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天基光学监测空间碎片初始轨道确定

光学学报 2024年

作者：郭玲玲汪少林代海山吴泽鹏刘波周军桑峰上海卫星工程研究所

天基光学监测可以有效弥补地基设备在监测空间碎片时的观测频次，为了提升天基光学监测下初始轨道确定的收敛性与计算效率，本文构建了一种扩展目标函数模型，提出了一种在距离——距离差解空间内利用Adam优化算法进行最优求解的初始轨... 详细信息

天基光学监测可以有效弥补地基设备在监测空间碎片时的观测频次，为了提升天基光学监测下初始轨道确定的收敛性与计算效率，本文构建了一种扩展目标函数模型，提出了一种在距离——距离差解空间内利用Adam优化算法进行最优求解的初始轨道确定算法。分别对不同轨道类型的目标适应性、初值适应性、算法时效、收敛性与精度进行了测试。结果表明，所提方法对Geo、Meo、Leo空间碎片均能适用，在恶劣初值设置下也能够收敛至合理位置，但迭代次数增加。所提方法初值设置下算法时效较高，所有测试弧段均收敛，对2.5～3.5min分钟的Geo空间碎片初始轨道确定结果中间观测时刻位置均方根误差在十公里量级，轨道半长轴均方根误差在百公里量级。

关键词：光学监测初始轨道确定天基空间碎片

激光冲击强化作为激光选区熔化的后处理技术研究及发展展望

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激光与光电子学进展 2024年

作者：戴鑫杰王建磊叶云霞黄传奇郭嘉盛杨未强曲耀斌国防科技大学南湖之光实验室中国科学院上海光学精密机械研究院上海卫星工程研究所南京先进激光技术研究院智能光电探测中心国防科技大学前沿交叉学科学院江苏大学机械工程学院

激光增材制造（LAM），因其具有针对小批量、复杂结构、短周期、低成本等工艺优点，近些年被广泛地应用于航空、化工、医疗和生物领域。激光选区熔化（SLM）是其中极为重要的技术，该技术有着高精度控制、高致密度、可用材料广等优势而... 详细信息

激光增材制造（LAM），因其具有针对小批量、复杂结构、短周期、低成本等工艺优点，近些年被广泛地应用于航空、化工、医疗和生物领域。激光选区熔化（SLM）是其中极为重要的技术，该技术有着高精度控制、高致密度、可用材料广等优势而被广泛使用，但在增材成型过程中，由于温度梯度变化及金属组织相变等因素，易产生较大的残余拉应力（Residual tensile stress,RTS）、大量的微小孔洞、裂纹等缺陷。为有效地解决此类问题，激光冲击强化（LSP）这一先进的材料改性技术，被广泛地应用于增材制造的后处理中。本文就近年来，激光冲击强化在SLM上的研究与应用进行论述，并指出低能量激光冲击强化（LE-LSP）在SLM上的可行性及发展前景。

关键词：增材制造激光选区熔化激光冲击强化机械性能微观组织形貌低能量

面向未来月面科考的熔岩管实景三维建模技术研究

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深空探测学报（中英文） 2024年第4期11卷 355-364页

作者：阳乔康志忠胡腾叶晨鸣刘东鸣中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083 中国地质大学(北京)月球与行星遥感探测研究中心北京100083 教育部深空探测联合研究中心月球与行星探测国际合作研究分中心北京100083

提出一种融合机载LiDAR,贴近摄影测量,以及GeoSLAM手持激光扫描仪点云数据来源的面向未来月面科考的熔岩管实景三维建模方法。首先进行实体划分,随后依据语义信息进行实体特征提取,并提出一种新的mesh模型构建方法,通过多层次模型构建... 详细信息

提出一种融合机载LiDAR,贴近摄影测量,以及GeoSLAM手持激光扫描仪点云数据来源的面向未来月面科考的熔岩管实景三维建模方法。首先进行实体划分,随后依据语义信息进行实体特征提取,并提出一种新的mesh模型构建方法,通过多层次模型构建方法以及骨架加细节建模方法来对熔岩管内表面的模型进行mesh模型构建,最后在模型内部不同层间分别构建实体,以模拟不同层的原始状态,并以此对层厚、剥落物体积两方面进行测量。通过对位于黑龙江省镜泊湖的熔岩管三维建模表明:基于多源数据融合的熔岩管实景三维建模方法具有高精度、高真实度等特点,为后续月球熔岩管天窗检测、地月模拟对比以及内部探测提供重要参考。

