面向海流反演的多普勒散射计天线转速优化方法

本文针对多普勒散射计天线转速过快或者过慢导致海流反演精度较低甚至无法进行海流反演的问题,提出了一种面向海流反演的天线转速优化方法。该方法以研究区域内被天线波束覆盖3次或者4次的目标海面数量为目标函数,以顺轨与交轨方向的波束足印连续性、空间分辨率要求作为约束条件,结合天线转速与天线扫描损耗的关系,建立了非线性约束下的多普勒散射计天线转速优化模型,利用优化得到的天线转速计算得到每个目标海面的观测方位向组合。利用海洋表面流实时分析数据,采用基于观测方位向优选的矢量流合成方法进行了海流反演实验。结果表明,在天线转速为20 r·min^(-1)时,不同研究区域内被雷达内、外波束足印覆盖到3次或者4次的目标海面数量占总目标海面数量的80%以上,反演得到的流速、流向标准差小于0.1 m·s^(-1)、20°,满足海洋工程应用对海流观测的精度需求。

“巴遥一号”卫星双相机热设计及验证

针对“巴遥一号”卫星相机主体全寿命周期内温度应保持较高稳定性和均匀性的任务要求。通过建立热阻网络模型,分析热控设计的重点和难点,并提出有效管理热量传递和合理设计控温方式的方法;利用结构热控一体化设计解决双相机焦面电路高功率密度热量排散问题,采用直接与间接相结合的控温方式提高主光学结构温度稳定性。通过热仿真分析和热平衡试验验证热设计的准确性。相机入轨4年后1个月内的在轨温度变化显示,相机各部分温度水平和温度稳定性满足设计指标要求,镜头的温度波动范围在0.09~0.17℃,CCD的温度波动范围在0.93~4.30℃,表明相机热控设计合理有效。以上设计实践可为双相机一体化热控设计提供借鉴。

近红外光谱传感器的测点热误差补偿方法设计

红外光谱传感器测量受测点不合理产生的热误差影响存在测量偏差较大的问题。提出一种近红外光谱传感器测点热误差补偿方法。根据近红外光谱传感器热变形和测点温度之间的关联性,确定近红外光谱传感器最佳测温点。根据偏F统计量的检验在回归模型中加入拟合处理后的温度变量,删除前期无利用价值的温度变量,以此为依据建立测点热误差模型。根据测点热误差模型中的约束条件,对各个测点进行标定处理,同时引入人工神经网络对近红外光谱传感器各个测点进行温度拟合补偿。实验结果表明,所提方法得到的测点热误差补偿量最高值为45μm、对丝杠XYZ三个轴的补偿量与实际值一致、补偿后的误差控制在4.5μm以内。证明采用所提方法可以获取满意的近红外光谱传感器温度补偿结果。

多信息交互下的输电线路运行故障分析方法

为了解决输电线路运行出现故障对电网造成大量损失问题,设计了输电线路运行故障分析系统。通过采用可移动的故障检测装置对输电线路运行状态进行自动检测,采用图像处理技术和模式识别技术对视频监控平台进行智能化的改进,实现对输电线路运行状态进行实时监控。将采集到的输电线路运行图像数据传输至监控主站平台,利用变分模态分解和排列熵相结合的算法来实现输电线路运行故障诊断。实验结果表明,该系统在进行故障检测装置图像监控的有效性高达96%,在进行对故障分析的准确性测试时,故障分析的准确性高达98%。

