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基于自适应UKF的卫星星座自主导航方法

北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2655-2666页

作者：王栋杨静熊凯北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京控制工程研究所空间智能控制技术重点实验室北京100094

针对卫星星座自主导航系统中存在的模型不确定性及难以准确获取的时变系统噪声统计特性影响导航精度的问题,提出了一种系统噪声在线自适应调整的UKF算法。基于所提出的自适应UKF算法设计了一种基于星间相对测量的卫星星座自主导航方法,... 详细信息

针对卫星星座自主导航系统中存在的模型不确定性及难以准确获取的时变系统噪声统计特性影响导航精度的问题,提出了一种系统噪声在线自适应调整的UKF算法。基于所提出的自适应UKF算法设计了一种基于星间相对测量的卫星星座自主导航方法,该方法结合奇异值分解和比例修正的采样策略,解决了应用UKF时易出现状态误差方差阵丧失正定性而导致的Cholesky分解无法进行的问题。通过在低轨区域星座和中轨全球星座上的仿真实验,验证了该算法在提高滤波精度以及改善状态估计置信度方面的有效性,所提算法的定轨精度优于EKF算法、自适应EKF算法以及基于对称采样策略的UKF算法。采用CRLB分析法对导航算法的估计性能进行了分析验证。

关键词：星座自主导航 EKF UKF 自适应滤波 CRLB

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光学遥感高精度时标设计实现与定位精度分析

光学学报 2024年第18期44卷 386-396页

作者：郑君张孝弘褚备张弈秋郑永超北京空间机电研究所先进光学遥感技术北京市重点实验室北京市航空智能遥感装备工程技术研究中心

为实现高精度时标要求，光学遥感相机基于卫星高精度秒脉冲信号，结合对应的卫星整秒时刻数据，采用高精度本地时钟和计数同源设计以及图像辅助数据嵌入方案，能够计算出每行遥感图像对应的成像时刻。从相机成像时刻标定的设计原理出发... 详细信息

为实现高精度时标要求，光学遥感相机基于卫星高精度秒脉冲信号，结合对应的卫星整秒时刻数据，采用高精度本地时钟和计数同源设计以及图像辅助数据嵌入方案，能够计算出每行遥感图像对应的成像时刻。从相机成像时刻标定的设计原理出发，分析得出相机成像时刻标定的设计误差为±3 2μs，并且提出了相机时标精度的验证方法。依据本系统设计，时标精度测试误差为±2μs。通过实例验证了光学遥感相机时标设计的高精度实现。根据时间延迟积分推扫成像原理及实例分析，在遥感卫星时间同步系统精度层面，证明了光学遥感相机时标设计能够保证在轨影像几何定位的精度。

关键词：光学遥感几何定位时标精度秒脉冲

5米光学02星多光谱影像农田防护林信息提取

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遥感学报 2024年第3期28卷 624-634页

作者：李毅夫孙斌高志海王琫瑜闫紫钰苏文森高婷岳巍中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 国家林业和草原局林业遥感与信息技术重点实验室北京100091 云南师范大学地理学部昆明650500

5米光学02星的成功发射与在轨运行为林草行业各主体业务提供了丰富的遥感数据,为林业管理和生态服务提供可靠的信息保障。为测试5米光学02星多光谱数据在农田防护林监测这一林业主体业务中的应用能力,研究以河北省张北县为研究区,基于5... 详细信息

5米光学02星的成功发射与在轨运行为林草行业各主体业务提供了丰富的遥感数据,为林业管理和生态服务提供可靠的信息保障。为测试5米光学02星多光谱数据在农田防护林监测这一林业主体业务中的应用能力,研究以河北省张北县为研究区,基于5米光学02星多光谱数据,构建了光谱、植被指数和纹理特征集,并设计4种分类信息提取方案:(1)光谱特征;(2)光谱特征+植被指数;(3)光谱特征+纹理特征;(4)光谱特征+植被指数+纹理特征。采用随机森林算法进行特征选择和分类信息提取、验证,最后评价了5米光学02星农田防护林信息提取的应用潜力和效果。研究结果表明:(1)基于5米光学02星多光谱数据能够准确提取研究区农田防护林信息,较好地反映了研究区农田防护林的实际分布情况。其中,方案1农田防护林分类信息提取结果总体精度、Kappa系数分别为0.8371、0.7760;方案2农田防护林分类信息提取结果总体精度、Kappa系数分别为0.8440、07855;方案3农田防护林信息提取总体精度、Kappa系数分别达到0.8839、0.8403;方案4分类结果精度最高,其总体精度、Kappa系数分别为0.8908、0.8499。(2)使用多类型特征变量相结合可有效提高农田防护林信息提取精度,就不同类型特征对农田防护林信息提取的贡献程度而言,光谱特征>纹理特征>植被指数。(3) 5米光学02星多光谱数据对农田防护林信息提取精度较高、结果可靠,能够较好地满足防护林监测业务的需求,在森林调查和监测主体业务中具有巨大的应用潜力。

