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基于特征建模的空间非合作目标姿态智能测量方法

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空间控制技术与应用 2019年第4期45卷 19-24,63页

作者：王立顾营迎北京控制工程研究所

为实现空间非合作目标姿态的测量,基于特征建模的思想,提出了一种根据目标激光点云数据进行高效处理的智能测姿态方法.首先,针对空间目标姿态测量的需求,寻找并实现能够高效表征目标姿态的点云数据特征.接着,应用神经网络的方法对目标... 详细信息

为实现空间非合作目标姿态的测量,基于特征建模的思想,提出了一种根据目标激光点云数据进行高效处理的智能测姿态方法.首先,针对空间目标姿态测量的需求,寻找并实现能够高效表征目标姿态的点云数据特征.接着,应用神经网络的方法对目标点云姿态特征进行学习,通过建立合理的神经网络模型和训练数据,实现目标点云特征与姿态间非线性映射关系的建立.最后,利用目标点云仿真数据集,对方法的测量精度和测量实时性进行了评估.实验结果表明:利用特征建模的思想,提出并建立目标点云姿态协方差矩阵特征,实现了点云数据在表征目标姿态方面的信息高度压缩,为神经网络模型的轻量化设计和计算资源严重受限的在轨应用,提供了可行的智能化工程实现方案.

关键词：空间非合作目标测量特征建模人工智能点云特征姿态测量

基于振弦式传感器的钢构建筑监测预警系统的设计

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基于振弦式传感器的钢构建筑监测预警系统的设计

作者：顾营迎天津大学

学位级别：硕士

随着国家经济建设事业的发展,各种大型钢构建筑越来越多。保障这些大型钢构建筑安全运营,对钢构建筑安全状况进行预警和监测具有重要的社会和经济意义。本文在对岩土工程中广泛应用的振弦传感器进行研究的基础上,设计一套钢构建筑安全... 详细信息

随着国家经济建设事业的发展,各种大型钢构建筑越来越多。保障这些大型钢构建筑安全运营,对钢构建筑安全状况进行预警和监测具有重要的社会和经济意义。本文在对岩土工程中广泛应用的振弦传感器进行研究的基础上,设计一套钢构建筑安全监测预警系统。本钢构建筑安全监测预警系统采用分布式数据采集方式,由监测节点模块、中间子站和监控主站三个层次组成,具有对多种物理量进行自动数据采集、分析、显示、预警、存储和查询等功能。预警系统主站监测软件采用C#面向对象语言编写,应用了泛型、委托、组件化开发等多种软件开发技术,使软件具有操作方便简单,人机界面友好,可扩展性强,健壮稳定易于维护等特点。本文对振弦传感器的特性和工程应用进行研究,在此基础上创新的设计了监测节点模块硬件电路和控制程序,对振弦传感器的激振、拾振和测频系统也进行了新的设计。监测节点模块可以将多种传感器信号统一转换为频率信号,简化对传感器信号处理的过程,便于挂载多种形式的传感器,实现对监测节点的“立体式”监测。振弦传感器采用单线圈结构,并且应用光电管结合MCU进行振动信号反馈,不但简化了硬件电路,而且解除了激振和拾振中电磁干扰问题,提高了测量的精度和稳定性。激振中采用的扫频技术也使振弦的起振更加稳定可靠。该监测预警系统软件设计稳定可靠、功能齐全、界面友好具有很强的可靠性和可扩展性,节点模块和振弦式传感器设计中新技术的应用也使其测量结果具有很高的精度和抗干扰能力。该系统非常适合在野外环境对大型钢构建筑安全情况进行预警和监测,具有广泛的应用前景。

关键词：振弦传感器钢构建筑监测安全预警传感器节点

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空间非合作目标自旋速率测量方法与实验

应用光学 2019年第6期40卷 1091-1096页

作者：王立顾营迎郭绍刚李涛储怡北京控制工程研究所光电事业部北京100190 佳木斯大学理学院基础物理部黑龙江佳木斯154002

为了实现对失稳、快旋空间非合作目标运动状态的测量,提出一种基于单目相机序列图像的测量方法。根据目标与探测器的投影几何关系,推导和证明了测量方法的可行性。根据空间光照环境的特点,给出一种基于MSER特征的图像处理方法,用于稳定... 详细信息

为了实现对失稳、快旋空间非合作目标运动状态的测量,提出一种基于单目相机序列图像的测量方法。根据目标与探测器的投影几何关系,推导和证明了测量方法的可行性。根据空间光照环境的特点,给出一种基于MSER特征的图像处理方法,用于稳定提取目标在图像中的投影角。根据获得的多帧序列投影角值,通过设定合理的多项式拟合模型,计算非合作目标的自旋速率。最后通过在轨图像数据,进一步验证了方法的有效性和测量精度。实验结果表明:对于某60°/s的快旋非合作目标,用1 Hz帧频的单目相机观测150 s,该方法对目标的测量均值为60.07°,测量标准偏差为0.05°/s,实现了稳定可靠、高精度的空间非合作目标运动状态测量。

