基于PSIM机载大视场宽谱段偏振光谱成像系统光学设计

为满足偏振光谱成像探测中对于大视场、宽谱段技术要求,设计了一种基于偏振强度调制技术(PSIM)的宽谱段大视场偏振光谱成像仪。针对前置望远镜组,文中对现有国内玻璃材料消色差分析,优选了可见至短波红外的复消色差玻璃,通过控制镜组中PSIM模块光线角度,实现大视场内在PSIM模块上的入射角度需求。结合分析结果,采用光学设计软件优化设计。设计结果表明,前置望远系统能够实现波段为400~1 700 nm,视场角为72°,焦距为20 mm, F数为4的高质量成像,全谱段内探测器截止频率处传递函数优于0.4, PSIM模块上最大入射角度为±4.99°,有效保证了各视场内偏振调制的一致性。后置光谱分光系统采用基于Offner结构的凸面光栅,优化结果显示各波段点列图均小于一个像元,在探测器奈奎斯特频率处中心波长的MTF达到0.6,各项指标均满足设计要求。本文对于基于PSIM宽谱段偏振光谱成像仪器的工程化具有很重要的现实意义,对宽谱段光学系统消色差设计也具有一定指导意义。

基于近红外光谱的片烟霉变智能检测方法

该文创新性地提出了一种结合近红外光谱技术与深度学习的智能片烟霉变检测方法。尽管近红外光谱技术在农产品质量检测领域已取得显著成就,然而在烟草工业中,片烟霉变问题一直以其独特的挑战性而备受关注。传统的检测方法往往依赖于繁琐的化学分析或主观的人工审查,这些方法耗时且容易受到人为误差的干扰。因此,该文致力于构建一个高效自动的处理近红外光谱数据的深度学习模型,以实现对片烟霉变问题的准确检测,为烟草工业的发展提供了一种新颖且高效的解决方案。

基于用户意愿的电动汽车备用容量多目标优化

电动汽车(EV)保有量可观且具有储能的特性,使其参与电力系统运行调控提供备用服务成为可能.针对此建立基于EV用户意愿,以集电商经济收益、微电网功率波动和用户满意度为目标的多目标优化调度模型.考虑到负荷预测误差的影响,对模型进行日前阶段和日内实时修正阶段的多时间尺度优化调度分析.求解方法采用主流的多目标智能优化算法NSGA-Ⅲ算法,同时将NSGA-Ⅱ和MOEA/D算法作为对比算法,通过对比实验选出最优调度方案并分析EV提供备用容量的场景.仿真结果证明所提模型的有效性.

基于可见/近红外反射光谱的大豆叶绿素含量估算方法比较

作物叶绿素含量的估测可以为精准农业提供技术支持。该文利用PROSAIL模型模拟了不同叶绿素水平下的大豆冠层光谱反射率,而后针对多期实测高光谱及相应的叶绿素数据,在对响应波段进行小波能量系数提取的基础上,分别采用多元线性回归、BP神经网络和RBF神经网络、以及偏最小二乘法进行估算,并进行了比较分析。研究结果表明,基于小波分析的三种回归模型都取得了较好的估算效果,验证模型的R2分别为0.634,0.715,0.873和0.776,其中RBF神经网络方法和基于高斯核函数的PLS模型精度最好,能够全面稳定地估算叶绿素含量。

