基于卷积-轮廓恒星图像算法的自由空间光通信系统调制方法

针对现有信号调制技术存在计算复杂、操作不便等缺点,该文提出了一种基于卷积-轮廓恒星图像算法的信号调制方法。传统轮廓恒星图像算法未能考虑单个样本点与全局样本点联系的缺陷,所提算法对其进行了增强;为解决增强后的方法计算量过大,引入了卷积运算和正交振幅调制方法。相关实验结果表明,所提方法在信号符长度为14000 bit时和图片分辨率大小为600 px×600 px时所需的运行时间分别为19 s和24 s,综合性能优于对比算法。因此,所提方法能够满足对自由空间光通信系统的信号调制性能需求。

深空可见光图像中弱小运动目标实时检测

针对深空可见光图像背景特征与目标特性,提出了迭代质心的方法自适应地搜索恒星灰度质心作为特征点并构造基于恒星空间分布的特征模型,实现亚像素级精度的图像序列配准,通过8-邻域联通聚类分析的路径判别法,解决了弱小运动目标实时检测.

深空探测转移段光学成像测量自主导航及仿真验证技术

本文研究了深空探测转移段光学成像测量自主导航涉及的导航天体的选取与规划、导航天体图像的处理、观测方程与状态方程的建立、导航滤波算法的选取以及数学与半物理仿真验证等技术,提出了导航目标最优选取与成像序列规划、复杂导航星图提取与识别、无迹变换导航滤波以及光学成像测量自主导航仿真验证等方法.数学和半物理仿真试验验证结果表明,提出的方法有效提高了自主导航精度.

工程光学监测技术在火星探测中的应用

在深空探测活动中,利用工程光学监测技术可以对探测器的工程状态进行直观、有效地监测,辅助地面系统确认探测器状态。利用监测相机对地球、月球、火星、小行星等天体进行成像,可有效提升公众对任务的认知度和参与度。结合国际深空探测任务,文章对"火星快车"、"好奇号"等火星探测活动中的工程监测任务及相机进行了分析,并对以"嫦娥二号"卫星为代表的中国深空探测活动中的工程监测子系统进行了探讨。围绕中国首次火星探测任务,进行工程监测任务设计,利用固定安装式、可分离式两种监测相机实现各监测任务,并对监测效果进行分析。文章的工作可应用于中国首次火星探测任务。

深空光学敏感器“拖尾图像”的处理方法研究

主要研究深空探测巡航段的光学敏感器拖尾图像的处理方法,通过导航信息预测得到系列特征运动轨迹点,对预测点进行修正并进行特征模板的提取和归一化处理,然后进行交互相关,给出多个轨迹线上匹配的对应点位置,计算偏移量,对轨迹点进行修正,更新模板进行相关,再次迭代,直到结果收敛.最后对多个点的位置进行加权平均,得到准确的相对角矩信息,用于星图识别提供小行星指向信息,文中给出了图像处理的仿真结果.

深空自主导航光学敏感器及其验证

利用光学导航敏感器进行深空自主导航在国际上已成为一种发展趋势,这种方法具有自主性强、精度高、节约成本等优点,且距离地球越远越显优势.在国内首次开展了用于深空巡航段的自主光学导航敏感器设计研制和验证工作,所研制的光学导航敏感器原型样机设计技术指标为:焦距953.8mm,视场角0.8°×0.8°,探测极限灵敏度12Mv,测量精度0.5″(1σ),动态范围100∶1.试验室测试和外场观星试验的结果表明,测量精度达到0.5″(1σ),探测极限灵敏度达到12.5Mv,技术指标全部满足要求.

一种可实现两档切换降落相机的镜头设计

设计了一种用于深空探测的新型宽视场多光谱降落相机,通过两档切换,实现了1.5m^+∞以及30cm两档成像范围的目标探测.在1.5m^+∞档,能实现着陆器下降过程中对被测星体表面的全色成像;在30cm档,采用蓝绿、红色以及近红外三个独立的发光二极管光源阵列分别对着陆后近距离目标进行照明,通过对采集到的多光谱图像进行处理,可实现目标组成成分的鉴定.取降落相机设计谱段420~900nm,方形视场49.5°×49.5°,F数5.4,当目标距离为1.5m^+∞时,焦距f′1为12.9mm;目标距离30cm时,焦距f′2为12.5mm.系统中第一镜采用近似无光焦度的前置弯月透镜,利用镜片的开合完成不同成像范围的档位切换,使系统焦距在两档切换时变化不大,目标不易丢失.分析可知,镜头在35lp/mm处,系统调制传递函数均达到0.6以上,成像质量接近衍射极限;全视场畸变优于1.2%;第一镜倾斜、偏心公差设计合理.该设计解决了以往定焦降落相机在着陆后无法对近距离目标清晰成像的问题.