关键词：空间非合作目标单目成像测量自旋速率图像处理

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融合通用形变模型信息的面部三维重建

光学精密工程 2018年第1期26卷 184-192页

作者：高瞻宇顾营迎吕耀宇徐振邦吴清文中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间机器人中心创新研究室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

基于图像对的立体重建是用于获取人脸三维信息的通用方法,但根据图像数据和重建算法所得到的三维重建结果存在各种误差,本文对通用形变模型进行改进并与三维立体重建融合以得到更精确的重建结果。首先使用Max-Margin对象检测算法来获取... 详细信息

基于图像对的立体重建是用于获取人脸三维信息的通用方法,但根据图像数据和重建算法所得到的三维重建结果存在各种误差,本文对通用形变模型进行改进并与三维立体重建融合以得到更精确的重建结果。首先使用Max-Margin对象检测算法来获取面部边界框,其中回归树集合法能直接从像素强度的稀疏子集识别面部特征点。然后通过PCA颜色模型生成形状和颜色的三维面部统计模型,利用ISOMAP算法将三维网格转换为二维表面并提取纹理信息,得到面部模型。最后在源网格上进行两步非刚性表面配准的变形过程:先通过对源网格进行二次采样来选择少量网格点来表示源的全局变化,并选取径向基函数(RBF)进行非刚性全局变形;再对源顶点进行Procrustes分析获得非刚性变换,再通过加权方案来进行k-近邻变换,得到平滑的局部变形。将单图像重建的面部模型,立体重建的面部模型和本文的面部变形模型与高质量扫描云图进行对齐比较,得到面部变形模型的3个RMS值分别为2.795 2,2.102 8和2.153 4,相比于其他模型,面部变形模型更接近高质量扫描云图,即与原图像一致性更高,误差更小。面部变形模型的定性和定量分析表明,立体重建与人脸一般形状信息的组合在几何信息的表达上优于基于通用模型的单个图像重建以及未考虑通用模型的立体重建。

关键词：三维重建面部形变模型特征提取信息融合

采用简化Brown模型及改进BFGS法的相机自标定

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光学精密工程 2017年第9期25卷 2532-2540页

作者：高瞻宇顾营迎刘宇航徐振邦吴清文中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间机器人中心创新研究室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为了精确地反映相机的几何成像关系,本文基于简化的Brown模型和改进的BFGS(Broyden-Fletcher-GoldfarbShanno)算法提出了一种相机自标定方法。该方法首先将线性模型和畸变模型拟合为非线性模型,通过线性模型的基本矩阵约束非线性模型参... 详细信息

为了精确地反映相机的几何成像关系,本文基于简化的Brown模型和改进的BFGS(Broyden-Fletcher-GoldfarbShanno)算法提出了一种相机自标定方法。该方法首先将线性模型和畸变模型拟合为非线性模型,通过线性模型的基本矩阵约束非线性模型参数得到约束方程;然后,提出了适用于非线性内参数约束方程的基于新拟牛顿方程的改进BFGS算法并求解了方程内参数。利用提出的模型和算法,该标定方法能够在较少的迭代次数和有噪声条件下保证标定结果的精度和鲁棒性。有、无噪声情况下的收敛性分析和鲁棒性分析显示:在噪声不大于±3pixel的情况下,迭代10次即能保证重投影误差小于0.4pixel。通过标定相机内参数并计算重投影误差进行了真实图像实验,结果表明:标定精度误差小于0.06%,重投影误差为0.35pixel,验证了提出方法的有效性。该方法适用于计算机视觉领域中的图像处理,模式分类和场景分析等。

关键词：相机自标定 Brown模型 BFGS算法非线性模型拟牛顿法

基于振弦式传感器的钢构建筑监测预警系统的设计与应用

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传感技术学报 2008年第12期21卷 2101-2105页

作者：姜印平顾营迎尹俊杰魏军介天津大学电气工程与自动化学院天津300072

介绍振弦式传感器的基本工作原理、特点和工程中的应用情况,并以其为主要传感器构建监测节点模块,给出一种钢构建筑集散式监测预警系统设计方案和监测软件的设计方法。监测预警系统由中心站、区域子站和监测节点模块三个层次的网络构成... 详细信息