大豆叶面积指数的高光谱估算方法比较

叶面积指数(leaf area index,LAI)是重要的生物物理参数,亦是各种生态模型、生产力模型以及碳循环研究等的重要生物物理参量,因此具有重要的研究意义。通过分析大量实测数据,选用归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和比值植被指数(ratio vegetation index,RVI)、主成分分析(principcal component analysis,PCA)、神经网络(neural network NN)三种方法对大豆使LAI进行了估算,比较分析了三种方法的估算结果。研究结果表明,植被指数法(NDVI,RVI),主成分分析,神经网络方法LAI都取得了较为理想的结果,验证模型的确定性系数分别达0.758和0.753,0.954,0.899,其中主成分分析方法和神经网络方法精度较高,主成分分析方法验证模型的稳定性更好,其验证模型的RMSE为0.267,明显低于两个植被指数(NDVI和RVI的RMSE分别为0.594和0.616)和神经网络(RMSE=0.413)。当叶面积指数较小时,植被指数能够较好地去除土壤、大气等条件影响,并精确估算LAI;当叶面积指数较大时,主成分分析能够弥补植被指数饱和的缺陷,得到很好的LAI估算效果。神经网络受LAI大小的影响效果居中,其对叶面积指数较小和较大时具有一致的估算效果,具有较好的应用潜力。

资源三号卫星靶标法绝对辐射定标与验证分析

为获取资源三号卫星高精度绝对辐射定标系数,文章采用一种基于光谱特性均一的多级灰阶靶标在轨定标方法,实现了ZY-3卫星的在轨辐射定标。首先设计靶标法辐射定标技术流程,分析了灰阶靶标实测反射光谱的波动误差,并基于同步试验获得了ZY-3卫星定标系数,最后利用实验室定标系数和场地实测数据对新的定标结果进行了真实性检验。结果表明:基于多级灰阶靶标的定标方法不确定度小于4.71%,获取的定标系数精度可靠;ZY-3卫星自发射以来载荷辐射性能稳定性较好,与发射前定标系数相比,除多光谱相机蓝、绿波段变化了11.76%和5.07%以外,其余载荷波段变化小于1%。

空间调制干涉光谱成像仪定标技术研究

根据光谱成像仪对定标内容的要求 ,结合空间调制干涉光谱成像仪的原理和特点 ,介绍一种空间调制干涉光谱成像仪实验室与飞行定标方法 。

航空热红外多光谱数据的地物发射率谱信息提取模型及其应用研究

基于 132种地物的实验室光谱曲线 ,建立适合于模块化机载成像光谱仪 (MAIS)热红外多波段的发射率经验关系 ,以此修正发射率反演方法 (TES)中的 MMD模型 ,在此基础上选用 1997年 8月在法国 AVIGNON农业区获取的一幅 MAIS热红外多光谱图像 ,在利用 L OWTRAN7实现大气初纠正的前提下 ,应用修正后的 TES算法提取发射率谱信息 .结果表明 :反演所得发射率与实验室光谱在形状上具有很好的一致性 ,利用发射率谱结合地表亮温信息进行植被分类是可能的 .

面向在轨服务的可重构细胞卫星关键技术与展望

为解决传统航天器设计模式所面临挑战,本文分析了当前航天器设计的技术现状和体系结构不能满足在轨服务要求等突出问题。以'凤凰重生'的设想为代表,提出了面向在轨装配任务的可重构细胞卫星技术,分析了细胞卫星的内涵和结构及接口设计理念。针对面向空间装配的在轨服务所面临的挑战,提出了可重构细胞星的关键技术,包括构型优化、信息融合、多细胞结构的控制和针对精细装配的空间遥操作等。最后针对我国的技术现状,提出了我国开展细胞卫星研究所需解决的问题和未来发展建议。

垂直返回重复使用运载火箭技术分析

结合Space X公司近期进行的多次猎鹰火箭一子级垂直着陆返回技术试验,对比分析垂直返回重复使用运载火箭两种返回方式的工程应用价值。首先,建立运载火箭一子级动力返回段弹道设计动力学模型。随后,提出基于H-V飞行剖面分段返回弹道设计方法。然后针对"返回原场"(RTLS)和"不返回原场"(NRTLS)两种垂直返回方式,构建综合考虑上升段与返回段的推进剂耦合作用的一体化弹道优化设计策略。最后,通过数值仿真,对比分析了两种返回方式下的火箭运载能力。结果表明,采用"不返回原场"方式的运载能力损失仅占"返回原场"方式的一半,具有较好的工程应用价值。

