2017, 25(12z): 39-44. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0039
摘要:空间光学对深空暗弱目标探测的迫切需求以及低探测阈值探测器的快速发展,对光学系统杂散光的抑制能力及测试验证水平提出了更高的要求。本文研制了一套点源透过率杂光测试系统,测试系统口径达1 m,测试波段覆盖可见到长波红外,转台方位角为±110°,俯仰角为±15°;整个测试系统空间为全封闭的暗室,尺寸达到28 m×8 m×9 m。为有效抑制测试系统的光污染,采用表面粗糙度低于2 nm的主镜来降低镜面散射引入的光污染;采用双柱罐形状的测试腔引导内壁反射光将其进行衰减;采用高洁净度测试环境抑制空气中的颗粒散射。试验和分析结果表明,该系统在可见光波段的PST测试阈值达到10
-7
,红外波段的PST测试阈值可达到10
-6
,系统测试精度达到|lg(测试值/真实值)|≤0.5。  
关键词:空间光学;杂散光;光污染;点源透过率
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发布时间:2020-08-13
星球车质心测量系统的研制与误差估计
那强,王婉秋,陶建国
2017, 25(12z): 45-51. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0045
摘要:为了实现星球车悬吊式低重力补偿试验及测量不同工况下星球车的质心变化,研制了一套星球车质心测量系统,该系统可以通过一次在线测量和一次辅助测量获得星球车在不同工况下的质心位置。首先,提出并研制了主要由六套可升降关节臂式电子秤组成的星球车质心测量系统。该系统利用举升法和侧倾平台法结合的原理,通过各电子秤测量不同工况下各车轮的压力,经计算获得相应工况的整车质心;然后,阐述了系统的测量原理和步骤,给出了基于星球车各车轮的压力值的质心位置矢量及其各坐标分量的计算模型;最后,分析了包括系统误差、随机误差和粗大误差对测量结果的影响,给出了消除或减小误差的措施,并定量分析了系统由各类传感器测量产生的系统误差。计算分析表明:该系统各方向的最大测量误差分别为0.694,0.163和0.255 mm,合成误差不大于0.757 mm,满足星球车不同工况下质心位置测量精度的要求。  
关键词:星球车;质心测量;电子秤;关节臂式;误差分析
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发布时间:2020-08-13
可重复使用飞行器制导控制一体化技术
崔乃刚,李浩,卢宝刚,韦常柱
2017, 25(12z): 52-58. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0052
摘要:为了确保下一代可重复使用飞行器具有自主再入的能力,避免气动舵故障导致的再入失败,建立了制导控制一体化系统。对该系统所采用的反演制导、控制分配、模型跟踪滤波、抗饱和等算法进行研究。首先,根据再入动力学和运动学方程推导了反演制导算法。接着,由动态逆原理设计了气动舵的分配算法,即先计算控制力矩的伪逆矩阵后进行控制分配。然后,为了提高系统应对模型误差等的鲁棒性,说明了采用前置滤波器进行制导指令跟踪的算法。最后,介绍了系统带宽自适应方法以及积分抗饱和方法。实验结果表明:飞行器安全再入返回的成功率为77%;控制系统的跟踪精度为0.1°。一体化系统可以有效地提高气动舵故障后飞行器再入的安全性,且控制系统具有精度高、抗干扰能力强等要求。  
关键词:可重复使用飞行器;气动舵故障;反演制导;控制分配;模型跟踪;抗饱和
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发布时间:2020-08-13
星载轻型柔性碳纤维伸杆设计
杨萱,梁旭豪,马鑫,沈峰,杨剑宇
2017, 25(12z): 59-66. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0059
