层状碳纤维复合材料结构热应变光纤传感特性研究

针对高分辨率遥感卫星关键载荷复合材料支撑结构热变形光纤在轨监测需求,研究层状复合材料结构热应变光纤光栅传感特性。首先,采用有限元方法分析得出层状复合材料结构在局部热载荷作用下热应变场分布特征;然后,制作层状复合材料结构试件,建立光纤光栅热应变监测实验系统;最后,以同样尺寸的铝合金结构为对比试件,实验分析T700级碳纤维增强复合材料层压板的热应变传感特性。实验数据表明,在30~100℃范围内,碳纤维复合材料结构热应变随温度升高而近似线性增大,但其热应变量明显小于同一温度下铝合金结构热应变;碳纤维复合材料的热应变场呈各向异性分布特征,100℃时其轴向和径向应变的光纤光栅测量值分别为155.8με、181.3με,与仿真计算结果的平均相对误差为1.58%、1.52%。利用光纤光栅传感器能够有效测量碳纤维复合材料结构的热应变,研究结果可为高分辨率遥感卫星层状复合材料结构光纤在轨监测提供参考。

国外光学遥感成像系统仿真软件发展综述与思考

光学遥感系统仿真是一个复杂的系统工程,涉及多个交叉学科领域。遥感成像仿真需要严格按照成像的物理过程进行模拟,对各关键环节建立精确的模型,设计标准化的技术流程,最终完成基于地学、光学、大气科学、电子学、传感器设计等多学科和多技术领域交叉融合的系统集成。文章通过广泛调研国外光学遥感仿真软件的应用和发展现状,比较3种典型仿真软件的设计框架和技术路线,分析其发展趋势,为自主研发的光学遥感仿真模拟软件提供借鉴。

天山托木尔峰科其喀尔巴西冰川表面运动速度特征分析

天山托木尔峰科其喀尔巴西冰川是典型的树枝状山谷冰川,利用3组(6期)ASTER遥感影像通过COSI-corr软件反演了该冰川表面运动速度.与花杆测量数据进行对比,反演冰川表面运动速度平均绝对误差为3.1m.a-1,相对误差为11.9%,二者在空间上的分布基本一致,表明其反演精度符合要求.在此基础上,分析冰川表面运动速度空间分布及年际变化特征,结果表明:从空间分布看,冰川上部至末端的表面运动速度在横剖面上均具有从中部向边缘逐渐减少的特征;冰川运动速度具有在积累区随海拔降低逐渐增大,而在消融区则随海拔降低逐渐减小,符合冰川运动的一般规律.2001-2006年间科其喀尔巴西冰川海拔3 600m以上区域表面运动速度增大,而以下区域则呈减小趋势.

天基光学遥感成像仿真中大气影响分析与模拟

模拟大气对成像的影响是天基光学遥感成像仿真中一项非常重要的工作。首先针对工作于可见光到热红外波段(0.4~14μm)的天基光学遥感成像系统,引入了考虑场景内部目标与背景之间相互影响的遥感器入瞳处的辐射方程,并基于线性模型模拟了邻近效应。设计了计算大气透过率、上涌辐射和下涌辐射的大气查找表,分析了水汽含量、气象视距、目标高度、太阳-遥感器-目标之间的位置关系对大气辐射计算的影响,为查找表输入参数的选择提供依据。最后,通过长曝光和短曝光图像的调制传递函数,分析了光学湍流对天基光学遥感成像的影响。

光学遥感大气订正方法与软件应用分析

本文首先介绍了常见的若干大气订正方法,对于海色遥感,高光谱遥感,机载图像、多角度图像,考虑其特殊性,并介绍了其大气订正的新进展;接着分析了几个当前发行的大气订正软件或者模块;最后,我们提出了大气订正中存在的问题和发展方向。

基于光学遥感成像模拟软件的伪装效果检测

通过分析以往伪装效果检测方法的不足,提出基于光学遥感成像模拟的伪装效果检测方法。采用ISODATA法对高分辨率卫星图像进行非监督分类,得到土地分类专题图,并在其上部署真目标及伪装目标,通过地物光谱数据库进行反射率转换,从而获得地面反射率图像;利用大气辐射传输软件MODTRAN对其进行大气修正,结合卫星遥感器辐射定标系数及传感器调制传递函数(MTF),最终得到卫星遥感器输出图像,对仿真过程中的输出图像进行分析,得到各种情况下的发现概率。通过系统仿真结果表明,基于光学遥感成像仿真的方法可以为伪装效果检测提供一种有效的手段。

