Hypersonic sliding target tracking in near space

To improve the tracking accuracy of hypersonic sliding target in near space,the influence of target hypersonic movement on radar detection and tracking is analyzed,and an IMM tracking algorithm is proposed based on radial velocity compensating and cancellation processing of high dynamic biases under the earth centered earth fixed(ECEF) coordinate.Based on the analysis of effect of target hypersonic movement,a measurement model is constructed to reduce the filter divergence which is caused by the model mismatch.The high dynamic biases due to the target hypersonic movement are approximately compensated through radial velocity estimation to achieve the hypersonic target tracking at low systematic biases in near space.The high dynamic biases are further eliminated by the cancellation processing of different radars,in which the track association problem can be solved when the dynamic biases are low.An IMM algorithm based on constant acceleration(CA),constant turning(CT) and Singer models is used to achieve the hypersonic sliding target tracking in near space.Simulation results show that the target tracking in near space can be achieved more effectively by using the proposed algorithm.

线性自抗扰控制系统的稳定性分析方法

针对二阶线性系统和二阶线性自抗扰控制,提出了基于误差的稳定性分析方法。该方法通过观测误差、跟踪误差状态量建立闭环系统状态空间模型,借助状态空间模型的特征值分析闭环系统的收敛性,并运用李雅普诺夫法判断系统的稳定性。与基于劳斯判据的稳定性分析方法相比较,二者的分析结论一致,算例和仿真结果验证了所提方法的简单性和有效性。此外,通过仿真和蒙特卡洛实验验证了自抗扰控制相比于PID控制在跟踪性能、抗扰能力和鲁棒性等方面的优势。

虚拟编组下基于跟驰模型的列车群运行控制方法研究

高速铁路移动闭塞方式下运输能力与运输需求之间依然存在缺口,虚拟编组是未来提高运输能力的新方式。本文基于虚拟编组概念,受道路交通跟驰模型启发,引入列车动力学和运动学理论,根据相邻两列车之间的速度和距离关系,提出一种新的追踪列车加速度调整策略,建立相应的列车群虚拟编组加速度控制模型,当实现列车群的虚拟编组时,列车群中所有列车的速度相等,任意相邻列车之间的间距等于期望间距,同时,能够确保列车安全与乘客舒适度。本文以CRH380A动车组为背景验证模型,算例仿真结果表明,本文提出的加速度调整策略能有效实现列车群的虚拟编组;与移动闭塞方式相比,采取虚拟编组方式达到列车协同的时间减少9.7%,列车间距缩小10.1%,效率更高;将列车群视为一个整体时,实现虚拟编组的时间比将整个列车群分为多组时更短。

一种用于中国空间站增强现实维护应用的自动跟踪框架

跟踪注册是增强现实(Augmented reality,AR)中一项至关重要的技术。基于人工标识和基于图像的注册方法已广泛应用于增强装配系统中。然而,由于空间产品的弱纹理、结构对称、数据有限以及难以张贴标识等特点,空间站的跟踪注册仍面临挑战。本文提出了一种专门为中国空间站诱导维修应用设计的三维物体跟踪方法,旨在用AR技术取代传统的纸质手册,为宇航员提供更直观的操作指导。本文提出了一种无标记的中国空间站智能维护方法。采用点对特征方法来估计初始帧姿态,不需要手动调整来获得相应的姿态,这对宇航员来说至关重要,因为在微重力环境中精确运动是一项重大挑战,而且结合曲率信息可以提高采用点对特征方法估计初始帧姿态的效率。通过结合纹理和区域信息,消除了对宇航员位置的精确限制,进一步增强了空间对称产品的跟踪鲁棒性。该方法利用点云匹配来估计第一帧的初始姿态,并在失去跟踪后重新计算姿态。一旦获得了前一帧的姿态,则仅根据二维图像的区域和纹理信息来计算跟踪,以获得实时跟踪。实验结果表明:本文方法与基于标识的方法具有相同的姿态趋势;基于电子游标卡尺测量之间的误差在毫米级;使用专门为航天产品设计的专用工具成功更换过滤器,证明了在空间站上实施诱导维修程序的实用性和潜力。

