星光观测蒙气差补偿技术

为了消除大气内观星时蒙的影响,提高载体定姿精度,提出了一种蒙气差补偿算法。首先给出了补偿过程涉及的姿态转移矩阵,并完成了相关矢量坐标映射变换;接着在星敏感器坐标系内,用两矢量内积法求得视天顶距;最后利用几何公式列出了以真星光矢量投影点估计位置为未知量的方程组,作为星敏感器任意姿态下蒙气差补偿算法模型。在没有任何误差的条件下对模型有效性进行了仿真,10-6 pixel量级的位置估计精度表明了算法的有效性。加入不同量级的陀螺漂移误差进行了仿真,给定的漂移误差对于蒙气差补偿模型的估计精度影响甚微,仿真结果表明在捷联载体存在一定姿态误差的前提下,蒙气差补偿模型也是适用的,补偿后的星像坐标用以实现星光姿态确定,并进一步对陀螺漂移完成补偿。     

平行光路稳像计算机模拟显示的算法分析

本文以转动与坐标转换关系为基础，利用点、矢量在空间坐标系中移动或者转动的作用矩阵，不仅解决了点、矢量在两个空间坐标系之间的转换，而且提出了在平行光路中点、矢量在动坐标系中的运动转换到静坐标系中去的方案，并推导了相应的公式。此外，还介绍了在稳像过程中稳像所须补偿角大小的确定方法，为平行光路稳像ＣＡＩ（计算机模拟显示）提供了必要的算法。     

基于Gocator的多传感器数据拼接方法研究

点云数据拼接在众多科研领域有着十分广泛的应用。为完整、精确地得到复杂物体的点云数据,提出一种基于Gocator的多传感器数据拼接方法。该方法需要对多传感器系统进行两两校准以获取各传感器坐标系与基准坐标系之间的空间变换关系,进而将各传感器自身坐标系下的数据转换到基准坐标系下,实现多传感器数据的拼接。对于双传感器数据拼接,首先通过两只传感器同时拍摄单孔标定块,利用最大距离法提取标定块轮廓坡口特征点,根据坐标转换原理,初步确定了两传感器间的旋转平移关系;在此基础上采用迭代最近点(ICP)算法进一步优化确定两传感器之间的最优变换矩阵,以得到精确的拼接关系。实验室搭建双传感器钢轨廓形检测平台对该算法进行验证,实验结果表明,多次拼接得到的钢轨廓形与标准模板误差不超过0.2mm,完全符合钢轨廓形允许误差要求,该算法具有较高精度和稳定性。     

空间目标天文定位方法及观测分析

研究并分析了一种加权最小二乘曲面法,将其用于空间目标天文观测,该方法不仅简单方便,而且还能够用于高准确度、大数据量的天文定位.通过实际星空观测,对连续拍摄的星图进行分析计算,结果表明,拟合均方误差在赤经和赤纬方向均优于4″.赤纬的定位准确度高于赤经的定位准确度,在赤经与赤纬方向上的最大定位误差分别为5.13″和1.74″.该方法降低了恒星位置误差对观测结果的影响,剔除了定标星的偶然匹配误差,提高了观测数据的利用率以及天文定位准确度,在实际工作中有较高的应用价值.     

抛物线坐标系中的二维氢原子及其Runge—Lenz矢量

证明了二维氢在抛物线坐标系中的本征函数也是二维Ｒｕｎｇｅ－Ｌｅｎｚ矢量ｘ分量的本征函数，从而找到了二维氢原子在平面坐标系中的本征函数和在平面抛物线坐标系中的本征函数之间的变换矩阵。     

天基光学传感器网络目标定位精度分析

针对天基光学传感器网络对目标的定位精度分析难题,提出一种基于多因素分析的目标定位精度分析方法.首先,根据目标到光学传感器像平面的转换关系,建立目标观测模型.其次,分析目标定位过程中的各种误差源,通过引入地惯坐标系下的目标视线矢量作为中间变量,推导出目标三维位置、目标视线矢量以及目标像平面位置三者之间的误差传递矩阵.在此...     