利用静止气象卫星数据确定大气气溶胶光学厚度

我们开发了一个利用静止气象卫星（ＧＭＳ）可见光通道观测资料实时反演气溶胶光学厚度的应用软件．该软件包括利用可见光通道辐射亮度反演气溶胶光学厚度的辐射传输计算模块和在Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上实时显示气溶胶光学厚度的用户界面模块．将该软件应用于分析渤海湾地区气溶胶光学厚度的时空变化，取得了初步的结果．

农田辐射传输光学遥感成像模拟研究综述

首先对光电物理仿真、图像合成法、计算机图形学法及遥感物理模型法等光学遥感成像模拟方法的技术方法和研究进展进行了分析,其中由于遥感物理模型法较为详细地刻画了真实辐射传输过程,成为国内遥感成像模拟的主要发展趋势。然后对作物关键参数时空变化分析、农田辐射传输建模及遥感成像模拟系统等方面进行了分析讨论,表明结合作物全生育期结构、光谱变化特征,进而建立叶片–土壤–冠层–大气–遥感器成像模拟耦合模型是主要途径,能够实现农田多维遥感数据模拟,为农业定量遥感研究与应用提供模拟数据支持。

空间相机光学窗口热光学性能的仿真分析

空间相机光学窗口与周围环境进行热交换,导致窗口的温度发生不均匀变化,包括整体温度水平的变化以及产生径向温差、周向温差和轴向温差。这些温度梯度将影响相机的光学系统质量。针对某相机光学窗口温度分布不均匀的特点,提出利用非顺序光路建立复杂光瞳的方法对光学窗口进行分区,在各子区域上建立温度的径向分布特征,然后将各子区域的变化再统一到整个元件中,进而评判对整个系统的影响。结果表明,新方法合理可行,温度周向不均匀分布会降低光学系统质量,并且不能完全通过离焦来补偿。

山地光学遥感成像仿真的实现

为了进一步提高对山区地表特征的研究精度,为光学遥感摄影等相关工作提供有力参考,基于山地辐射传输方程建立了一个山地光学遥感成像仿真模型。利用辐射传输软件MODTRAN4.0进行辐射计算及大气校正,结合得到的数字方程模型(DEM)数据进行地形参数的计算,以美国资源卫星的多光谱扫描影像(TM)为基础反演得到地表反射率。通过对太阳—大气—地表—大气—传感器的辐射传输进行模拟,最终得到了不同太阳天顶角和方位角时的模拟卫星影像。通过对原始TM影像与仿真影像的对比分析表明:该模型对于光学遥感数据的实际应用研究具有一定的参考价值。

空间光学遥感器的多光谱TDI CCD信号检测与生成

为了实现对TDICCD空间光学遥感系统的合理设计及应用,提出了高速并行实时检测CCD控制信号的方法和视频图像连续输出的仿真设计方案。利用CCD行读出及转移的200μs周期,对48路控制CCD驱动信号和31路直流偏置信号进行并行实时逻辑分析及检测。同时,把预制的CCD模拟图像,从磁盘阵列经PCI-X及LVDS总线高速传输到由现场可编程门阵列(FPGA)、D/A、放大和滤波电路组成的视频图像生成系统,实现了连续、实时输出各种模拟测试图像。实验结果表明,提出的信号检测和生成方法可同时输出3路6MHz频率的彩色图像和8路12MHz频率的全色图像像素信号波形,像素信号基准电压为8V,振荡幅值为0～1.7V;有效采样时间和信号稳定度均满足成像电路的仿真测试要求。

面型误差和失调量对同轴三反系统像质的影响

应用于对地观测的高分辨同轴三反式系统对光学装调有着严格的要求,光学元件的失调量和由装配应力导致的面型误差都会严重影响系统成像质量。该方法通过镜面受力分析和光学系统仿真指导系统装调,以某商业遥感卫星搭载的同轴三反式镜头装调过程为例,分析失调量和面型误差的像差特性。通过分析光学元件失调量和面型误差与系统像散、彗差以及球差的关系,并利用系统波像差的均方根(RMS)作为系统像质的评价标准,得出各个光学元件失调量和面型误差对系统成像质量的影响权重。根据计算结果进行针对性调校,使系统各视场的平均RMS值收敛为0.06λ以下。经过多台同类镜头装调结果验证,证明该方法切实有效,可缩短装调周期,提升装调精度。

偏振场景目标探测的建模与仿真

针对用光学遥感技术探测复杂场景下的目标时,真实环境下的目标、背景反射以及大气气溶胶辐射之间具有相当大的互干扰性,本文研究了偏振场景目标的建模与仿真技术。介绍了偏振场景仿真的光学理论与偏振模型基础,对Priest-Germer模型进行了数值仿真与分析。基于Priest-Germer模型,开发了偏振视景目标探测仿真软件,给出仿真软件的设计思想和软件框架。介绍了偏振双向分布反射函数模型,给出其偏振形式的Stokes表达式并进行数值仿真分析。给出了两种目标模型分别赋予两种不同表面材质时在440nm和600nm波长辐照条件下的4组偏振仿真实验及偏振图像的灰度直方图,并进行比较和分析,结果表明:基于Priest-Germer模型的偏振仿真软件对目标、辐照波长、材质具有较高的敏感性,能够提供较好的分辨和识别能力。