基于77 GHz毫米波角雷达的天线罩优化设计方法

77 GHz毫米波雷达因其体积小和分辨率高等特点在无人驾驶车辆领域具有广阔的应用前景。天线罩作为毫米波雷达系统的重要组成部分,能有效防御恶劣环境对雷达系统工作性能的影响,但天线罩在保护雷达系统的同时会在雷达电磁波传播路径上引入介质,从而造成天线辐射性能的衰减。为了改善天线罩对雷达天线辐射性能的影响,本文提出了一种基于77 GHz毫米波角雷达天线罩的优化设计方法。该优化方法以遗传算法(GA)作为优化算法,运用MATLAB将GA与高频仿真软件HFSS结合,通过优化拱形天线罩横截面圆弧的圆心角和天线罩与天线的垂直间距,使雷达天线在其工作频段内具有高增益和低旁瓣的同时,增大天线3 dB方位面波束宽度,提高毫米波角雷达视场角的宽度。仿真结果表明,优化天线罩后阵列天线的3 dB方位面波束宽度增大了37°,工作带宽增大了1.04 GHz,俯仰面最大旁瓣降低了1.02 dB。分析结果表明,基于优化方法设计的天线罩能够有效增大毫米波角雷达阵列天线的视场角,拓宽该雷达天线阵列的工作频带,并降低其俯仰面最大旁瓣。77 GHz毫米波角雷达天线罩数值算例验证了该优化方法的有效性。

违约用电检测与预警系统的设计与优化

为解决当前电力系统违约用电行为日趋严重、且缺乏有效的检测手段与预警系统的问题,设计了一种违约用电检测与预警系统。首先采用线性插值算法对低压用户电表异常数据进行数据清洗补正,以减少因配电台区量测数据缺失对模型的干扰,结合线损波动率、线损与电流曲线的变点时间进行关联分析,确定台区是否存在违约用电行为。同时引入空间维度辨识、时间维度辨识、关系维度辨识来检测低压用户是否存在窃电异常,并计及用户窃电时间和用电容量等特性,提供预估窃电量。最后,对电力设备监测和预警方法实施优化处理,提高系统性能。研究结果表明,在8d时间段时,本文方法通过优化处理后的节能量为50J,说明本文设计的预警系统具有更高的准确度和鲁棒性。

连续太赫兹单像素亚波长成像系统

单像素成像是一种新颖的计算成像技术,借助于空间光调制,仅使用一个单像素探测器即可获取物体的图像。为克服太赫兹波段阵列探测器稀缺的难题,并在近场调制实现亚波长成像,提出一套基于光泵浦硅晶片的全光调制器的连续太赫兹单像素亚波长成像系统,可以实现λ/7.62的空间分辨力。对分辨力测试板的成像结果表明,对成像细节不特别关注时,可采用厚硅片获取大调制深度,并采用压缩重建算法抑制噪声,平滑输出图像;若要追求较高的成像空间分辨力,需采用薄硅片减小调制单元间的串扰,并采用关联重建算法,保留更多图像细节。本工作为太赫兹亚波长成像走向实际应用提供了一个新途径。

北京三号B卫星相机设计及技术特点

北京三号B卫星搭载的高分辨率相机是我国成像原始分辨率最高的商业光学遥感相机。文章介绍了相机采用的星地一体化总体设计、高稳定光机系统设计、相机与卫星一体化设计、相机支撑及减振、杂光抑制、电路、精密热控制等技术的特点,在轨验证表明:北京三号B卫星相机成像质量优良,设计有效可行,可为后续高分辨率大口径相机的研制提供参考。

星载遥感高光谱成像仪电子学抗辐照设计

高光谱成像载荷在高空间分辨率、光谱分辨率及大幅宽等方面指标需求不断提升,使得星载遥感的抗辐照设计问题愈发明显,文章提出了针对任务需求从器件级、电路级以及载荷分系统级分层设计兼顾成本的设计方法,以增强高光谱成像仪抗辐照能力。该方法依据分系统各层级、各功能模块抗辐照能力水平高低,从器件选用把控、电路应用加固到整个载荷的整体屏蔽优化的具体实际应用,对应用情况进行分析计算及优化迭代、等效测试试验验证,实现了抗辐照能力和研发成本合理平衡。通过在多个遥感系列卫星高分辨率高光谱成像仪上的成功应用,结果表明:该高光谱成像仪的抗辐照设计方法具有科学性和稳健性,有效提升了卫星载荷的可靠性和研制效率。