天基光电望远镜空间多目标成像模拟技术研究

提出了一种天基光电望远镜对空间多目标成像的模拟方法。首先由卫星轨道参数向量和三维矩阵变换得到卫星在地心赤道坐标系中的坐标矩阵,然后再通过平移、旋转和比例等变换得到卫星及恒星在望远镜中的坐标矩阵,最后即可得到总模拟图。设计了一种应用在天基光电望远镜上的空间多目标成像模拟数据库,并为数据库提供了几种基本的维护管理功能。给出了该数据库的基本设计方法和目标数据实例,提供了1000余颗卫星的相关轨道参数。计算机模拟了天基光电望远镜对空间多目标的成像。仿真结果表明,该方法可有效地模拟天基光电望远镜对空间多目标的成像。     

一种高效的自适应波束域变换方法及应用研究

波束域变换将阵元域数据投影到一个低维的波束域空间, 不仅能够减小信号处理算法的运算时间, 提高算法性能, 还能够抑制干扰. 本文针对常规自适应波束域变换方法需要在线调整波束变换矩阵、更新波束域导向矢量由此导致实时实现困难的问题, 提出一种高效的自适应波束域变换方法. 该方法将波束域协方差矩阵与导向矢量均表示成不依赖自适应波束变换矩阵的闭合形式, 省去在线调整与更新过程, 使运算效率得到了显著提高. 最后将该方法应用到波达方向(DOA)的估计之中, 仿真研究表明, 本文方法获得了比常规自适应方法更好的DOA估计性能. 此外, 本文方法还具有另一个非常突出的优点, 即它可以有效抑制运动强干扰. 这是因为本文方法无需训练波束变换矩阵, 其当前运算结果与历史快拍数据无关, 这样可以有效避免常规自适应方法中因目标运动所导致的训练数据与应用数据失配的问题.     

改进的正交匹配追踪图像快速重建算法

传统采样需要的采样间隔小,当信号过长时会增加采样量,消耗过多的时间,占用更多的存储空间。提出了以Daubechies小波变换基作为稀疏变换基,用高斯随机矩阵作为观测矩阵,采用基于Dice匹配准则的正交匹配追踪算法作为恢复算法对图像进行重建。在分析了正交匹配追踪算法的特点后,提出了一种基于Dice匹配准则的改进的正交匹配追踪算法。该算法在原子匹配过程中将几何平均值用算术平均值替代,使重要成份在向量中的作用更加突出,能更准确地从字典中挑选出与残差向量最匹配的原子。仿真结果表明,该算法在相同的观测条件下,能减少重构误差,可将图像的重构质量提高2%左右,重构概率提高7%左右,有较高的应用价值。     

图像局部特征识别中的多目标分离

研究了一种多目标识别算法,该算法用SUSAN角点形成SIFT特征点,采用阶梯图像金字塔结构实现尺度不变,为所有匹配点建立统一的超定线性方程组并对该方程组系数矩阵进行简化使其维数降低一半,得到增广矩阵.对增广矩阵进行列变换,依据坐标转换的特性可从中提取多目标的稳定正常点,实现了快速分离多目标的匹配点.结果表明,利用新算法得到的多目标识别结果能保证最小二乘法迭代运算快速收敛,且一次迭代就能得到精度较高的目标定位参量,根据SIFT标准的128维局部特征描述符判别匹配点,匹配点数量较SIFT算法多一倍,分离多目标速度较Hough变换快2～3倍.     

