多视场星敏感器数学模型与精度分析

多视场星敏感器与传统单视场星敏感器相比不仅具有更高的可靠性和自主性,也具有更高的精度和动态性能,是未来星敏感器发展的重要趋势之一。为获得最佳性能,需要对多视场星敏感器的视场大小和布局进行优化。为此,首先建立了多视场星敏感器的数学模型,重点介绍了星点成像和姿态计算。然后推导了多视场星敏感器测量精度的数学表示,分析了影响精度的因素。通过仿真分析了多视场星敏感器视场大小和布局对各因素和精度的影响。仿真结果表明,视场大小对星敏感器精度的影响取决于星敏感器的运动情况,当角速度较小时,视场越小,精度越高;当角速度较大时,视场越大,精度越高。而各视轴相互正交的视场布局下,多视场星敏感器的测量精度最高。

应用STL模型的敏感器视场遮挡区域分析方法

针对卫星星表产品设备对敏感器视场的遮挡问题,提出了一种应用光固化立体造型术(Stereo Lithographic,STL)的网格化模型的敏感器视场遮挡区域分析方法。此方法首先是将遮挡部件的三维模型转化为STL网格化模型文件,并提取出遮挡部件的STL网格化数据。然后将遮挡部件的STL网格化坐标数据进行处理后,与敏感器视场范围均转换成平面夹角数据。之后,则将遮挡部件的平面夹角数据与敏感器视场范围的平面夹角数据进行对比,分析敏感器视场被部件遮挡的情况,并绘制敏感器视场遮挡图,计算出遮挡率。相比以往方法,此方法有效提高了工作效率,便于工程设计,可作为卫星工作中敏感器视场遮挡分析的有效手段。

行播作物地面方向性测量的视场不确定性分析

行播作物以其独特的几何结构介于离散与连续植被之间。地面测量此类地物的双向反射系数（Bidirectional Reflectance Factor，BRF）特征，不可回避视场变化所引起的不确定性问题。在Kimes垄行结构模型中加入等效视场的概念，对视场进行分解，从而建立了一个行结构多角度地面测量的视场不确定性分析模型，为定量分析视场变化所引起的BRF测量误差提供了可能。利用该模型较为全面地模拟分析了视场变化对视场内四组分比例及冠层BRF的影响。结果表明：①BRF误差基本独立于植被-土壤光谱对比度。②误差与观测天顶角之间的关系复杂，前向观测表现得尤为明显。③垂直观测视场满1个垄周期后，四组分比例及冠层BRF的误差可保持较小且稳定的状态；满2个垄周期，误差达到局部最小值（局部指垂直视场含2．5个垄周期以下，不排除视场更大，误差更小的可能性）。④垂直视场若仅含0．5个垄周期，BRF误差最大值一般可高达67．8％，最小值亦可达38．7％；满1个垄周期后，BRF误差极大值降至20％以下，极小值可控制在6％以内。其中视场为1个整周期，误差范围为6％～12％；2个整周期，误差范围为0．6％～3．9％。⑤垂直视场大小为1～2个垄周期之间的非整周期，四组分比例及冠层BRF误差总体上均稍高于1个整周期，故建议在实际测量过程中，测量高度若无法满足垂直视场为2个垄周期，可优先考虑1个整周期的情况。还通过非线性最优化函数将2个模型分别与黑河实验玉米地方向性观测实测数据进行拟合，得出的结果与模拟分析的结论一致，即在垂直视场内包含2个垄周期以上的生长初期，方向性测量无需考虑视场效应；若垂直视场内不足一个垄周期（生长中期），则有必要考虑视场的不确定性。

大坝监测资料分析模型的研究

本文对大坝安全监测资料分析中使用的统计模型、混合模型和确定性模型在模型建造、分析精度、分解可靠性、预报效果及反演坝体材料物理参数等方面进行了比较研究,对三种模型的实际应用进行了评价,指出了统计模型的广泛适用性,混合模型用于预报的优越性、确定性模型存在的局限性,以及三种模型均存在的因子相关性。

基于可控源电磁法的二次场视电阻率定义及应用

针对近区、过渡区一次场信号强,地下深部信息难以提取的问题,从电偶极子产生的电磁场出发,推导了电场水平分量的二次场表达式,并由此定义了一种新的视电阻率--二次场视电阻率。理论模型验证了二次场视电阻率的可靠性,理论模型分析显示,基于二次场的视电阻率与大地电磁的差异小于百分之六。因此二次场视电阻率可采用大地电磁法的处理方式。为验证该视电阻率的实际应用效果,对野外实测的一条广域电磁法剖面数据进行处理,按照本文提出的处理方式计算二次场视电阻率,并将其按照无源的二维反演方式进行反演解释,结果与广域电磁法常规反演结果以及地质资料对比表明,本文提出的二次场视电阻率可以很好应用于深部勘察中。

遥感卫星载荷海洋耀斑观测几何模型研究

为研究遥感卫星观测海洋耀斑时耀斑观测角度及耀斑长度的变化规律,为遥感载荷视场设计提供基础参考数据,文章在假设海洋表面完全反射的基础上,建立了卫星载荷海洋耀斑观测的完全几何模型,确定了卫星观测海洋耀斑的镜面反射极限位置,并建立方程组求取耀斑观测边缘视场指向角,以此获取耀斑观测角和耀斑长度。结合轨道仿真软件(Satellite Tools Kit,STK),以夏至日和冬至日的太阳同步轨道为算例,完成边缘视场耀斑观测指向角、耀斑观测角、耀斑长度的计算。结果表明,耀斑观测参数呈现明显的轨道周期特性,两个耀斑观测边缘指向角在冬至日和夏至日变化趋势相似,但变化范围不同;耀斑观测角呈类正弦变化,最大约为0.43°;耀斑长度夏至日时在0~29.2km范围内变化,冬至日时在0~29.7km范围内变化。通过STK软件生成的耀斑观测指向角与文章模型生成的耀斑观测边缘视场指向角进行对比验证,表明耀斑观测几何模型正确、合理,可为卫星遥感载荷的海洋耀斑观测或规避提供理论依据和边界条件。

TMT宽视场光谱仪准直镜系统的相似动力学分析与试验研究

大型光机仪器难以在短期内实现加工,为了验证仪器设计的正确性,利用相似模型试验替代原型研究。基于相似定理,推导了三十米望远镜(TMT)宽视场光谱仪准直镜系统原型和缩尺模型之间的相似关系;建立了准直镜系统原型的有限元模型及1∶3缩尺模型的有限元模型,对二者进行了模态分析和面形分析,并对缩尺模型实物进行了相似模型试验和分析。研究结果表明,在1∶3的缩尺比例下,准直镜系统缩尺模型与原型的振型相似性符合理论分析结果;在工作环境下,缩尺模型的表面波前误差的均方根值为0.065λ(λ为波长)。模型试验结果证明准直镜系统的缩尺模型满足光学系统的工作要求。利用缩尺模型能够预测原型动态响应及面形变化,为后续项目的正式研究提供技术积累。

导弹末端弹道光学测量方法研究

使用光学测量方法对导弹末端弹道进行测量面临的一个重要问题是,相机标定时所需要处理的视场太大,但根据导弹末端弹道测量对测量精度要求不高的特点,采用透视变换模型对相机进行标定,忽略镜头畸变的影响完成光学测量,算例计算结果和误差分析表明了方法的可行性。