摘要:为了给分离载荷空间探测任务中的主星和子星提供质量轻、星载占用资源低、收拢展开可靠性高、重复展开精度高的空间展开机构,设计了一款轻型柔性碳纤维伸杆。利用主星、子星组合体构型特点,进行了碳纤维伸杆收拢、展开总体布局的优化设计;采用结构机构一体化的整体设计方法对碳纤维伸杆进行构型设计,直接利用杆件直管段U型开孔设计方式,获得了柔性弯曲关节;采用碳纤维复合材料铺层层数与层间铺层角度联合分析方法,进行了伸杆杆件复合材料设计;结合实际力学环境,对伸杆杆件进行了模态分析、折叠展开分析、过载分析以及随机振动分析;此外,对伸杆实物产品进行了拉伸、弯曲、扭转、地面展开、重复展开精度测试试验。试验结果表明:碳纤维伸杆的重复展开精度优于0.018°,展开状态基频大于4 Hz,收拢状态基频大于150 Hz。星载轻型柔性碳纤维伸杆基本满足发射运载要求,能够应用于实际探测任务中。  
关键词:碳纤维;柔性伸杆;结构设计;重复展开精度
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发布时间:2020-08-13
自由漂浮空间机器人最小基座扰动路径规划
曾祥鑫,关英姿,晏卓,李伟,郭继峰
2017, 25(12z): 67-73. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0067
摘要:为改善空间自由漂浮机器人抓捕目标的运动过程中基座姿态扰动较大的情况,建立了一种基于Gauss伪谱法的最优路径规划方法。首先,利用空间多刚体动力学理论建立空间机械臂的运动学和动力学模型。然后,采用最优控制问题来描述空间机器人最小基座扰动的路径规划问题,并基于Gauss伪谱法将该最优控制问题在一系列LG(Legendre-Gauss)点上进行离散化,将其转化为非线性规划问题。最后,将所设计的机械臂路径规划方法应用在平面二自由度空间机器人上进行仿真验证。仿真结果表明,该规划算法可快速求解出基座扰动最小的路径规划问题,并且所得到的机械臂运动轨迹连续平滑,与分解加速度控制(RAC)方法比较,基座姿态扰动减小17.5%。可有效的减小机械臂捕捉目标过程中,基座姿态扰动对通信和对地观察等任务的影响。  
关键词:自由漂浮机器人;姿态扰动;Gauss伪谱法;路径规划
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发布时间:2020-08-13
可重复伸缩套筒机构设计及模态分析
罗海军,崔琦峰,李明,彭志龙
2017, 25(12z): 74-79. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0074
摘要:为了满足未来大型航天器柔性太阳电池翼对主承力伸展机构高可靠性、高刚度、可重复展收及轻质量的需求,设计了一种可重复伸缩的薄壁管式套筒机构,并对该套筒机构的模态参数进行了分析。基于滑动螺旋传动原理,设计了一种可轴向回动的容差螺母与丝杠结构,实现了任意时刻高可靠性展-收转换的伸缩功能。通过样机试验获得了筒间连接刚度影响系数,修正了套筒机构的有限元分析模型,得到了全展开尺寸下的模态基频为0.3 Hz。结果表明,可重复伸缩套筒机构相对其他构型伸展机构具备更高质量性能比,是空间站及大型航天器伸展机构的优选方案。  
关键词:柔性太阳电池翼;可重复伸缩套筒机构;连接刚度;样机试验
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发布时间:2020-08-13
九自由度超冗余机械臂的设计和测试
何俊培,徐振邦,于阳,韩春杨,吴清文
2017, 25(12z): 80-86. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0080
摘要:为了更好地执行空间在轨服务任务,设计了面向空间的超冗余九自由度串联机械臂。该串联臂由一种大输出力矩、大减速比、小关节长度的机械臂关节组成,具有结构紧凑、灵活性好、空间避障能力强等特点。首先,介绍了串联臂的设计要求和单关节的主要元器件。接着,以两个关节的传动方式为例分析了串联臂的工作原理,即通过输出轴上的关节连接轴来实现力矩的传递。然后,基于脊椎曲线方法对串联臂末端位置坐标进行推导。最后,对串联臂进行了性能测试。实验结果表明:单关节的输出扭矩值可达190 N·m,运转角速度可达0.14 rad/s,该九自由度机械臂最底端关节的旋转角度误差可控制在0.1°以内。本文设计的九自由度超冗余机械臂具有很好的可重构性,能够满足不同场合的应用需求。  
关键词:九自由度;冗余机械臂;超冗余;串联臂;旋转关节;可重构