基于天顶观测的光学系统精确标定方法

针对光学系统在实际应用中与载体坐标系协调的问题,将光学系统基准面放置于站心地平坐标系水平面上并摄取星图,对星图处理获取星像坐标,应用天体自动辨识技术和恒星视位置计算技术得到对应天体的赤道坐标,以天顶点为原点建立天球切平面基准坐标系,把星体赤道坐标转化为所对应的基准坐标,利用天顶点切平面与站心地平坐标系的对应关系,将天体基准坐标转换为站心像平面坐标,建立星体站心像平面坐标与星图像平面坐标的标定方程,解算光学系统综合标定参数。实验结果表明:标定精度达到角秒量级,实现光学系统像平面坐标系到载体坐标系的高精度转换。     

潜望式激光通信瞄准机构误差计算

本文提出了一种机构指向误差计算方法。首先,采用反射镜单位法向量和光束单位方向向量分别表示机构反射镜的姿态和激光束的传播方向,接着采用坐标变换和矩阵传递求出反射镜在总体坐标系中的单位法向量,通过向量对称计算出激光束经过两次镜面反射后的方向向量,最后将机构各参数的理论值和实际值代入上述算法,分别求出激光束经过两次镜面反射后的理论方向向量和实际方向向量,两向量夹角即为机构的指向误差。在得到指向误差和部件误差的关系式后,机构设计时即可通过机构指向误差反计算求出部件的误差值。结果表明:机构物理样机测试指向误差值为0.005 7°,将机构部件参数测试误差值代入误差正计算算式,得出机构的指向误差值为0.006 1°,以该指向误差通过反计算得出的参数平均误差值为0.002 25°,与测试结果相近,可以为机构的精度设计提供参考依据。     

结合Levenberg-Marquardt算法的垂直视差消减方法

垂直视差的存在是影响立体视频观视舒适度的主要因素。为了在不影响水平视差的条件下实现对垂直视差的消减,本文引入Levenberg-Marquardt(L-M)非线性算法实现变换矩阵的精确求解。首先用抗缩放、旋转及仿射变换的SIFT(Scale-invariant feature transform)特征匹配算法检测出双目图像对的特征匹配点,然后根据匹配点的坐标位置运用L-M算法计算可消减垂直视差的变换矩阵,将变换矩阵作用于目标图像,计算出该视图每个像素点的新坐标位置。实验结果表明:与利用线性算法求解二维射影变换矩阵的垂直视差消减方法相比,本文提出的求解方法在垂直视差消减上比该算法提高了约0.029 1~0.323 2个像素,对水平视差的影响比该算法降低了约0.118 7~1.139 1个像素。因此本文提出的方法对垂直视差的消减起到了优化作用。     

机载光电平台目标交会定位

根据直线交会测量原理,构建了机载光电平台目标定位数学模型。首先建立5个坐标系,确定了坐标系之间的变换关系,在地心直角坐标系下,根据光电平台观测目标的方位和俯仰角度参数,结合飞机的位置和姿态测量参数,通过坐标变换确定从光电平台到目标之间的观测直线方程。选择一组目标观测直线建立目标交会测量目标函数,根据最小二乘原理,建立关于直线交会点坐标的线性方程组。解出直线交会点的三维坐标并根据从地心直角坐标系到大地地理坐标系的变换关系,计算目标的大地经纬度和高程坐标,通过样本数据进行交会定位精度实验。实验结果表明,本文方法定位结果和实际测量数据接近,经度误差为0.65",纬度误差为0.82",高程误差为5 m,验证了本文方法的准确性。本文方法有效可行,对机载光电平台目标定位具有实用价值。     

利用导向向量旋转和联合迭代优化的自适应波束形成算法研究

针对大型阵列中自适应波束形成技术的实时性和鲁棒性问题,基于最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成的信号模型框架,提出一种通过对导向矢量进行处理以降低干扰的自适应波束形成算法——稳健联合迭代优化-导向自适应(Robust Joint Iterative Optimization-Direction Adaptive,RJIO-DA)算法。在联合迭代优化的基础上,将降维变换矩阵的每一个列向量看作独立的方向向量,引导子空间内每一个维度上的权值迭代,同时旋转导向向量,减小了由于导向误差的不确定性而导致的性能下降。仿真实验结果表明,与现有的降维算法相比,RJIO-DA算法计算复杂度低、收敛率高、鲁棒性好,可在期望方向上稳健地聚集波束,更好地形成干扰方向的自适应零陷。      