智能天地一体化网络的卫星跟踪测控技术综述

随着卫星互联网和我国航天测控技术的不断进步,航天测控网络朝着智能化、一体化的方向发展,在自主测控、资源分配等方面进展良好。因此,建立智能天地一体化的航天测控网是我国航天未来发展的重要目标。针对智能航天测控网中的跟踪测轨、遥测和遥控三个方面,分别介绍了相关原理与技术。同时,结合CCSDS提出的空间数据链路标准协议详细介绍了TM、TC、AOS、Proximity-1以及USLP标准,分析了不同标准所使用的技术与实际应用。本文从数据链路层和物理层的角度介绍了智能航天测控系统的工作原理及技术要求,为我国智能天地一体化卫星测控通信网的研究提供参考并予以展望。

基于在线地图路径循迹的山地城市绿色开放空间步行可达性衰减

【目的】精准客观地评估山地城市绿色开放空间的步行可达性,揭示实际可达性与理论可达性之间的衰减状态,为山地绿色开放空间服务能力优化提升提供依据与参考。【方法】以重庆市渝中区为研究范围,依托ArcGIS平台和高德地图应用程序接口(application programming interface,API),引入路径循迹法,从实际步行路径出发量化可达性,并通过对比实际可达性与理论可达性来分析城市整体及绿色开放空间的可达性衰减状态。【结果】1)渝中区绿色开放空间步行可达范围整体衰减面积比为43.19%,且5 min、10 min、15 min阈值内可达范围的衰减面积比分别为32.12%、46.49%、46.30%;2)绿色开放空间衰减程度不均衡,衰减程度大于60%的绿色开放空间有16个,衰减程度最高为87.71%;3)山顶、各级台层和滨江楔形绿色开放空间的高衰减比例相对更高。【结论】进一步从选址、环境和本体3个方面总结衰减原因,并从步行可达性视角提出增量、串联、渗透的山地城市绿色开放空间优化建议,为客观评估山地城市绿色开放空间步行可达性提供思路,对山地城市绿色开放空间服务效能提升具有重要的现实意义。

考虑综合性能最优的非短视快速天基雷达多目标跟踪资源调度算法

合理有效的资源调度是天基雷达效能得以充分发挥的关键。针对天基雷达多目标跟踪资源调度问题,建立了综合考虑目标威胁度、跟踪精度与低截获概率(LPI)的代价函数;考虑目标的不确定、天基平台约束以及长远期期望代价,建立了多约束下的基于部分可观测的马尔可夫决策过程(POMDP)的资源调度模型;采用拉格朗日松弛法将多约束下的多目标跟踪资源调度问题转换分解为多个无约束的子问题;针对连续状态空间、连续动作空间及连续观测空间引起的维数灾难问题,采用基于蒙特卡罗树搜索(MCTS)的在线POMDP算法—POMCPOW算法进行求解,最终提出了一种综合多指标性能的非短视快速天基雷达多目标跟踪资源调度算法。仿真表明,与已有调度算法相比,所提算法资源分配更合理,系统性能更优。

基于行为轨迹的中庭式酒店COVID-19感染概率研究

中庭式酒店建筑因中庭空间人员密集、气流波动大,属呼吸道传染疾病高感染概率区域,建筑高大公共空间的传染概率有待研究.以某中庭式酒店为研究对象,基于该酒店人流状况、行为轨迹的实测,通过回归分析,得到该酒店人流密度的分布规律;运用Anylogic软件,结合Wells-Riley感染概率计算模型,对不同类型人员感染后的酒店人群感染概率进行模拟.通过模拟可知,住宿人群、就餐人群、商务会议三类人群中单一人群感染时,感染概率分别为29.3%,17.9%,36.4%;当三类人员及后勤人员共同耦合感染时,感染概率增加至42.6%.通过对污染物颗粒的时空分布规律的分析发现三层、标准层污染物颗粒较多;人员交叉与感染概率呈正相关;流线交叉较多的就餐空间、滞留时间较长休闲空间、竖向交通空间等应重点考虑设计措施以降低其感染概率;该研究为人员行为轨迹下的酒店空间的布局优化提供研究思路,为疫情背景下寒冷地区中庭式酒店平疫结合酒店空间布局设计研究提供理论依据.