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发布时间:2020-08-13
基于T-S模糊模型的恒张力系统摩擦预测
李杨,班晓军,卢鸿谦,尹航,黄显林
2017, 25(12z): 87-94. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0087
摘要:吊索恒张力悬挂系统中摩擦力严重影响着系统的精度和性能。为实现对系统中摩擦力的补偿,本文以T-S模糊模型为基础,采用模糊辨识的方法得到系统的模型,从而实现了对摩擦力的预测。采用模糊搜索树法选择了模型的最佳输入变量,引入一种改进的模糊c均值聚类算法提高了系统的辨识效率,并为该算法补充了聚类中心数的选取方法。建立吊索恒张力系统的仿真模型,并以白噪声信号作为输入进行了实验,所得T-S模糊模型输出与仿真输出误差为0.013 5 N,在斜坡、正弦等典型输入信号下,模型输出在1 000 N数量级,而平均误差在0.01 N左右。仿真结果表明,本方法得出的预测模型精度高误差小,是解决恒张力系统摩擦预测问题的有效方法。  
关键词:恒张力系统;摩擦预测;T-S模糊模型;模糊辨识
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发布时间:2020-08-13
基于LS-DYNA的折叠翼展开机构刚柔耦合动力学分析
陈超,胡明,赵德明,陈文华,周煦武
2017, 25(12z): 95-102. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0095
摘要:二次折叠翼在展开过程中的复杂刚柔耦合现象会影响展开的精度和零部件的稳定性,为确定展开机构各零部件在展开过程中的应力状态,本文基于二次折叠翼展开机构的工作原理及结构特征,利用FLUENT软件对导弹折叠翼面进行CFD仿真分析,获得翼面的气动升力系数并确定翼面气动载荷随展开时间的变化规律;采用HyperMesh软件建立展开机构刚柔耦合有限元模型,相比于刚体仿真更加有效地模拟展开过程中零部件的应力应变情况;将气动载荷等效后作用于翼面,通过仿真分析获得中翼展开角度数据及各柔性部件的最大应力云图。仿真结果表明,连杆及翼面铰接处的最大应力分别达到393 MPa和189 MPa。二次折叠翼展开机构的设计可以满足要求,并确定连杆及翼面铰接处为展开机构的危险部件(区域),为后续展开机构失效模式分析提供参考。  
关键词:二次折叠翼;气动载荷;刚柔耦合;动力学分析
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发布时间:2020-08-13
大口径薄膜相机伸展机构设计与精度测量
吴英辉,刘路,郭宏伟,王春龙,刘荣强
2017, 25(12z): 103-110. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0103
摘要:为实现大口径、高精度、高稳定空间薄膜成像系统在空间探测和地球观测应用,对相机可展开机构系统设计、精度建模与试验研究。基于空间一维伸展臂机构,提出了一种针对大口径、高精度的空间薄膜光学成像展开机构系统设计方案。可折展薄膜相机光机结构由3个铰接三角桁架伸展臂和由伸展臂支撑的薄膜主镜系统组成。铰接三角桁架的关节铰链由恒力弹簧驱动,在展开后通过锁定销锁定和加强索张紧以保持刚度。考虑伸展臂单元构件尺寸误差和铰链间隙等因素,将伸展臂单元等效,构建精度分析模型,并与样机试验结果对比。设计完成大口径可折展薄膜相机伸展机构,该伸展机构折展比1:15。对伸展臂单元进行地面重复展开精度测量,其轴线、竖直和水平方向的重复展开精度分别为24
μ
m、261
μ
m和218
μ
m。说明该伸展臂具有较大的折展比,同时,伸展臂单元具有较高的重复展开精度。  
关键词:空间薄膜相机;展开机构;精度模型;重复展开精度测量
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发布时间:2020-08-13
碳化硅反射镜镜坯分区浇注成型技术
赵汝成,包建勋,曹琪,崔聪聪,董斌超,张舸
2017, 25(12z): 111-116. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0111
