星载InSAR基线构型测量误差模型与灵敏度分析

为避免双天线InSAR系统基线测量动态监测过程中引入误差,影响基线测量精度,对基线长度与角度测量过程中的可能误差进行定性与定量分析。采用坐标变换法建立系统误差数学模型,明确测量系统的误差来源。提出误差灵敏度概念,对误差项进行定量计算,并对每一自由度的误差源进行灵敏度分析,进一步形成综合误差定量合成结果。根据误差灵敏度系数给出一组精度反演误差分配案例。最后,依据蒙特卡洛法在MATLAB平台闭环验证精度量化分配方法的可行性与稳定性。仿真分析结果表明,激光视觉三轴位置的测量精度要求为300μm(3σ),三轴角度的测量精度要求为50″(3σ),即可满足基线长度精度1 mm(1.6σ),基线角度精度2″(1.6σ)。通过本方法可由测量环境条件输入直接获得基线测量的精度,根据灵敏度系数对误差分配进行反演可以得到系统最优布局,其结果可为测量系统的方案设计与精度分解提供有效指导。

飞行时间成像系统的数字仿真技术

飞行时间传感器的仿真主要用于评估基于光相位信息的深度数据的处理算法,现有的方法包括基于对场景三维模型生成的特定噪声模式的仿真模型和基于光信号传播的物理过程仿真模型两大类,为飞行时间成像系统建立了特定的仿真平台.但现有的工作并未考虑环境光干扰对测量数据间的非线性耦合关系,而这种关系是附着/着陆敏感器的重要设计要素之一.本文针对小行星附着任务的需求,研究并建立了包含环境光矢量的飞行时间成像仿真环境,验证了包括环境光模型的飞行时间成像仿真方法,对于飞行时间成像技术在光照条件下的成像性能的评估具有重要意义和应用前景.

小行星三维地形模型几何重建方法

小行星全球测绘对深空探测定点着陆具有重要意义.通过对绕飞段光学敏感器拍摄的序列图像进行几何立体重建方法的研究,可以实现探测器位姿信息未知情况下的三维地形建模.综合小行星表面特性、小行星运行特点与探测器飞行需求,首先通过全局的运动恢复结构完成小行星稀疏点云重建,再利用多视角场景重建对点云进行稠密化得到致密均匀的网格.然后采用隼鸟号探测器绕飞阶段实测影像,对小行星糸川(25143 Itokawa)的三维地形进行仿真重建,分辨率为0.36 m;并在光学实验室对3D打印的小行星比例模型进行模拟观测实验,得到重建分辨率为0.67 m.最后通过点云配准,进一步验证方法的有效性.结果表明,本方法稳定性较强,在分辨率要求在米级范围内的情况下,能够较好地针对小行星表面地形进行三维重建.

小天体在轨渲染观测技术

提出了一种空间光场中小天体在轨序列图像渲染观测方法,综合小天体的表面反射特性、轨道特性与观测需求,提供目标在观测时刻的位姿序列、光照角度和相机特性等参数,生成符合探测器成像特性的物理渲染图像集。完成了三维基准模型的建立、反射特性文件的生成及物理渲染的光线追迹。由渲染图像真实度检验与地形三维建模实验,针对糸川小行星在特定观测时刻与位置的图像进行闭环模拟观测验证。实验结果表明,通过匹配重建模型的二维投影地形图,图像灰度值配准的平均均方根误差为0.1785,对应小天体地表0.0628 m左右的海拔高差。该渲染观测方法能够有效服务于小天体地形模型重建与相对导航闭环分析环境的搭建。此外,为满足在轨快速解算需求,提出了归一化光谱与灰度响应的快速转化方法,在精度不变的情况下,解算时间为3.48 s,由数小时缩短至秒级。