基于平面方程的六光幕精度靶工程化建模及精度分析

针对传统几何法在六光幕精度靶测量模型解算及精度分析中因取近似结构参数而引入误差的问题,提出了基于平面方程的精确解算及精度分析法.依据工程实际,构建了高通用性的六光幕精度靶工程化测量模型及误差传递模型,系统地仿真比较了两类六幕结构中靶距及靶距误差、斜幕角度及角度误差、光源和接收对准误差等多误差源对弹丸速度及着靶坐标测量结果的影响,获得了一系列探测靶面内的测量误差分布数据,并结合实际给出了一个可满足坐标测量误差小于3 mm,相对测速误差小于0.3%指标的工程设计实例.研究结果可为六光幕精度靶的工程化设计与精度评估提供可靠的理论基础及数据参考.     

激光多普勒自主测速仪天线安装误差对测速精度的影响

为了减小激光多普勒自主测速仪天线安装误差引起的测速误差,以多普勒频移原理为基础,通过旋转矩阵的复合变换推导出测速误差与安装误差间的函数关系,分析了三个安装误差角对三维测速精度的影响,并对旋转矩阵采用Bursa模型线性化后在整体最小二乘准则下给出安装误差角的最优估计,从而实现测速误差的补偿。仿真结果表明:测速误差随速度的增大而增大,影响纵向、横向测速精度的主要因素是偏航角,影响垂向测速精度的主要因素是纵倾角,补偿后三维测速误差显著减小。     

基于地面光谱数据的二向性反射模拟与分析

为提高地物光谱模拟精度，建立地表混合光谱模型，利用ASD FieldSpec3 Hi-Res便携式地物光谱仪和地物多角度二向性反射平台，设计试验探测不同角度下的不同叶片覆盖面积的混合光谱。以等距离/等面积模型为理论基础，将模型中二维权重系数变化规律扩展到三维空间权重系数变化中，考虑探测方向倾斜时探测区域权重系数的变化，提出新的考虑几何角度的三维权重模型对混合光谱进行模拟，并与实测混合光谱对比分析。分析结果表明，相比于等距离/等面积模型，三维权重模型对探测区域进行了细分，提高了权重系数计算精度，模拟的混合光谱误差更小，特别是在探测角度有倾斜时，模拟的效果更明显，均方根误差平均降低了0.016 1，光谱角误差平均降低了0.07。三维权重模型考虑了探测角度对权重系数的影响，提高了光谱模拟的精度，为地表模型的建立及卫星数据混合光谱分解的应用提供新的理论基础。     

一种单目视觉位姿测量系统的误差分析方法

针对单目视觉位姿测量传统误差分析方法中只考虑单一误差因素，分析结果与工程实际有较大差异的问题，提出一种考虑多误差因素共同作用的误差分析方法。根据单目视觉系统的测量范围和相机参数建立其位姿测量模型；综合考虑相机内参、镜头畸变、图像点、靶标三维点等误差因素，将其同时引入位姿测量模型进行分析；分析抑制不同参数误差及提高相机分辨率等在多误差因素共同作用下对位姿测量结果的影响，找到最有效的精度优化方法。采用小型机械臂手眼定位中的单目视觉位姿测量系统进行实验，结果表明通过抑制相机径向畸变误差和提高相机分辨率，能够有效地提升该系统的位姿测量精度，位姿精度分别提升6.57%、4.21%和5.88%、5.54%。     

基于星载光学和SAR影像的多视立体定位误差分析

推导了星载合成孔径雷达严密几何成像模型与有理多项式模型的等效关系,通过对全链路误差传播特性进行建模,仿真评估了定位精度与图像源夹角、同名点匹配精度等影响因素的定量关系,分析了异源立体定位所能达到的理论精度及其优越性,并推导出一套明确的数据选择策略。通过在轨数据实验充分验证了所提理论的正确性,并详细分析了不同数据组合下的误差规律,为异源立体定位的实际应用提供了可靠依据。     

含有误差校正的小波神经网络交通流量预测

交通流量的准确预测对于高速路管理者进行决策至关重要。建立了小波神经网络(WNN)交通流量预测模型,并通过预测训练误差和测试误差校正预测结果来提高预测精度。首先构建WNN模型对交通流量进行初步预测,然后利用经验模态分解(EMD)和WNN模型对训练误差和测试误差进行预测。分别用训练误差预测值、测试误差预测值和两种误差预测值的加权对流量初步预测结果进行修正得到最终预测值。采用四川省成灌高速路交通流量数据进行了仿真对比实验,仿真结果表明含有误差校正的小波神经网络模型能有效提高交通流量预测精度,并且利用两种误差加权修正模型的预测精度高于利用测试误差的修正模型和利用训练误差的修正模型。     