摘要:针对镜坯分区浇注区域内交接缝的连接方式与表面处理,提出了一种分区浇注成型的技术方案,来实现大口径SiC反射镜镜坯成型;采用凝胶注模(Gel-casting)成型结合反应烧结SiC(RB-SiC)技术,对
Φ
500 mm镜坯进行了分区浇注成型的研究,对模具分割的合理性,干燥后镜坯交接缝的物理性能及反应烧结后镜坯的镜面性能分别进行了验证。试验结果表明:该工艺的可行性好,干燥成型后的镜坯强度较大;经1 700℃高温烧结得到的碳化硅镜坯,整体收缩一致,收缩率 < 1.2%,镜坯的密度≥3.0 g/cm
3
,微观结构分析可知:镜坯交接缝无界面存在且碳化硅反射镜镜坯的制备质量符合空间光学系统设计的要求。  
关键词:碳化硅反射镜;分区浇注;镜坯成型;制造工艺
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发布时间:2020-08-13
四旋翼自抗扰姿态控制器设计与仿真研究
宋春林,关英姿,王萍萍
2017, 25(12z): 117-124. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0117
摘要:本文针对四旋翼飞行器姿态控制问题,设计了自抗扰控制器并进行仿真研究。首先,基于四元数建立了四旋翼姿态动力学的离散模型和执行机构模型。接着,介绍了自抗扰控制器的基本组成,并设计了以四元数为姿态描述的自抗扰姿态控制器。最后通过数学仿真对自抗扰姿态控制器与PID控制器的进行了性能比较。仿真结果表明,在达到同样响应速度的情况下,自抗扰姿态控制器输出的控制指令更为平滑,而且在输入指令包含噪声的情况下也表现出良好的控制性能。证明了基于四元数描述的自抗扰控制器能够在噪声中还原原有输入信号,并且在四旋翼的姿态控制性能上超过传统的PID控制器。  
关键词:四旋翼;自抗扰控制;控制器设计
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发布时间:2020-08-13
全电推进GEO卫星一箭双星结构模态频率分析
王韵臣,陈昌亚
2017, 25(12z): 125-133. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0125
摘要:为了节省卫星燃料,增加卫星载重比,延长卫星使用寿命,将化学推进平台改为全电推进平台,并且采用"一箭双星"发射。首先设计出使用电推进时的轨道转移方案,根据卫星发射重量使用双台300 mN的推力器并联工作,从GTO至GEO的转移时间约为6个月,消耗燃料仅需约650 kg。针对目前存在的3种一箭双星发射方式,火箭舱内支撑、自串联和并联,分别设计卫星构型,对其进行模态分析,与之前的化学推进方案相比较。可以得出3种满足火箭发射要求的构型中火箭舱内支撑构型最佳,单星横向基频为20.781 Hz,结构质量比为9.8%,选择该构型进行一箭双星发射。综合分析可知,采用全电推进火箭舱内支撑一箭双星发射方式,可以减少燃料,使结构轻量化与整星轻量化,并能够节约发射成本,具有良好的先进性和经济性。  
关键词:全电推进;一箭双星;模态分析;结构质量比;经济性
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发布时间:2020-08-13
微纳卫星虚拟装配与试验
闫勇,刘程晓,郭金生,姚劲松,王凯
2017, 25(12z): 134-144. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0134
摘要:为了实现模块化微纳卫星快速装配和试验,采用了虚拟装配与试验技术,对微纳卫星的模块化设计、装调、试验、典型边界条件和工况进行了研究。首先,对微纳卫星虚拟装配的特点和技术流程进行了归纳研究,并采用三维造型软件开发设计了快速组装系统,实现卫星模型的质量特性分析和干涉检查;其次,针对微纳卫星快速构建理念,将卫星力/热模型各个部件均按照标准模块形式进行简化建库,并完成模型修正;最后,以某型微纳卫星研制为例,采用Patran/Nastran、AutoCAD/ThermalDesk软件平台,利用局部物理试验、低载荷物理试验等方法在计算机上模拟卫星总体结构在真实实验工况及边界条件下的动力学特性/热平衡特性及响应情况。研究表明,虚拟装配与试验技术对卫星总体的优化设计和试验过程中条件的制定具有重要的参考价值。通过虚拟试验技术的使用可将总体开发周期缩短30~50%,研制成本降低30%左右,可满足目前我国微纳卫星发展"多"、"快"、"好"、"省"的发展需求。  