介绍振弦式传感器的基本工作原理、特点和工程中的应用情况,并以其为主要传感器构建监测节点模块,给出一种钢构建筑集散式监测预警系统设计方案和监测软件的设计方法。监测预警系统由中心站、区域子站和监测节点模块三个层次的网络构成,通讯采用RS485串行方式。监测软件在Windows环境下用C#语言开发,给出了软件各个功能模块设计的关键技术。该系统可以对大型钢构建筑的安全状况进行监测评估,在桥梁、涵洞、水利、水电、矿山等领域具有广阔的应用前景。

关键词：振弦式传感器监测预警系统钢构建筑安全监测节点

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空间相机成像参数配置功能检验

光学精密工程 2014年第5期22卷 1183-1189页

作者：顾营迎沈湘衡马军霍金明李静秋葛欣宏中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 长春大学光华学院吉林长春130000

介绍了空间相机成像参数配置的基本组成和作用,讨论了成像参数配置功能缺陷对相机成像质量的影响,应用数学方法分析了成像参数配置功能抽样检验的测试风险。基于自动测试系统,提出了一种空间相机成像参数配置功能全面检验的方法来解决... 详细信息

介绍了空间相机成像参数配置的基本组成和作用,讨论了成像参数配置功能缺陷对相机成像质量的影响,应用数学方法分析了成像参数配置功能抽样检验的测试风险。基于自动测试系统,提出了一种空间相机成像参数配置功能全面检验的方法来解决测试覆盖性和测试效率之间的矛盾。应用本文提出的测试系统和检验方法对空间相机成像参数配置功能进行了全面检验。结果表明:本方法实现了成像参数配置功能的100%覆盖检验;每条参数测试判读时间缩短为40ms;完成相机成像参数全面检验的测试时间大约为50min。该方法能够有效测试出成像参数配置功能故障,满足了空间相机高效测试、零质量缺陷的要求。

关键词：空间相机成像参数配置功能检验抽样测试

用于光学遥感器耐受卫星平台微振动环境地面测试的六自由度平台

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光学精密工程 2016年第9期24卷 2200-2207页

作者：顾营迎霍琦李昂李大为徐振邦李义吴清文中国科学院长春光学精密机械与物理研究所机器人系统创新研究室吉林长春130033

考虑空间卫星平台微振动环境对高分辨率空间光学遥感器成像质量的制约,提出了在地面测试光学遥感器耐受空间微振动环境裕度的六自由度激振平台的设计方案。建立了平台的运动学与动力学模型,推导出促动器音圈电机的传递函数并建立了Simul... 详细信息

考虑空间卫星平台微振动环境对高分辨率空间光学遥感器成像质量的制约,提出了在地面测试光学遥感器耐受空间微振动环境裕度的六自由度激振平台的设计方案。建立了平台的运动学与动力学模型,推导出促动器音圈电机的传递函数并建立了Simulink模型。基于设计的模型研制了六自由度平台。对振动平台样机进行了振动加速度控制精度的验证实验,实验以典型的卫星平台微振动频率点为测试输入。实验结果表明平台振动频率为7~40 Hz时,其加速度输出相对误差可控制在7%以内。该平台借鉴了Stewart平台的并联构型,其结构简单、刚度大,振源输出精确可控,满足地面试验应用要求。

关键词：空间光学遥感器空间微振动环境六自由度平台振动测试地面测试

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空间光学载荷六维隔振系统的设计

光学精密工程 2015年第5期23卷 1347-1357页

作者：杨剑锋徐振邦吴清文李义陈立恒顾营迎中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

设计了一种基于Stewart构型的隔振系统用于空间光学载荷的在轨隔振并研究了Stewart构型的特点。首先,使用牛顿-欧拉公式建立了隔振系统的理论模型,根据该模型计算得到了隔振系统刚度、阻尼矩阵及各阶固有频率与主模态的数学解析式。然后... 详细信息

设计了一种基于Stewart构型的隔振系统用于空间光学载荷的在轨隔振并研究了Stewart构型的特点。首先,使用牛顿-欧拉公式建立了隔振系统的理论模型,根据该模型计算得到了隔振系统刚度、阻尼矩阵及各阶固有频率与主模态的数学解析式。然后,以缩小隔振系统前六阶固有频率的分布范围为目标,利用寻优方法优化了隔振系统的几何结构参数,得到了用于六维被动隔振的最佳构型。最后,分别使用有限元单元法及解析方法对隔振系统进行了模态分析,得到隔振系统前六阶固有频率,其理论分析值与有限单元法计算结果的最大误差为1.51%。为了论证所设计的隔振系统的有效性,对隔振系统及光学载荷的耦合模型进行了复频响应分析,得到3个平动及3个转动方向的复频响应曲线,结果表明隔振系统能够将各个方向上高于10Hz的振动衰减90%以上,满足隔振要求。

关键词：空间光学载荷 Stewart平台隔振系统模态分析复频响应