用于炮兵测地车的米级天文定位系统研究

结合炮兵测地车对位置和航向信息的需求,在简要分析炮兵测地车应用米级天文定位系统必要性的基础上,结合国外现有产品成果和目前国内技术基础,给出了天文定位系统的组成和基本工作原理。对多星体同步敏感单元的光轴指向测量误差、方位旋转单元水平姿态测量误差、时间测量误差等影响天文定位系统的三种主要误差源进行分析,认为天文定位系统可以达到炮兵测地车对位置和航向信息的需求。     

一种改进的凸多边形星图识别算法

提出一种在不依赖于星等的凸多边形算法基础上构造的三角形算法。将像平面上的恒星依据坐标排序生成具有唯一性的凸多边形,以三角形的边角边作为识别特征,按照顶角排序后删除重复的角度和角距来拟和曲线,可以加快搜索查询匹配速度,进而识别出视场中恒星在赤道坐标系中的坐标,识别速度较快,具有较强的鲁棒性。     

On the accuracy of covariance matrix: Hessian versus Gauss-Newton methods in atmospheric remote sensing with infrared spectroscopy

Most retrieval schemes use a linear approximation of the radiative transfer function within each iteration as well as for error analysis. Like most standard methods, the improved Hessian method relies on a quadratic form of the cost function and linear approximation in the error analysis. Often, there is no robust criterion in determining step size that can be used to calculate covariance matrix by discrete perturbation of the cost function in the Hessian approach. The Hessian method improved recently, however, overcomes this problem by employing adaptive algorithm which uses small step sizes in steep directions and large step sizes in flat directions of the cost function. The results of retrievals of atmospheric trace gases from simulated limb emission spectra show that Gauss-Newton algorithm and the improved Hessian generally give nearly identical volume mixing ratios and error covariance matrices in the original state vector space. Due to interlevel correlations, however, the agreement in the uncertainities in the original state vector coordinate system is partly lost in a space in which the elements of state vector are independent after orthogonal coordinate transformation. The significant discrepancies between the estimated uncertainities by the two methods are found to be related with elements of state vector that are dominantly controlled by flattest eigenvector directions of the inverse covariance matrix. The improved Hessian method determines the uncertainities in those shallowest directions with better accuracy than Gauss-Newton approach. The performance of the Hessian method is also found to be better in resolving structures related to the shallowest eigenvector directions as revealed by better vertical resolutions in the retrieved profiles of the trace species.     

瑞奇-康芒式大口径平面镜面形数据处理方法对比研究

为使瑞奇-康芒法检测结果更为真实地反映出被检平面镜的面形情况,对瑞奇-康芒检测数据处理方法进行研究。针对现有的数据模型,提出利用坐标转换关系法计算平面镜的面形误差。利用仿真验证坐标转换法的有效性并分析此方法的理论计算精度。通过对比实验结果与干涉仪直接检测结果可知,坐标转换法的实际PV检测精度优于1/20 ,RMS检测精度优于1/100 ,达到高精度检测要求。相比影响矩阵法结果,PV精度提高了0.013 ,RMS精度提高了0.003 7 ,证明坐标转换法更适用于瑞奇-康芒法数据处理分析。     

天文定位中倾角传感器的标定

为提高天文定位系统的定位精度,减小倾角传感器安装误差对系统水平测量精度的影响,对系统中倾角传感器的安装参数标定及校正进行了研究.首先,给出基于倾角传感器的天文定位系统工作原理,分析倾角传感器安装过程中存在的误差源.然后,提出一种通过对天文定位系统进行改造,利用系统自身完成倾角传感器安装参数标定的方法,并给出了倾角测量数据的校正算法.最后,建立三视场天文定位系统仿真测试平台,对标定方法的性能进行了分析和验证.实验结果表明:该倾角传感器安装参数标定方法的标定精度与倾角传感器自身测量精度保持一致,在全量程范围内校正后的倾角测量结果最大误差为4.315 5″,基本满足天文定位系统中高精度倾角测量要求.