基于HOURGLASS网络语义关键点提取的光学图像空间目标姿态估计方法

空间目标姿态估计是有效实现各类航天任务的重要前提,基于空间光学观测图像的目标姿态估计关键一环在于快速准确地建立起观测图像与空间目标之间的“二维特征点-三维实体结构”映射关系。传统的方法往往将这一任务分解为特征提取和特征关联两个步骤序贯进行,然而在空间目标光学观测场景中,高动态的光照变化和目标的相对高速运动特点会显著降低图像特征提取的可靠性,影响后续特征关联匹配的正确率并最终降低对空间目标的姿态估计精度。针对这一问题,本文提出了一种基于语义关键点提取的光学图像空间目标姿态估计方法,利用Hourglass网络端到端地提取包含语义信息的关键点,直接实现了光学图像中二维特征点与目标三维实体结构的关联映射,并在此基础上利用EPnP算法求解待估计的目标姿态值。实验结果表明,本文所提的方法能较好地兼顾算法精度与效率,其在仿真数据集上的姿态估计最小误差为0.83°,且在数据降质的情况下平均误差依然优于传统方法。

一种空间目标在轨检测图像预处理算法

通过对美国天基可见相机(SBV)在轨检测算法(Moving target indicator,MTI)算法进行改进,使其更加快速有效地检测出淹没在噪声杂波中的目标条纹。MTI改进算法使用了一种新的二维图像检测预处理算法——依概率加窗检测算法。依概率加窗检测算依据同一大小检测窗口内,目标所在检测窗内出现的非零点比纯噪声检测窗内多的特性,通过检测窗门限滤波,在可能剔除部分目标点的同时,极大地抑制噪声。接着使用三点共线条纹检测算法,剔除可疑目标条纹,进一步降低虚警概率,提高检测概率。通过算法性能分析可知,MTI改进算法的虚警概率降低15倍,检测概率99%时所需信噪比从6降低为3,并且总体计算量降低6个数量级。MTI改进算法减少计算量的同时,降低虚警概率并提高检测概率,在工程应用中更有利于算法的实时实现。

水平大气能见度对深空激光通信速率的影响

为了能够通过水平大气能见度判断可实现的最大通信速率,基于Mie散射理论和脉冲多路径效应,建立了通信速率与水平大气能见度的数学模型;通过蒙特卡罗仿真,得到了800nm和1550nm波段的气溶胶散射粒子的散射参数,给出了2~25km水平大气能见度下两个波段产生的脉冲展宽曲线,分析了初始脉宽、脉冲位置调制元数、水平大气能见度对最大通信速率的影响。结果表明,1550nm波段具有更好的通信效果;随着水平能见度的提高,可实现的最大通信速率也在提高,且在良好的水平能见度下选择小的初始脉宽和较低元的脉冲位置调制,能最大程度地提高深空激光通信速率。

海量空间碎片天基光学观测图像快速仿真方法

为了提高海量空间碎片天基光学成像仿真的计算速度,提出了一种海量空间碎片天基光学观测图像快速仿真方法。首先,阐述了天基光学观测图像的成像原理,设计了成像仿真流程,给出了各流程的计算方法,分析出了多约束条件下关于空间碎片可见性的计算是限制成像仿真速度的主要原因。接着,以提升计算速度为出发点,建立了各约束条件对空间碎片可见性求解速度影响的评价指标。最后,根据建立的评价指标与实际观测任务的特点,提出了多约束条件下海量空间碎片的可见性快速求解策略。仿真实验结果表明,所提方法在保证仿真图像逼真度的同时,成像仿真速度明显优于传统成像仿真算法,对天基可见光观测平台的研制与效能评估具有重要意义。

基于高分可见光遥感指数的城市阴影高效提取研究

高效识别阴影信息是利用阴影和消除阴影的关键前提,有助于城市遥感应用研究的开展,现有关于城市阴影检测多关注在近红外和可见光的多波段合成方面,而对可见光提取阴影的能力检测有待深入。针对这一问题,基于红、绿、蓝(R、G、B)高分卫星影像,结合色彩空间变换和影像多波段运算,研究并提出一种由绿光波段、蓝光波段和亮度分量构建的城市阴影优化指数OUSI(Optimization Urban Shadow Index),从视觉效果及提取精度评估角度进行验证分析。结果表明:OUSI可较完整地提取城市阴影,总体精度达90.46%,高于当前常见的指数法和深度学习阴影检测算法;OUSI受不同土地覆被类型的影响较小,阴影检测结果稳定。与既往基于特征的方法不同,研究构建的阴影指数对原始影像数据仅依赖RGB三波段信息,OUSI指数简洁有效、运算耗时少,进而可以为实现大区域和高精度的城市阴影检测提供切实可行的方案。