尖楔前体飞行器FADS系统的径向基网络建模及验证

文章研究了针对一种用于尖楔外形的嵌入式大气数据传感（flush air data sensing，FADS）系统的解算模型及精度.首先基于飞行包络及CFD数据建立了FADS系统的测压孔选取标准；然后基于径向基函数（radial basis function，RBF）的人工神经网络建模技术构建了FADS系统的网络解算模型；最后给出了模型的测试误差，分析了气动延时效应、位置误差等误差源模型对算法精度的影响，并给出了网络模型的预测精度.结果表明，针对尖楔外形测压孔配置特征，基于RBF的人工神经网络算法解算精度较好，攻角、侧滑角、Mach数及静压的网络输出预测值与真实值吻合较好，输出的测试误差（绝对值）分别小于0.25°，0.5°，0.05及250 Pa.结果同时表明神经网络建模技术在尖楔前体飞行器FADS系统中的有效性.      

附有高程约束的三维平差方法研究

当前加速器准直主要采用激光跟踪仪进行三维空间位置测量,三维测量数据用三维平差方法计算从理论上讲更为严密,但在实践中却发现存在误差累积现象,其中在高程方向的误差累积十分明显。为了控制三维平差高程方向的误差累积,研究将大地水准面做为基准引入测量和数据处理过程之中,获得基于大地水准面的高程测量数据,用高程数据构建约束条件方程,进行附有高程约束的三维平差。以激光跟踪仪为例给出了三维平差函数模型,研究了约束方程的构建方法,推导了附有高程约束的三维平差计算公式。研究了附有高程约束的三维平差函数模型的两种应用方法,通过模拟计算展示了这两种方法对高程方向误差累积的控制效果。最后对一组实测数据采用多种平差方法进行计算对比,结果显示附有高程约束的三维平差相比无高程约束的三维平差能够更有效的控制平差中高程方向的误差累积。     

基于海量散乱点数据三维显示新算法的研究

逆向工程中基于海量散乱点的三维模型重建,在许多应用中具有重要意义.由于测量系统精度的限制和测量数据无法直接与三维显示系统相结合,这也成为逆向工程发展的一个瓶颈.对传统的基于多边形网格的生成过程及Bezier插值细化进行了深入的研究,分析了其中的缺点和不足,并在此基础上提出了三维显示模型构建的新算法,即单层串珠算法、相邻...     

分散式农村污水基于三维荧光光谱和紫外-可见全波段吸收光谱的“聚类-回归”COD预测模型

基于三维荧光光谱与有机物特征荧光峰之间的关系,提出利用三维荧光光谱进行聚类,再针对不同类的水样利用紫外-可见全波段吸收光谱数据建立COD预测模型的技术路线。比较分析了平行因子分析（PARAFAC）算法和荧光体积积分（FRI）算法两种不同的光谱分析方法,再使用模糊c-均值（FCM）算法进行聚类,并完成了不同类水样的COD预测模型的建立。研究的水样采集于江苏省常熟市周边的农村区域,样品均来自不同的分散式农村生活污水处理装置出水,共100个实验水样;将测得的水样三维荧光光谱数据经过去散射预处理后利用PARAFAC算法和FRI算法分别提取荧光特征数据;之后,利用FCM聚类算法进行相似性聚类;最后,利用偏最小二乘（PLS）算法建立水样的紫外-可见全波段吸收光谱和COD之间的回归和预测模型,并使用决定系数和均方根误差对模型的预测精度进行评价。研究结果表明：未分类、使用FRI、使用PARAFAC算法提取荧光特征信息后再预测的模型的平均决定系数R2分别为0.632,0.819和0.906;平均均方根误差RMSE分别为27.857,23.621和13.071。聚类后的回归和预测精度均得到显著提升,且使用PARAFAC算法提取荧光特征信息后再建模具有最高的预测精度,相比于未分类预测模型的R2提高了0.274。本研究提出的基于三维荧光光谱联合紫外可见全波段吸收光谱,采用“PARAFAC-FCM-PLS”组合算法构建的COD预测模型,可以有效的提高COD的预测精度,为高精度的水质在线监测提供了一种新的思路。     