关键词：遥感林草行业防护林监测特征提取应用测试 5米光学02星

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月表温度和地形对科研站选址的影响

中国空间科学技术（中英文） 2024年第2期44卷 125-135页

作者：张思勃刘阳王慎泉彭祺擘王超姚伟中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094 航天员科研训练中心北京100094

月球极区具有独特的地理特征和潜在的水冰资源,是未来月球科学探测和基地建设的优选区域。但月球极地具有太阳光照条件差异显著、月地直接通信范围有限、月表温度变化幅度大、地势陡峭等特点,对选址研究提出了巨大挑战。定量化地研究月... 详细信息

月球极区具有独特的地理特征和潜在的水冰资源,是未来月球科学探测和基地建设的优选区域。但月球极地具有太阳光照条件差异显著、月地直接通信范围有限、月表温度变化幅度大、地势陡峭等特点,对选址研究提出了巨大挑战。定量化地研究月球极地相对宜居区的温度和地形分布,对于深入探索月球极地具有重要意义。利用月球勘测轨道器(LRO)上搭载的激光高度计(LOLA)和辐射计(Diviner)的观测数据产品,建立了一种月球相对宜居区的评估方法;并以月球南极为目标选取了典型的相对宜居区,对相对宜居区内的表面温度的日变化和季节变化特征进行了研究,分析对比了各相对宜居区的地形坡度、表面粗糙度和地形高度分布等情况。其中区域A(Scott M附近)地处月球南极的相对高地(约3~7 km),坡度(中位数为8°)和表面粗糙度(小于2 m)适中;区域B(de Gerlache附近)最靠近南极中心,太阳可见度可高达0.8,坡度较陡(中位数为12.4°),表面粗糙度适中(小于2 m);区域C(Amundsen附近)的地势最低(约-1.8~-0.5 km),太阳可见度(小于0.6)和地球可见度(小于0.5)最小,地形坡度最缓(中位数为5.4°),但是有约26%的区域表面粗糙度大于3 m。夏季夜晚,区域B和区域A内局部温度可分别超过0℃和-20℃,具有相对较好的温度环境,可作为潜在的选址区域。

关键词：月球表面温度月球地形高度月球表面坡度月球表面粗糙度月球相对宜居区

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基于跨阻抗前置放大器的宽频带感应式磁传感器的设计与验证

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空间科学学报 2024年第1期44卷 169-177页

作者：周斌薛永亮陶然程炳钧王子栋张海波吴新哲中国科学院国家空间科学中心、空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院国家空间科学中心、太阳活动与空间天气重点实验室北京100190 中科飞特(山东)科技有限公司聊城250003 中国科学院大学北京100049 宜昌测试技术研究所宜昌100101

本文建立了一种基于跨阻抗前置放大器的磁传感器信号传递模型,并在该模型的基础上推导出磁传感器的灵敏度和噪声理论值.根据理论推导的结果,进一步研究了感应式磁传感器设计方法,以带宽0.01~10 kHz,噪声1 fT·Hz^(–1/2)(1~10 kHz)作为... 详细信息

本文建立了一种基于跨阻抗前置放大器的磁传感器信号传递模型,并在该模型的基础上推导出磁传感器的灵敏度和噪声理论值.根据理论推导的结果,进一步研究了感应式磁传感器设计方法,以带宽0.01~10 kHz,噪声1 fT·Hz^(–1/2)(1~10 kHz)作为设计目标设计了一个感应式磁传感器,并对这一传感器进行了性能验证试验.在处理频率响应测试数据时设计了一种基于信号调制的处理方法,有效提取特定频率得到幅值和相位,并降低了随机噪声的干扰,磁传感器–3 dB带宽达到了0.01~10 kHz.在评估传感器噪声时,采用双探头差分的方法消除了环境的干扰,设计了相位差分析的评估方法,确认在哪些频带双探头探测的信号是同源的,在这些频带采用差分法评估是有效的.评估的结果是,传感器在1~10 kHz实现了1 fT·Hz^(–1/2)噪声水平.