关键词:模块化;微纳卫星;虚拟装配;虚拟试验;有限元模型修正
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发布时间:2020-08-13
空间二维图像与深度图像稀疏场景流恢复
宁明峰,张世杰,谷蔷薇
2017, 25(12z): 145-151. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0145
摘要:针对传统的场景流利用全局能量函数计算稠密光流场的方法计算量大且无法在空间目标追踪、三维重建等实际应用中使用的问题。提出了一种Lucas-Kanade框架下的二维图像与深度图像结合的稀疏场景流计算方法。首先,假设目标平面光流仅受平移运动影响,在二维平面上建立稀疏光流平面运动模型;随后,根据深度相机提供的深度信息,结合平面运动方程,在空间三维建立优化函数,采用最小二乘法求解该优化函数得到稀疏场景流;最后,对本文提出的方法性进行数值仿真验证,结果表明采用本文算法能够对目标表面的稀疏特征进行有效地场景恢复。同时,当目标表面特征小于400时,该算法平均时间小于0.2 s;目标表面特征小于200时,该算法平均时间小于0.1 s;目标表面特征小于50时,该算法平均时间为0.05 s。结果表明该算法运算速度快,能够满足实时运算的需求。  
关键词:稀疏场景流;深度图像结合;LK框架;三维优化函数
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发布时间:2020-08-13
基于天绘一号卫星影像的大范围高精度数字高程模型
简剑锋,胡燕,李新涛
2017, 25(12z): 152-159. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0152
摘要:针对大范围、高精度数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据难以获取的问题,本文提出了一种利用天绘一号卫星影像制作大范围高精度DEM的方法。提出基于少量地面控制点的RPC(Rational Polynomial Coefficients)模型精化算法,进一步提高了天绘一号卫星影像定位精度;提出特征与整体松弛相结合的匹配方法,实现了立体影像高精度匹配;利用精化后的天绘一号卫星影像RPC模型以及立体匹配得到的同名点数据,进行前方交会得到高精度的DEM数据。本文利用东北辽西某地区的影像数据进行了实验,实验结果表明:利用单景天绘一号卫星影像生成的DEM数据,覆盖范围达到60 km×60 km;在无地面控制点条件下,生成的DEM数据高程精度可达5.12 m,满足1:50 000地形图成图精度要求;在3个地面控制点条件下,生成的DEM数据高程精度3.01 m,满足1:25 000地形图成图精度要求。  
关键词:天绘一号;RPC模型;数字高程模型
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发布时间:2020-08-13
全参考型低照度图像质量评价池化策略
宋明珠,曲宏松,李兰民,张贵祥,金光
2017, 25(12z): 160-167. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0160
摘要:为了设计一种更适用于低照度成像条件下的全参考型图像质量评价方法,针对人眼视觉注意特性及低照度成像的失真特点,提出了基于上下文感知的低照度图像质量评价池化策略。通过不同失真类型下采取不同空间尺度特定权重的方式对图像中的主要对象及其上下文信息进行加权,获取的权重图用于池化特征相似性度量的局部质量图,进而获取最终的质量得分。实验结果表明,本文方法更满足人眼视觉特性,均方根误差达0.623 1,皮尔森线性相关系数达0.885 7,肯德尔等级相关系数达0.704 9,斯皮尔曼等级相关系数达0.885 6,与其他5种主流方法对比,具有最优的主观视觉一致性;同时,针对低照度图像主要的失真类型,4种客观评价指标均优于对比方法。  