Lunar terrain and mineral's abundance automatic analysis

The image is the important data in the lunar exploration. The main objective of this work is to detection lunar craters with the multi-information fuzzy logic method, and to quantify the image's terrain and the abundance of lunar surface minerals based on crater distribution law and soil characterization consortium data set with lunar surface reflectance. We implement image processing to recognize lunar crater and analysis lunar terrain; use lunar reflectance model to solve mineral reflectance question; joint commonly used look-up lunar reflectance tables and least squares to solve lunar surface reflectance questions; and calculate the minerals reflectance, region reflectance, and then estimate abundance of lunar surface soil minerals. An actual lunar image (Apollo 15 landsite, Clementine mission) of Mare region as an example, this method analysis results of the terrain and mineral's abundance are basically same with published literature. In the future, this method can be simple rapid in-time implemented in real-time lunar exploration.     

基于粒子群PSO算法的月球物理参数反演

针对月震数据的局限性,以及传统反演方法求解月球物理参数的不适宜性,利用非线性粒子群PSO算法同时求解岩石圈主要月球物理参数载荷比、月壳厚度、月壳密度、内部载荷深度、岩石圈弹性厚度等.结果表明:粒子群PSO算法能够同时反演多个月球物理参数的最优解,计算效率高于传统方法.将该方法应用于月球物理参数多参数的反演,可为月球内部精细结构研究提供参考.     

月球激光测距中的关键物理与技术问题

根据国际上公开发表利用的1969—1972年美国Apollo 11、14、15宇航员放置在月球上的三个角反射器以及1970—1971年苏联无人登月车放置的两个角反射器进行的月球激光测距的论文和技术文献,讨论了月球激光测距中的几个关键物理和技术问题,主要包括:1)角反射器阵列指向与其月面位置的精确定位;2)角反射器激光回波信号的确认;3)接收信号强度与信噪比;4)测距结果的精度;5)满月时为什么不适于测距;6)地球大气对激光测月及其精度的影响。现有技术文献对一些关键的技术细节描述尚不完备,判定接收信号来自角反射器对激光的反射缺乏直接的物理证据,现在声称的距离测量精度与激光本身特性的关系尚需进一步分析。     

用于月球风化层遥感的光谱分离技术研究

为了解决混合像元问题,发展了一门新的技术——光谱分离技术,线形混合模型是目前应用最成功的方法,但是当应用到月球风化层遥感时,其存在两个内在的缺陷: 一是由于充分混合引起的非线性,二是纯光谱的不“纯”性.对于第一个缺陷,从 Hapke理论出发,充分考虑了数据的特点,大大简化多重散射模型来提高充分混合的线形性,同时降低了原模型计算的复杂度;对于后一个问题,提出用修正线形混合模型来弥补“纯”光谱中的误差.该方法通过Relab数据库中的模拟月壤的光谱数据进行了验证,试验结果表明,这种方法具有很好的性能.     

基于Sandmeier模型的月球KAGUYA卫星高光谱数据地形校正

月球是人类深空探测的前哨站。月球卫星光谱测量是月表岩矿成分分析的主要技术方法。鉴于月表比地球地形起伏还要显著,有必要开展月球卫星高光谱数据的地形校正。通过顾及宏观地形起伏和周围地形反射辐射的影响,建立适合月表的Sandmeier辐照度模型,并由此推到了月表反射率地形校正模型。以月球虹湾地区KAGUYA卫星Spectral Profiler(SP)高光谱数据为例,借助美国Lunar Orbiter Laser Altimeter(LOLA)高程数据,计算了试验区坡度、坡向,以及入射角、反射角、地形可见因子等地形校正参数,结合平坦月表接收的太阳直接辐照度,实现了月球虹湾地区经向SP数据的反射率校正。通过比较发现,校正后反射率像元数量统计直方图近似高斯分布,而且光照区的月表反射率得到了抑制,阴影区的月表反射率有所增强,有效地消除了月表起伏地形的影响。     

Gravitational Acceleration of Spinning Bodies from Lunar Laser Ranging Measurements

The Sun's 1/c ² order gravitational gradient accelerations of Earth and Moon, dependent on the motions of the latter bodies, act upon the system's internal angular momentum. Not only does this gravitational spin-orbit force (which plays an important part in calculating gravity wave signal templates from astrophysical sources) slightly accelerate the Earth-Moon system as a whole, it more robustly perturbs the internal Earth-Moon dynamics with a 5 cm amplitude, synodically oscillating range contribution which is presently measured to 4 cm precision by more than three decades of accumulated lunar laser ranging data.     