关键词：三维重建机载LiDAR 贴近摄影测量熔岩管 GeoSLAM扫描仪

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远距离高精度激光调频连续波测量技术研究进展

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激光与光电子学进展 2024年

作者：阳宇龙明亮丁洁卢智勇张海峰贺红雨吴宸光张忠萍白振旭河北工业大学先进激光技术研究中心中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室中国科学院上海光学精密机械研究所上海大学理学院中国科学院上海天文台

调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）激光测量具有精度高，范围大，灵敏度好，抗干扰能力强等优点，可实现高动态目标的非接触测量，在大尺度精密测量，加工和制造领域有重要价值，成为激光精密测量和绝对测量领域... 详细信息

调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）激光测量具有精度高，范围大，灵敏度好，抗干扰能力强等优点，可实现高动态目标的非接触测量，在大尺度精密测量，加工和制造领域有重要价值，成为激光精密测量和绝对测量领域的热点。本文介绍了激光FMCW测量原理，分析了现阶段远距离测量的应用需求，梳理了国内外在激光FMCW测量技术的关键要点，并基于高灵敏度相干探测等技术搭建了激光FMCW测量系统，实现了对10 km处漫反射目标米级测距，对我国未来远距离高精度激光FMCW测量具有重要参考意义。

关键词：激光测距调频连续波相干探测远距离高精度测量

大型复材薄壁构件工业机器人高精度原位铣边加工新方法

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机械工程学报 2024年

作者：田威李鹏程缪云飞廖文和董松孟丹南京航空航天大学机电学院南京理工大学机械工程学院

针对大型复合材料薄壁件刚性弱、切削精度难以保障，以及仿形工装设计制造周期长、加工成本高等问题，提出了一种基于可重构柔性工装的大型复材薄壁构件机器人高精度原位铣边加工新方法。设计了一套面向大型复材构件的机器人铣边加工系... 详细信息

针对大型复合材料薄壁件刚性弱、切削精度难以保障，以及仿形工装设计制造周期长、加工成本高等问题，提出了一种基于可重构柔性工装的大型复材薄壁构件机器人高精度原位铣边加工新方法。设计了一套面向大型复材构件的机器人铣边加工系统，首先，针对大型复材构件空间曲线的轨迹跟踪问题，结合双目视觉测量系统，研究了基于视觉引导的机器人轨迹精度补偿算法，并进行高精度伺服控制律设计，实现机器人高精度轨迹跟踪控制；在此基础上，开展了大型薄壁构件和柔性工装的一体化动力学建模方法研究，提出了基于智能优化算法的柔性工装最佳支撑布局策略，提高大型复杂薄壁构件的支撑刚性；进一步地，设计了超声加工刀具，探究了超声振动铣削加工工艺。最后，通过实验验证，有效地降低了工业机器人的加工振动和轨迹误差，实现了机器人对大型复合材料薄壁件的高精加工。

关键词：工业机器人大型复材铣边加工视觉引导动力学建模超声振动切削

复杂光照环境下空间目标相对位姿测量方法研究

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计测技术 2024年第2期44卷 56-69页

作者：丁奕冰王海明苏振华尹亮罗鹰航天东方红卫星有限公司北京100094

为解决空间复杂光照环境下可见光相机获取的图像照度不一、信息失真、特征不完整导致的目标航天器相对位姿求解困难的问题,提出了一种基于图像增强和弧段特征的双目视觉相对位姿测量方法。首先通过基于带色彩保留的多尺度Retinex(Multi-... 详细信息

为解决空间复杂光照环境下可见光相机获取的图像照度不一、信息失真、特征不完整导致的目标航天器相对位姿求解困难的问题,提出了一种基于图像增强和弧段特征的双目视觉相对位姿测量方法。首先通过基于带色彩保留的多尺度Retinex(Multi-scale Retinex with Chromaticity Preservation,MSRCP)自适应图像预处理方法提升空间暗弱光、局部强曝光环境下的图像质量;然后利用基于边缘弧支撑线段的椭圆检测算法提取目标航天器表面星箭对接环的弧段特征,并拟合得到椭圆轮廓;最后利用双目相机搭建了空间相对位姿测量物理仿真实验平台,建立双目空间椭圆锥测量模型解算目标的六自由度相对位姿,实现了近距离正常光照和暗弱光照场景下目标航天器相对位姿求解。实验结果显示:在正常光照场景下,相对位置平均误差不超过±20 mm,相对姿态平均误差不超过±0.3°;在暗弱光照场景下,相对位置平均误差不超过±30 mm,相对姿态平均误差不超过±1°。研究成果为近距离空间交会对接等在轨服务任务中的目标识别与测量提供了参考,具有技术借鉴价值。