滨水空间视觉特征的注意力和情绪效应——基于高校在校学生眼动追踪实验的证据

随着社会竞争压力倍增以及城市生活高速运转,高校在校学生心理健康问题日益凸显。大量研究证实蓝绿空间具有多重健康效益。作为一种日常疗愈景观,蓝绿空间是促进心理健康的重要“自然处方”和环境资产。本研究基于视觉景观感知理论,采用虚拟现实眼动追踪实验,收集51名高校在校学生的眼动行为和情绪数据,探究滨水空间视觉特征对高校在校学生注意力分配和情绪反应的作用。结果显示:公共活动型水岸引起的注视行为和愉悦情绪显著更多,不同观赏视角之间滨水空间感知的瞳孔反应和愉悦情绪存在差异。不同水平植被密度、植被结构层次和水面可视度对注意力和情绪的影响存在显著差异,且在不同空间类型和观赏视角下显示出异质性特征,即滨水空间属性之间具有交互作用。研究有助于丰富蓝绿空间人地感知理论的实验性循证探索和差异化研究,结论可为人本尺度下滨水空间精细化场所营造提供参考,以期为我国青年友好滨水空间建设提供实证支撑。

能量轨道下带碰摩的双转子系统振动特性分析

为提高航空发动机的推重比和燃油效率,调整转子与机壳间的间隙变小,易发生碰摩故障问题,本文针对带碰摩双转子系统的非线性振动特性开展了定性、定量分析。建立了具有非线性弹簧特性和带碰摩故障双转子系统的非线性数学模型,通过仿真与数值分析调查了该模型复杂的碰撞、振动特性。对碰摩故障发生后和即将脱离时该系统的能量交换进行了定量分析,基于振动能量轨道的迁移过程分析了非线性振动特征和诱发机理。使用转子实验验证了数值仿真、理论分析结果和振动能量轨道。本文揭示了带碰摩故障的非线性双转子系统运行时振动变化规律,更好地分析了双转子系统的振动特征。

基于隐空间匹配的无监督目标漂移校正及跟踪

目标跟踪是计算机视觉领域的一个基础研究问题。随着跟踪技术的发展,现存的跟踪器主要存在两个挑战,即依赖于大量的数据标注信息和跟踪漂移,它们严重限制了跟踪器性能的提升。为了应对以上挑战,提出了无监督目标跟踪和隐空间匹配的方法。首先,通过可校正光流方法在前景中生成图像对;其次,利用生成的图像对从头开始训练孪生跟踪器;最后,使用隐空间匹配的方法,解决了跟踪器在目标形变较大、遮挡、出视野和漂移等情况下跟丢的问题。实验结果表明,算法UHOT的性能在多个数据集上有显著提升,在困难场景下展现出了较强的鲁棒性。与最新的无监督算法SiamDF相比,UHOT在VOT数据集上取得了8%的增益,与最新的监督孪生跟踪器相当。

基于多智能体强化学习的目标跟踪辐射方法及设计

针对分布式空间功率合成中单平台微波发射装置有最大发射功率限制的问题,提出了一种基于Friend-Q多智能强化学习的微波发射装置路径规划方法,以实现对目标施加持续4 min及以上的10 mW/cm^(2)~15 mW/cm^(2)的辐射强度。在所提方法中通过变ε-贪婪策略平衡探索和利用的关系,同时提出一种具有选择性的输入功率方案,以减少系统耗能。通过对三种具有代表性的仿真场景进行训练,实验结果表明:(1)相比于分散远离场景和单一接近场景,路径结合场景的成功率分别提高了55.7%和120.9%,证实了微波辐射源的合理位置排布可以在很大程度上提高模型的成功率;(2)采用多智能体强化学习训练的模型相比于采用随机策略的模型,三种仿真场景中的成功率分别提高了48.8%、72%、41.8%,进一步验证了该算法的有效性。