双臂空间机器人可操作度分析及其构型优化

利用传统的操作度概念,分析多臂空间机器人的可操作度,特别是基座和辅助臂的耦合效应对任务机械臂的操作度的影响。进而利用基座姿态最小扰动和可操作度指标对多臂机器人机械臂的构型进行优化。最后对平面双臂空间机器人进行数值仿真,并分析耦合效应对可操作度的影响以及在多臂构型优化中的应用。仿真结果表明本文的研究方法及结果可指导在轨服务中的近距离双臂协调交会、软对接和抓捕操作,具有较强的工程应用价值。

基于极化散射特征的极化合成孔径雷达海冰分类方法研究:以渤海海冰分类为例

海冰监视监测的关键是提取海冰类型,准确提取海冰类型对于评估海冰冰情、保证航海及海洋作业安全具有重要的意义。利全极化合成孔径雷达影像(SAR)的优势,提取海冰的极化散射特征;在此基础上结合二叉树分类思想,开展极化SAR海冰类型的分类算法研究,提高SAR海冰分类精度;与传统的海冰分类方法相比较,验证了本方法的有效性。

辐射定标的新型参考光源技术

参考光源是辐射定标系统中的关键设备之一。近年来不同光谱分辨率、不同工作方式光电探测器的发展,需要参考光源在具备稳定性、均匀性等基本特性的同时,能够实现光谱匹配、大动态范围调节和宽波段精细扫描等新的功能。结合以LED为发光单元的可调光谱参考光源和利用宽调谐激光器的单色面光源技术,介绍了新型参考光源的设计、主要性能和部分前期的应用效果。新型参考光源可以与近年发展起来的基于探测器的标准传递技术相结合,在保障和提高绝对定标精度的同时,满足特定的定标技术要求。

航天器新型非奇异饱和终端滑模姿态控制

针对刚体航天器姿态机动过程中存在的控制饱和与外部干扰问题,提出一类基于新型非奇异饱和终端滑模面的有限时间控制器设计方法。该控制方案不仅保证姿态机动过程的快速性,而且避免了传统的终端滑模面所带来的奇异性问题。此外,本文建议的控制器不仅显式考虑执行器输出力矩的饱和幅值要求,使航天器在饱和幅值的约束下完成姿态控制任务,而且控制器的设计对外部干扰的上界没有任何要求,也无需作任何小角度的假设。进一步的稳定性分析表明,通过引入新型非奇异饱和终端滑模,该控制器使得闭环系统能够快速收敛到滑模面的微小邻域内,继而收敛到平衡点的微小邻域内,并且系统对外部干扰具有较强的鲁棒性。数值仿真校验了该控制器在姿态机动过程中的性能。

基于LCTF的多光谱面阵CCD相机的辐射定标

基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的多光谱面阵CCD相机是一种新型的多(高)光谱成像系统,它利用液晶的电控双折射效应和偏振光的干涉原理,在面阵CCD上记录任意一个波长的图像信息。由于LCTF和帧转移型面阵CCD工作方式的特殊性,普通的定标方法不能满足遥感应用的精度需求。提出用积分球+标准探测器的定标系统对相机进行性能检测和定标实验,并通过帧转移拖影校正和数据处理算法改进,实现相机绝对辐射定标系数的计算,最后通过外场实验对定标结果的有效性准确性进行验证。实验结果表明,该定标结果准确有效,能够从获取的多光谱图像数据定量地反演出地物真实的辐射信息。该相机辐射定标问题的解决及精度的提高,将有效地提高其图像数据的应用领域。