关键词：感应式磁传感器搜索线圈跨阻抗放大器传递函数噪声数据处理

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基于直接散射光谱的多环境要素激光遥感方法

光电工程 2024年第3期51卷 51-74页

作者：郭圆新梁琨徐杨睿赵延鹏王元庆王蓓华中科技大学电子信息与通信学院湖北武汉430074 多谱信息智能处理技术全国重点实验室湖北武汉430074 武汉工程大学电气信息学院湖北武汉430205

激光雷达以其具有主动发射、高测量精度、良好的实时性和高时空分辨率等特点,在环境要素遥感中发挥着重要作用。直接散射光谱激光雷达可以基于散射光谱与介质环境的耦合关系,通过直接测量能量维度和光谱维度多特征信息诸如能量、频移、... 详细信息

激光雷达以其具有主动发射、高测量精度、良好的实时性和高时空分辨率等特点,在环境要素遥感中发挥着重要作用。直接散射光谱激光雷达可以基于散射光谱与介质环境的耦合关系,通过直接测量能量维度和光谱维度多特征信息诸如能量、频移、线宽等进行多环境要素的反演。文章对近年来直接散射光谱激光雷达在光谱特性研究技术和光谱探测技术两个方面取得的进展进行了归纳分析和总结,主要介绍了基于直接散射光谱的水下和大气多环境要素探测理论和反演模型,以及目前已有的多种直接散射光谱的测量方法。

关键词：激光遥感激光雷达多环境要素探测直接散射光谱

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高通量卫星资源管控系统现状与趋势研究

航天器工程 2024年第1期33卷 99-106页

作者：秦鹏飞衣龙腾周业军张程董赞扬戚凯强曾令超中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094 国家航天局卫星通信系统创新中心北京100094

随着灵活载荷技术的发展,高通量卫星从大容量向兼顾灵活性发展,资源管控系统作为高通量卫星在轨应用的关键部分,对提升系统资源利用率和降低单位带宽使用成本至关重要。文章总结了国外高通量卫星资源管控系统及资源管控算法的最新研究进... 详细信息

随着灵活载荷技术的发展,高通量卫星从大容量向兼顾灵活性发展,资源管控系统作为高通量卫星在轨应用的关键部分,对提升系统资源利用率和降低单位带宽使用成本至关重要。文章总结了国外高通量卫星资源管控系统及资源管控算法的最新研究进展,包括泰雷兹公司、GMV公司、欧洲卫星(SES)公司、卫讯(Viasat)公司等提出的高通量卫星资源管控系统。结合高通量卫星资源在轨灵活管控需求,提出后续高通量卫星资源管控系统的发展趋势,例如,基于人工智能的资源管控系统成为后续发展的重要方向,同时,随着星上处理能力与存储能力的提升,星载资源管控系统架构也成为有潜力的发展方向而受到运营商的关注。

关键词：高通量卫星资源管控系统灵活载荷

慢特征分析引导的多级注意力自编码器遥感图像变化检测

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测绘通报 2024年第9期 67-73页

作者：刘金玲陈红珍李辰征聂宏宾李立钢中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点试验室北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

遥感图像变化检测是识别和量化地表变化的一种重要途径,是遥感技术的主要应用之一。然而在不同光照、季节等成像条件下获取的遥感图像中,同一物体会表现出不同的外观,使得变化检测算法难以准确判别真实地表变化。针对此问题,提出了基于... 详细信息

遥感图像变化检测是识别和量化地表变化的一种重要途径,是遥感技术的主要应用之一。然而在不同光照、季节等成像条件下获取的遥感图像中,同一物体会表现出不同的外观,使得变化检测算法难以准确判别真实地表变化。针对此问题,提出了基于慢特征分析引导的多级注意力自编码器(SFAMAA)遥感图像变化检测方法。首先,设计了一种U型卷积自编码器并引入多级通道注意力机制,扩大网络感受野的同时使其聚焦重要通道的信息,增强网络对全局信息和变化信息的感知能力;然后,设计了一种慢特征分析损失函数引导网络训练,使得网络可以有效抑制因成像条件差异导致的伪变化。在公开数据集SZTAKI上进行试验验证,试验结果表明,本文方法可有效抑制噪声和伪变化,对不同光照、季节等成像条件下获取的遥感图像具有较高的精度和良好的稳健性。

关键词：自编码器通道注意力慢特征分析变化检测

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航天器在轨角动量演化及卸载策略研究

空间控制技术与应用 2024年第1期50卷 1-7页

作者：谢军刘新彦北京控制工程研究所北京100094

为了减少在轨卫星的喷气卸载次数,节省推进剂,延长卫星的使用寿命,对地球静止轨道零动量卫星和V型轮偏置动量卫星的角动量管理问题进行了研究.根据卫星角动量累计演化特点,给出两类卫星的角动量管理方法,提出优化的喷气卸载策略.基于上... 详细信息

为了减少在轨卫星的喷气卸载次数,节省推进剂,延长卫星的使用寿命,对地球静止轨道零动量卫星和V型轮偏置动量卫星的角动量管理问题进行了研究.根据卫星角动量累计演化特点,给出两类卫星的角动量管理方法,提出优化的喷气卸载策略.基于上述研究对在轨卫星非正常卸载情况进行了理论分析与仿真验证,提出解决措施.在轨试验表明,基于优化的喷气卸载策略进行卫星角动量管理,可明显减少卫星的卸载次数,验证了策略的正确性.

关键词：静止轨道在轨角动量演化角动量卸载