一种高分辨雷达空间目标跟踪方法研究

高分辨雷达在跟踪远程空间目标时,其量测坐标转换会引起一类特殊的强非线性问题。对其产生机理进行了分析。经典的非线性滤波技术的跟踪精度会急剧下降。因此,提出一种基于中间过渡状态的Kalman滤波器,在直角坐标系下进行目标状态预测,避免了球坐标系下目标运动的复杂建模;预测后,通过选取量测空间内目标位置和速度量及其协方差作为中间过渡状态,在测量坐标系下进行目标状态线性更新;更新后,再将中间状态映射到直角坐标系下,从而得到目标状态的一致性估计。仿真实验结果表明,基于中间过渡状态的Kalman滤波器可有效提高高分辨雷达对空间目标的跟踪精度。

地外样品的核分析技术研究进展

地外样品是目前能获取到的来自其他天体的最直接地质证据。研究地外样品的目的在于揭示太阳系及其所含天体的宏观与微观演化过程,并为行星与星际环境和星际移民与外星生命的可能性提供新的见解。地外样品成分的原位或地面实验室精细分析研究对于人类认识天体演化以及我国后续月球探测与资源就地开发利用具有重要的意义。鉴于地外样品的特殊和珍贵,通常优先选用非破坏分析方法对其开展研究。而核分析技术是在实验核物理和核化学基础上发展起来的一门新型学科,是利用粒子与物质的相互作用、辐射效应、核谱学和核效应等基本原理和实验的方法,比如中子活化分析、离子束分析以及X射线荧光光谱分析等,利用其非破坏性、灵敏度高、准确度好和多元素同时分析等优点,非常适合开展地外珍贵样品的分析研究。未来十年是我国深空探测的关键时期,其主要目标是加深对宇宙的认知、拓展人类的活动空间、探寻地外生命信息,并进一步揭示宇宙奥秘与生命起源、了解保护地球以及激发科学探索精神。核分析技术作为对样品无损分析的科学手段,其生命力在于与物理、化学、材料、医学、地质、环境等学科领域的高度融合。随着我国深空探测的发展需求,核分析技术将会在我国月球、小行星、火星等深空探测以及采集的珍贵样品分析中发挥重要的作用。

一种新型3-RRPU并联机构的运动学及鲁棒控制研究

针对现有的三平移并联机构大多正解不唯一、较难实现精确稳定运动控制的问题,提出了一种新的3-RRPU型三平移并联机构,同时研究了机构的运动学、动力学及轨迹跟踪控制方法。首先,运用螺旋理论分析了该机构三平移的原理,进行了驱动输入的选取与论证,对机构平台奇异性、驱动奇异性和支链奇异性进行了分析;其次,运用运动学理论建立了运动学模型,推导了位置正、逆解析解;再次,运用拉格朗日动力学理论建立了机构操作空间的刚体动力学模型;最后,提出了一种基于非线性反馈解耦的自适应滑模轨迹跟踪控制方法,以证明其控制稳定性,并基于动力学模型对空间轨迹跟踪精度和控制力矩进行了仿真分析。研究结果表明:3-RRPU并联机构的位置正解在一般位形下具有唯一性,机构的平台奇异位形和驱动奇异位形少且无支链奇异。该轨迹控制方法可使机构在载荷20 kg、速度0.18 m/s、加速度0.12 m/s 2下,实现0.002 m以内的高精度复杂轨迹跟踪;基于Sigmoid函数的轨迹控制方法还能有效削弱控制力矩的抖振,为实现工业领域高速、高精度、高性能的三平移运动提供了新方法。