基于多电磁线圈天线的电气部件状态监测研究

利用低频电磁辐射场对电气元件进行状态监测和故障诊断。其主要目的是建立接收线圈阵列,对电气部件周围的辐射电磁场进行检测和监测,并将其应用于各种电力元件的状态监测和故障诊断。提出了一种柔性三维印刷线圈天线,用于电机故障检测。首先,以捕获组件中最敏感的杂散场为目标,找到线圈天线的最佳位置。再利用有限元方法,首先对正常状态下机器周围的磁场进行天线最敏感位置的识别。然后,在元件内部的线圈和绕组发生短路时,观察电机的磁场。磁场谐波阶数幅值的变化有助于识别短路故障。最后,根据正常磁场和故障磁场振幅的变化对结果进行比较,并发送到信号处理单元进行诊断。

基于深度Q网络的风光柴储微电网能量管理策略

微电网能量管理对保障微电网安全、经济运行具有至关重要的作用。综合考虑可再生能源出力及用户负荷需求,提出了一种基于深度Q网络的微电网能量管理策略。针对日前调度中光伏功率的随机特性,利用随机规划生成不同概率下的光伏出力场景。将其与风电功率、负荷功率、市场电价和蓄电池荷电状态等一同构成环境信息,并通过深度Q网络与环境信息的交互优化微电网运行指标。仿真结果表明,所提出的能量管理策略能够降低设备的安全指标成本,并提高可再生能源的利用率。在光伏出力随机性较强的场景中,证实了基于随机规划的深度Q网络管理策略具备突出的适应能力。

Landsat新型热红外地表温度产品与MODIS地表温度产品的交互对比

美国地质调查局(USGS)2020年12月正式发布了基于Landsat热红外光谱数据生产的2级地表温度产品(Landsat Collection 2 Level-2 surface temperature,LC2L2ST),但目前还鲜有该地表温度产品的相关研究报道。由于美国地质调查局已宣布自2022年开始将不提供除该产品之外的其他地表温度数据,因此有必要对该产品进行适时的评估。在同类遥感卫星产品中,MODIS地表温度产品的质量最被广大用户认可,应用也最为广泛,因此首次将Landsat新型热红外地表温度产品与MODIS地表温度产品进行交互对比,以评估新产品与MODIS地表温度产品的一致性。分别选取了我国的不同地区(福州、太湖、银川、敦煌)作为试验区,以20对同日过空的LC2L2ST与MODIS地表温度影像为数据源进行交互对比。影像涵盖植被、水体、建筑、荒漠等地物以及不同的季节。在试验区影像上选取一系列均质样区(ROI),通过各样区的地表温度均值散点进行拟合回归分析,研究二者地表温度间的差异及定量关系,并提出彼此转换的模型。结果表明,Landsat地表温度新产品与MODIS地表温度产品具有很高的相关性,4个试验区的决定系数(R^(2))皆大于0.98,集成4个试验区的总R^(2)也接近0.98;但LC2L2ST比MODIS的地表温度平均高0.90℃(RMSE=2.29℃)。分析发现,二者地表温度数据间的差异与其在空间分辨率、观测角度、地物类型和季节的不同有关。从不同地物和季节来看,LC2L2ST在晚秋和冬季略低于MODIS的地表温度,而在夏季极端高温的城镇、荒漠地区则明显高于MODIS的地表温度,且偏差可近7℃。总的看来,Landsat新型地表温度产品与MODIS同类产品的相关性显著,但在夏季的城市和沙漠地区的差异较大,因此,LC2L2ST新产品在夏季高温季节的适用性仍有待进一步基于地面实测温度的验证。鉴于两种地表温度数据产品仍存在着一定差距,因此二者如要协同使用,需要进行转换。本研究基于4个试验区的560个ROI样区构建了二者地表温度间的转换方程,并通过验证发现,经转换后的两数据差异性得到大幅缩小。因此,必要的数据转换有利于二者数据的协同使用,可为长时间序列的地表温度变化监测提供连续的遥感数据。