Lunar soil as shielding against space radiation

We have measured the radiation transport and dose reduction properties of lunar soil with respect to selected heavy ion beams with charges and energies comparable to some components of the galactic cosmic radiation (GCR), using soil samples returned by the Apollo missions and several types of synthetic soil glasses and lunar soil simulants. The suitability for shielding studies of synthetic soil and soil simulants as surrogates for lunar soil was established, and the energy deposition as a function of depth for a particular heavy ion beam passing through a new type of lunar highland simulant was measured. A fragmentation and energy loss model was used to extend the results over a range of heavy ion charges and energies, including protons at solar particle event (SPE) energies. The measurements and model calculations indicate that a modest amount of lunar soil affords substantial protection against primary GCR nuclei and SPE, with only modest residual dose from surviving charged fragments of the heavy beams.     

模拟月壤发射率光谱测量实验及精度评定

基于月球样品反射光谱的月表矿物识别和成分反演能力受到月球环境的严重影响,仅限于月球表面5％的成熟度较低的区域。相比之下,包含大量硅酸盐矿物的月球样品发射光谱不仅光谱特征明显,而且受月表大气、温差和真空等环境的影响较小,是研究月表成分和物理特性的新途径。因此,对于嫦娥五号月球探测器采集的月球实地样品的发射光谱测量不仅可用于月表硅酸盐类矿物的成分分析,而且可以作为遥感研究中可见光-近红外光谱的有效补充。但是,实验室发射光谱测量中最大的难题是寻找最佳的实验方法和仪器,以便获得准确可靠的光谱数据。研究以模拟月壤样品为测量对象,分别在实验室大气、氮气冷背景和模拟真空环境中,利用TurboFT 102F和Bruker VERTEX 70V两种仪器,设计和实施了傅里叶光谱法、独立黑体法和反射率法三种发射率测量实验,并利用误差传播定律和已有Apollo样品发射率光谱对实验获得的发射率光谱进行了精度分析与评定。发现在异常复杂和困难的模拟月球真空测量环境构建完成之前,密闭实验室环境中的反射率法发射率光谱特征最明显,测量精度最高,可以作为目前月球样品发射率光谱测量的最佳选择。研究希望能为嫦娥五号采集的月球样品发射率光谱测量实验提供理论基础和技术参数。     

基于地面试验的嫦娥五号月球矿物光谱分析仪数据质量分析

探月工程三期项目将完成“绕、落、回”三个阶段中的采样返回任务,将在未来发射嫦娥五号(CE-5)探测器,执行月面着陆、采样并返回地球的任务。嫦娥五号月球矿物光谱分析仪(LMS)是探月工程三期重要的数据来源,通过LMS光谱数据分析识别月球表面物质的矿物组成,包括含水矿物,同时有助于判断岩石类型,辅助地层学分析。为月球的形成过程、月球地质演变及岩石-水交互作用的研究提供数据支撑。相比于嫦娥三号红外成像光谱仪,LMS将光谱范围从450～2 400 nm扩展到了480～3 200 nm,除了能探测月球表面主要矿物辉石、橄榄石等,还可以探测3 000 nm附近的羟基吸收峰特征,为月球表面是否存在“水”提供强有力的证据。此外,嫦娥五号月面工作任务将获取月表以下物质,LMS可以对月表采样前后的采样区域进行光谱探测,比较不同深度、不同风化程度下的月壤光谱特征,且与后期返回样品的实验室光谱对比分析。为保证LMS月面数据的可靠性,在探测器发射之前开展了LMS地面验证试验,采用多种矿物及矿物混合样品,在不同试验环境下获取LMS的探测数据,分析研究LMS的矿物成分探测能力,并结合标准比对仪器光谱进行光谱质量分析。计算了所有实验样品的光谱不确定度参数。除了具有低反射率的钛铁矿外,所有样品都具有高质量的光谱数据。同时,在相同条件下,LMS光谱特征与标准比对仪器得到的光谱数据相一致,表明LMS整体数据质量高。     

月球表面遥感图像阴影消除及其信息恢复研究

由于月球表面的地形起伏引起月面遥感图像像素与太阳相对位置和几何取向不一致,导致月面遥感数字图像上阴影像素的产生。为了解决这一问题,利用与遥感图像匹配的DEM和光照方位参数进行遥感图像的阴影判断,基于DEM数据,利用邻坡反射辐射,进行自然地形条件下的月表遥感图像阴影像素的阴影消除,恢复成太阳光谱照度相等（入射角,反射角和距离相同）时的像素遥感值。仿真实验结果表明：该方法较好地消除了月表影像的阴影,充分恢复了月表影像的反射/光谱特征。