关键词：相对位姿 MSRCP 椭圆检测双目视觉在轨服务

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一种新的高速运动目标雷达相干积累方法

科技创新与应用 2024年第28期14卷 47-50页

作者：王睿铮李世强中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

该文针对高速运动目标雷达相干积累中的跨距离单元走动问题,提出一种基于时频反转互相关及尺度逆傅里叶变换的联合算法。首先通过时频反转互相关分离出目标距离信息,之后使用测得的距离信息构造补偿函数,并使用尺度逆傅里叶变换消除跨... 详细信息

该文针对高速运动目标雷达相干积累中的跨距离单元走动问题,提出一种基于时频反转互相关及尺度逆傅里叶变换的联合算法。首先通过时频反转互相关分离出目标距离信息,之后使用测得的距离信息构造补偿函数,并使用尺度逆傅里叶变换消除跨距离单元走动,得出目标径向速度。经过仿真实验可以证明,该文算法能够在不进行任何参数搜索的条件下实现对具备跨距离单元走动和速度模糊的高速运动目标进行回波能量积累,获得目标的径向距离和速度信息,且具备较低的运算复杂度。

关键词：高速目标雷达距离徙动校正长时间相干积累径向距离

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基于广义相对论的地月空间激光时频传递计算模型及误差分析

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中国激光 2024年

作者：耿仁方吴志波黄勇孟文东汤凯张海峰刘通王文彬张忠萍中国科学院上海天文台中国科学院大学天文与空间科学学院中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室中国科学院空间应用工程与技术中心

本文提出了一种基于GCRS/TT坐标和时间系统的地月空间激光时频传递数据处理方法，分别建立了单向和双向高精度计算模型。在此基础上，定量分析了计算模型中各误差项的量级及分布规律，并利用蒙特卡洛方法对链路误差改正项进行敏感性分... 详细信息

本文提出了一种基于GCRS/TT坐标和时间系统的地月空间激光时频传递数据处理方法，分别建立了单向和双向高精度计算模型。在此基础上，定量分析了计算模型中各误差项的量级及分布规律，并利用蒙特卡洛方法对链路误差改正项进行敏感性分析。研究结果表明，由于单向模式的测量钟差耦合了轨道误差，双向模式性能优于单向模式，而站间单向共视模式受轨道切向误差影响较大。当定轨三维位置精度优于150m时，双向星地模式可以实现优于1.5ps的链路改正不确定度和优于2e-17/10000s的链路稳定度，站间单向共视模式对应的指标为1.7ns和1e-14/1000s。建立的计算模型可以对地月空间单向和双向星地激光时频传递测量数据进行高精度处理，为深空探测任务中的原子钟性能评估和时间同步提供了理论支撑。

关键词：卫星激光测距激光时频传递地月空间绕月远距离逆行轨道

基于深度学习的空间碎片激光测距信号实时识别方法

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激光与光电子学进展 2024年

作者：吴宸光吴志波何英张海峰秦思龙明亮张忠萍上海大学理学院物理系中国科学院上海天文台中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室

针对空间碎片激光测距中信号难以准确实时识别的问题，本文提出了一种基于深度学习的空间碎片激光测距信号实时识别方法。利用深度学习中循环神经网络的长短期记忆网络(LSTM)，实现了对于传统信号识别方法难以识别的空间碎片激光测距信... 详细信息

针对空间碎片激光测距中信号难以准确实时识别的问题，本文提出了一种基于深度学习的空间碎片激光测距信号实时识别方法。利用深度学习中循环神经网络的长短期记忆网络(LSTM)，实现了对于传统信号识别方法难以识别的空间碎片激光测距信号的实时识别。LSTM擅长捕捉和保存时序数据中的长期依赖关系，能够处理缺失、噪声多或不规则的序列数据，同时有不俗的泛化能力。该方法通过实际观测数据验证，提高了空间碎片的识别率，相较回波信号相关法，不仅平均计算时间缩短了8%，而且信号识别的F1分数(回波信号识别精确度和召回率的综合指标)由0.2144提高至0.6068，提升了近两倍。本方法将对空间碎片的探测识别发挥重要作用，并为深度学习技术在空间目标激光测距中的应用提供了关键参考。

关键词：空间碎片激光测距深度学习信号实时识别