基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统设计

铁路轨道作为移频信号的传输载体,其对于信号对象传输轨迹疏密度的辨别能力,决定了轨道体系对移频信号的测量准确性;为实现对信号对象传输频率的准确辨别,设计基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统;将电源模块输出的电量信号,按需分配至STM32F103微处理器、移频信号辨别模块与DSP测量单元之中,完善各级应用部件之间的连接关系,实现铁路轨道移频信号测量系统的硬件方案设计;确定移频信号的Duffing振子描述条件,针对其定义形式,构造移频信号的相空间,完成对铁路轨道移频信号的提取;求解铁路轨道的Lyapunov指数,并构建移频信号的Duffing方程,确定混沌测量参数的取值范围,实现对铁路轨道移频信号的测量,联合各级应用部件,完成基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统设计;实验结果表明,上述系统测量所得信号传输轨迹疏密度与真实轨迹疏密度相似度较高,并且测量结果准确率最高值达到了84%左右,说明其能够实现对铁路轨道移频信号的准确测量。

空间机器人预设性能约束下的鲁棒跟踪控制

本文针对不确定空间机器人预设性能约束下的鲁棒跟踪控制问题,结合一种具有指定时间收敛性质的预设性能函数,利用双向无约束映射将空间机器人的跟踪问题转化为映射误差的有界性控制问题.进一步,基于降阶方法设计了参考加速度,通过神经网络补偿系统的不确定性,实现了对时变期望轨迹的鲁棒跟踪,保证了映射误差始终有界且跟踪误差满足指定时间收敛的预设性能指标,数值仿真结果验证了所提方法的有效性.

天基分布式雷达海面目标跟踪应用总体技术研究

天基雷达在广域目标监视方面具有独特优势,利用天基雷达实现广域海面目标跟踪具有重大现实意义和特殊难度。针对天基分布式雷达体制,在分析其用于海面多目标跟踪场景所存在的区域非均衡覆盖、低/超低回访周期、实时处理等特殊问题影响基础上,提出了星间接力跟踪处理方式和栅格化跟踪处理框架,并给出了相应的多目标跟踪性能评估指标体系。仿真评估结果表明了所提栅格化跟踪处理框架相对常规全域处理框架的优越性以及评估指标的合理性。

船舶导航雷达临近空间低动态目标跟踪方法

为了保障海域船舶航行安全,提出船舶导航雷达临近空间低动态目标跟踪方法。利用船舶导航雷达探测临近空间低动态目标,获取量测点迹数据,分析低动态飞行器运动对其量测值的影响,根据最小二乘滤波原理,设计基于衰减记忆的最小二乘滤波器,将量测点迹数据转换到雷达直角坐标系上,根据衰减记忆选择量测点迹数据,将其作为基于衰减记忆的最小二乘滤波器的输入数据,确定低动态目标跟踪轨迹坐标,再将其转换到雷达极坐标系上,实现临近空间低动态目标跟踪。实验结果表明,该方法可实现匀速、匀加速运动下临近空间低动态目标跟踪,跟踪轨迹与实际航迹基本重合,其在X、Y、Z方向上的距离均方根误差远低于量测数据均方根误差。

事件相机在空间交通管理领域的应用

随着空间目标数量逐渐增多,空间环境越发复杂、多变且充满不确定性,对空间交通管理系统的全面性、及时性和深入性提出了新要求。事件相机具备高时间分辨率、高动态范围、低数据冗余、低延迟等优点,能够提高空间信息获取与处理的质量和速度,为应对上述要求提供新的解决思路。概述了当前空间环境的严峻形势,归纳了空间交通管理的功能、目标及待解决的问题;介绍了事件相机的成像原理与算法研究现状,对事件相机在空间交通管理领域的应用优势、应用设想及挑战进行分析,并展望了未来工作的内容。