基于模拟退火算法的植被参数遥感反演

提出了基于模拟退火(SA,S im u lated A nnealing)算法的植被参数(叶面积指数和叶绿素含量)反演方案。该方案以冠层反射率模型(SA IL,Scattering by A rb itrarily Inclined Leaves)作为正向模型,分别以Bo ltzm an模拟退火(BSA,Bo ltzm an S im u lated A nnealing)、快速模拟退火(FSA,Fast S im u lated A nnealing)、极快速模拟再退火(VFSA,V ery Fast S im u lated A nnealing)算法为优化方法,并采用模型输出的光谱反射率和观测的光谱反射率的残差平方和作为目标函数。模拟反演结果表明:①模拟退火算法能够跳出局部最优,得到全局最优解;②极快速模拟再退火算法在时间效率和反演精度上都优于Bo ltzm an模拟退火和快速模拟退火;③在给定的光谱数据没有误差的情况下,利用模拟退火算法反演SA IL模型,能够得到高精度的叶面积指数和叶绿素含量。

一种新型的高精度偏振调制技术

文章提出一种新型的偏振调制技术——光谱调制,它能够获取目标的全部线偏振信息,其优势是体积小、质量轻、无运动部件、解调算法简单、解调精度高,特别适用于星载大气探测类载荷。该调制方法中入射的偏振光经过光谱调制偏振测量模块后,被调制为振幅随着线偏振度变化而相位随着线偏振角变化的正弦曲线,经算法解调,能够直接得到目标的线偏振度及线偏振角信息,而传统的偏振调制方法需要得到斯托克斯(Stokes)矢量的I、Q、U、V四个参量后经进一步计算才可以得到。文章对光谱调制偏振测量技术进行了理论与仿真分析,分析结果表明了该技术在理论上的可行性。

光学遥感影像成像模拟研究综述

光学遥感影像成像模拟技术在航天器设计、卫星参数选择等方面有着积极的使用价值,可以极大地促进遥感事业的发展。本文从图像合成模拟模型、遥感物理模拟模型以及虚拟现实模拟模型对光学遥感影像成像模拟技术进行了介绍,对模拟过程中的主要影响因素、仍然存在的问题进行了分析,最后总结了光学遥感模拟技术的应用。

基于四棱锥传感器的波前检测仿真设计

波前检测是天文望远镜自适应光学中的重要环节。四棱锥作为一种新型的波前检测元件,与其他传统的波前传感器相比,具有较高的灵敏度。特别是对于光干涉或拼接镜面望远镜而言,四棱锥波前传感器能够被用来检测子望远镜或子镜面之间的相对光程差,从而为干涉(或共相)的实现提供有效的检测信号。在分析四棱锥波前检测原理的基础上,阐述了单孔径条件下波前倾斜检测及双孔径干涉条件下相对光程差检测的软件仿真设计和阶段性成果,并简述了下一阶段的研究计划。

集成仿真技术在空间光学遥感器设计中的应用

研究空间光学遥感器集成仿真中将光学、机械、热、控制等学科综合考虑的技术,从系统层面考虑各学科对光学性能指标的影响。综述了目前国外比较先进的光学遥感器集成仿真分析方法,主要包括以JWST为代表的STOP学科软件数据交互法和以NGST为代表的DOCS状态空间法,详细阐述了这些方法的集成方法和建模思路。集成仿真技术的实施开展可以减小产品概念设计和方案阶段论证周期,为总体指标的制定提供可靠依据。集成仿真是空间光学遥感器多学科优化的前提,深度集成和子系统协同仿真是未来的发展趋势。

空间光学遥感器控制系统的实时仿真测试

设计基于Windows系统的精确定时与多任务协调处理相结合的实时仿真测试系统。采用FPGA控制的PCI设备定时触发计算机外部中断的方法实现系统精确定时。按照由高到低的执行优先级,重新排列指令的发出、解析、存储等任务的执行顺序,避免出现定时中断无法响应的情况。实验结果证明,系统定时精度可达0.1 ms,测试任务均能按时执行、及时解析并正确储存,满足空间光学遥感器控制系统的实时仿真测试要求。

基于插入式重复控制的摆动扫描控制系统研究

文章分析了重复控制器的基本原理和稳定条件,针对摆动扫描控制系统,在不改变原来控制系统设计的基础上,采用一种插入式重复控制器,极大地提高了摆动扫描系统的位置跟踪精度,提高了摆动扫描的控制性能。