数字微镜器件光谱成像技术进展

数字微镜器件(DMD)作为一种灵活、可编程、可独立寻址的空间光调制器件,广泛地应用于无掩膜光刻、光束整形、全息成像、共焦测量等领域。在光谱成像领域,DMD能够对成像视场进行精细可控的调制,从而代替传统的机械掩膜版和机械扫描结构。综述了近年来DMD在光谱成像领域的研究进展和应用情况,详细论述了基于DMD的编码孔径和推扫式光谱成像系统的光学系统基本结构及工作原理;梳理了基于DMD的光谱成像系统从哈达玛变换光谱成像到推扫式光谱成像的发展脉络;详细介绍了研究人员为克服DMD微镜的衍射以及像面倾斜等像差所做的相关研究工作。最后,总结了基于DMD的光谱成像技术的独特优势,讨论了基于DMD的光谱成像技术未来的发展方向与应用前景。

干涉成像光谱仪切趾函数对复原光谱的影响分析

随着搭载干涉成像光谱仪HJY20-1-A的我国环境与减灾遥感卫星HJ-1A即将发射,我国干涉光谱成像研究也从实验室开始走向实用化.在干涉光谱成像过程中,切趾函数处理是干涉成像光谱仪光谱复原过程中的一个重要环节,对复原光谱的精度有着极其重要的影响.根据HJY20-1-A的参数设置,文中首先模拟了24种典型地物对应于HJY20-1-A和其它最大光程差设置的干涉成像光谱仪数据,在不同切趾函数作用下的复原光谱,结果表明Hann ing函数是其中最有效、最为稳定的切趾函数,同时发现切趾函数的应用虽然可以提高复原光谱的精度,但与真实光谱仍存在一定差距,尤其对应HJY20-1-A,复原光谱的精度更加有限.在以上分析基础上,提出了基于仪器线型函数标准化的光谱复原改进算法,实验结果证实了该方法可以显著提高复原光谱精度,尤其适用于最大光程差较小的空间调制型干涉成像光谱仪.最后,就HJY20-1-A复原光谱对3种典型植被指数求解,进一步证明了该方法的有效性.

空间外差光谱技术实验研究

空间外差光谱技术是一种可实现超光谱分辨率的新型光谱分析技术,该技术综合光栅与FTS技术于一体。介绍了空间外差光谱仪基本原理以及系统光学结构,并对其性能进行了分析讨论。以实验室搭台的方式建立了空间外差光谱仪原理试验装置;经检测,装置在591nm波段的光谱分辨能力达17700,光谱范围为17nm。在原理试验装置上进行了激光、连续光谱、Hg双线和Na双线光源的空间外差光谱实验。实验结果显示了空间外差光谱技术在超高光谱分辨率探测的能力。

高分一号卫星相机的辐射交叉定标研究

利用Landsat8-OLI时间序列图像数据对高分一号(GF-1)的16 m宽覆盖多光谱传感器进行交叉定标。试验首先通过安排GF-1夜间深海成像,确定GF-1传感器的定标公式的截距,再选取定标靶标场的双星同步观测数据,利用回归分析得到定标公式的增益。利用交叉定标系数结果计算的GF-1辐亮度值与同步观测的Landsat8的辐亮度值相关性在95%以上,4个波段定标精度相对误差分别是4.25%、6.21%、5.83%和5.66%。结果表明该方法获得的定标系数精度与Landsat8定标数据辐射定标精度相当,GF-1卫星可以满足定量化应用的要求。

CCD相机的杂散光模拟计算与分析

将蒙特卡罗（MonteCarlo）法应用于空间光学系统的杂散光模拟计算，分析了CCD相机的杂散光进入水平，分别给出入口段和主体段的局部杂光系数及相机光学系统的整体杂光系数，对CCD相机的入口段，模拟计算了遮光罩三种不同长度、反光镜在三种不同扫描角度下的杂光系数．将主体段的杂光系数计算结果与实验测量值进行了比较，二者数量级相同，并分析了计算参数的不确定性（包括热物性参数的不确定性和几何结构的简化）对主体段杂光计算精度的影响。