基于改进层次-权法的含PVES配电网负荷转供优化模型研究

随着大量分布式光-储系统(photovoltaic and energy storage,PVES)并入配电网,加重了配电网运行的复杂程度。特别在电网故障恢复以及负荷转供过程中给电网安全、稳定运行带来不可预测的问题。提出一种基于改进层次-熵权法的含PVES配电网负荷转供优化模型,有利于提高电能质量和供电可靠性。文中提出利用可调节PVES对恢复供电过程中产生的潮流越限调控;对于超出调控范围的负荷,采用PVES调控为主、负荷削减为辅助措施的调控策略。提出一种基于模糊德尔菲层次分析法和改进的熵权法(fuzzy delphi analytic hierarchy process and improved entropy weight,FDAHP-IEW)判断负荷优属度方法,建立负荷削减优化模型,综合主客观均衡优势。提出一种基于配电网运行呈辐射状特性缩短遗传算法中染色体编码长度的方法,并通过使交叉率和变异率自适应,使算法快速产生可行解。算例仿真结果表明,提出方法和模型在计算效率和迭代次数上优于传统算法,且在PVES的利用率、系统可靠性以及网络损耗等方面性能显著提高。

轻小型全铝高分相机

为了满足精准高效快速部署航天遥感器对轻小型空间相机的迫切需求,对满足轻小型相机成像的光学系统形式及成像体制进行了详细对比分析,确定了RC+补偿组的光学系统形式,采用小F数+微小像元的成像体制。对比美国鸽子相机的详细参数,设计了500 km轨道高度上可实现3.48 m分辨率的轻小型全铝高分相机。详细介绍了相机的总体结构、光学系统、光机结构、成像电子学及热控设计结果,得到F5.6的RC+补偿组光学设计结果。采用RSA-6061微晶铝合金做为相机反射镜的结构材料,配合一体化硬铝合金高刚性结构。静力学(重力变形和温度变形)仿真分析结果满足光学设计公差要求。动力学仿真分析结果表明:一阶模态为302.92 Hz,具有足够高的动态刚度和安全裕度。成像电子学采用3.2μm大面阵9 K×7 K探测器低噪声小型化设计。相机热控由卫星平台保证20℃±4℃的温度水平。集成测试结果表明:(1)相机中心视场波像差RMS为λ/15.6,5个视场系统波像差均优于λ/12.3,可以确保相机近衍射极限高质量成像。实测奈奎斯特频率处的光学传递函数为0.217;(2)相机三方向正弦振动最大处放大1.17倍,整机一阶模态为295 Hz,与仿真结果的偏差为2.61%,相机结构刚度大,力学稳定性好;1×10^(-4)Pa,16℃、20℃、24℃三个温度工况下成像清晰,可分辨奈奎斯特频率处对应的分辨率板图像;(3)对2 km外目标成像效果良好,图像清晰且灰度层次分明,阴影边界锐利。本文所设计轻小型全铝高分相机在500 km轨道高度上实现了3.48 m分辨率,15 km×15 km幅宽,整机重量为2 kg,结构刚度和强度试验结果满足航天发射场景需要,可以为轻小型甚高分辨率空间相机设计提供理论指导和工程借鉴。

临边/深空背景探测系统地球杂散辐射建模分析

为评估地球杂散辐射对地球临边、深空背景探测类空间光学遥感器成像的影响,指导遥感器杂光抑制设计,对地球杂散辐射进行了建模分析。基于辐射学理论,建立了地表球冠杂散辐射模型,给出了卫星任意位置时对其光学载荷杂光有贡献的地表球冠区域,并采用区域网格化,小面元积分的方法求解地球总的杂散辐射。小面元的辐射能量包括透过大气的地物能量、大气自发辐射能量、大气对太阳辐射的后向散射能量,为准确表征,根据卫星参数建立了小面元的经纬度模型、太阳矢量模型来计算其太阳照射几何,结合卫星观测几何、地表参数、大气参数等,通过大气辐射传输模型仿真求得。以某空间遥感器可见光及长波红外谱段为例,从星下点位置、时间、载荷视轴指向等各维度进行了地球杂散辐射仿真分析。