关键词:图像质量评价;特征相似度;池化;低照度
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发布时间:2020-08-13
基于改进遗传算法的编队成像卫星自主任务规划
苗悦,王峰,张永强
2017, 25(12z): 168-179. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0168
摘要:自主任务规划是成像卫星快速响应紧急观测任务,高效获取多个地面目标信息的重要途径。针对将成像区域内多个目标快速分配给多颗卫星的自主任务规划问题,提出了一种改进型遗传算法,用以快速形成每颗卫星的对地成像序列。首先,分析卫星对目标的成像条件,确定目标观测时刻与卫星期望侧摆等信息。然后,将目标、卫星成像序列、卫星编队依次编码为基因、串、个体,并设计一种基于卫星连续成像侧摆时间判断的初始种群生成方法,用以快速形成包含若干重点目标的卫星初始成像序列。再通过多次的选择-交叉-变异过程优化初始群体,使多星成像序列的观测收益达到对应于进化次数的现时最大值。最后,以10颗编队卫星规划包含3个等级的160个地面目标作为仿真实例。结果表明算法能够在30 s内给出各颗卫星的成像序列,相比于简单遗传算法,总成像收益提高40%,重点目标数量增加1.6倍。满足工程应用的快速性与高收益要求。  
关键词:自主任务规划;编队成像卫星;改进遗传算法;卫星成像序列
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发布时间:2020-08-13
低轨卫星硅太阳电池阵输出功率衰减估计
李强,李会锋,曹继宏,李剑锋,段崇雯
2017, 25(12z): 180-186. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0180
摘要:针对长寿命低轨卫星太阳电池阵的输出功率衰减问题,提出了一种衰减估计方法。首先选取降交点地方时在10:00 AM附近的太阳同步轨道卫星的硅太阳电池阵为对象,在分析倾角、光照角与日地距离等卫星轨道参数漂移与太阳电池阵温度变化的基础上,建立太阳电池阵输出电流拟合模型,接着进行光照角与日地距离归一化,进而估计太阳电池阵输出功率衰减,并结合实际在轨数据进行检验。结果表明,在轨道受晒率降低、光照角偏大的条件下,硅太阳电池阵输出功率的年衰减因子约为0.003 1,年衰减率约为0.31%,明显低于晨昏轨道下的衰减情形;预测在轨18年后,输出功率衰减低于6%,可满足长寿命低轨卫星的能源需求。结果应用于在轨卫星长期测控与管理中的遥测诊断辅助、能源估计与预测、器件健康状态评估。  
关键词:低轨卫星;硅太阳电池阵;衰减估计;输出功率;遥测
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发布时间:2020-08-13
面向卫星姿控算法快速验证的全物理仿真平台构建
周美丽,常琳,范国伟,朴永杰,解鹏
2017, 25(12z): 187-195. DOI: 10.3788/OPE.20172514.0189
摘要:为实现卫星姿态控制算法的地面验证,设计一种支持快速、高精度的全物理地面仿真系统。本文以面向卫星姿态控制算法快速验证为目标,设计了以哑铃型三轴气浮台为核心的全物理仿真系统。首先,通过调研国内外气浮台的研发与设计现状,确定了卫星全物理仿真哑铃型三轴气浮台的性能指标。接着,进行了气浮台总体设计。然后,在此基础上,采用组件技术建立了航天器姿态控制系统仿真平台,并对姿态敏感器件和执行机构进行选型,设计控制力矩陀螺群构型等。最后,基于递阶饱和PD控制的姿态机动律,以及基于鲁棒伪逆算法的CMG群操纵律,验证了仿真平台的控制性能。姿态机动仿真结果表明,三轴转台可在27 s内实现40°的多轴大角度快速机动,且姿态指向及稳定度优于0.05°和0.005(°)/s。该仿真系统能够实现满足多约束条件下的姿态快速、精准控制。  
关键词:全物理仿真;哑铃型三轴气浮台;控制力矩陀螺;姿控算法快速验证
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发布时间:2020-08-13
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