面向空间应用的四象限探测器筛选系统

空间科学仪器广泛使用基于四象限光电探测器的太阳导行镜指向跟踪系统来实现对日精确指向控制。为满足对日指向高精度高稳定性需求,提出面向空间应用的四象限光电探测器筛选方法,研制针对四象限光电探测器的筛选系统。通过对比筛选试验前后四象限探测器的暗电流、响应度及象限响应度均匀性等参数变化,依据判别准则分析探测器的空间环境适应性,剔除可能存在的早期失效或性能差异变化较大的探测器。试验结果表明:研制的筛选系统具有高准确度,系统前端等效输入电流噪声为0.58 f Arms,通过筛选试验后依据评估标准最终优选的四象限光电探测器各通道暗电流绝对值最大值为6.08 p A,各通道的响应度变化最大值为0.716%,各象限响应度非一致性筛选前后变化最大值为1.24%。最终将该四象限探测器应用至太阳导行镜指向跟踪系统上,满足航天环境条件的使用要求。该筛选装置及筛选方法可实现对面向空间应用的四象限光电探测器的筛选,且对其他光电器件筛选具有借鉴意义。

相关光子自校准微光辐亮度计的光学设计

为满足气候监测、微光辐射计量、单光子计量等定量应用需求,设计了基于相关光子自校准的紧凑型三通道微光辐亮度计,其光谱范围为460~1550nm,辐亮度测量范围为1×10^(-9)~1×10^(-6)W/(cm^(2)·sr·nm)。设计时考虑整机的集成化、小型化和模块化,将8个光谱波段集成为三通道结构。其中可见光近红外波段采用自由空间耦合,短波红外波段采用多模光纤耦合方式。通过设计优化分析,微光辐亮度计的第一、二通道的聚焦光斑满足Si单光子探测器光敏面300μm像元要求,第三通道的聚焦光斑满足多模光纤62.5μm芯径和0.22数值孔径要求,三个通道的聚焦光斑均可被单光子探测器光敏面接收,满足设计目标,可为后续的工程化应用提供参考。

基于高分子聚乳酸结构变化的生物降解技术研究

为研究基于高分子聚乳酸结构变化的生物降解技术,文章通过实验证明了生物降解技术优化的可行性。降解前聚乳酸的熔点为165.3℃,经过15 d的降解后为162.6℃,过程中熔点基本维持在163℃。高分子聚乳酸生物降解降解率最高达到9.18%。所得结果验证了该方法具有良好的生物降解性,可实现生物降解的技术优化。

Landsat 5 MSS和TM地表反射率和植被指数一致性分析与纠正

基于PROSAIL模型模拟数据,分析Landsat 5 MSS和TM地表反射率及4种植被指数(NDVI,EVI2,SAVI和OSAVI)的一致性并提出纠正方法,最后使用真实的MSS和TM数据进行验证。本文进一步讨论了大气因素对二者植被指数之间的一致性的影响。研究结果表明,对于地表反射率,线性回归模型和多元线性回归模型可以将基于模拟数据计算得到的Landsat MSS等效反射率数据较为理想地纠正至Landsat TM波段上,但对于真实MSS遥感数据,反射率纠正模型在MSS传感器的绿光、红光和近红外2波段上效果不明显;对于植被指数一致性和纠正问题,使用MSS红光波段和近红外1波段先计算植被指数再使用线性回归模型进行纠正不论在模拟数据还是真实数据上均取得了最好的效果;植被指数的一致性容易受大气参数中气溶胶光学厚度估算误差影响,而受到水汽柱浓度估算误差的影响较小。

基于新息的改进EKF-DV-Hop定位算法研究

为提高扩展卡尔曼DV-Hop(EKF-DV-Hop)定位算法的准确性,降低其定位误差,提出了一种基于新息的改进自适应EKF-DV-Hop定位算法(Adaptive Extended Kalman Filter DV-Hop,AEKF-DV-Hop)。首先定义误差因子,通过除去对计算信标节点跳距误差大的节点进而增加跳距准确性,并应用最小二乘法估算未知节点的坐标;然后将估算的坐标和信标节点间的欧氏距离作为EKF的观测量,进一步优化未知节点坐标;最后使用自适应算法在线更新状态噪声矩阵和观测噪声矩阵。仿真对比得到,AEKF-DV-Hop对环境具有更好的适应性,定位精度有较明显的提升,增强了环境适应性。