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基于测速测距激光雷达的飞行器地形匹配导航方法

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中国惯性技术学报 2024年第1期32卷 8-15页

作者：桑洋纪新春魏东岩尤逸轩张文超袁洪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 西北工业大学电子信息学院西安710129

针对中低空飞行器地形匹配与惯导组合中惯导误差累积导致高程图变形限制地形匹配精度、二维地形匹配运算量大和地形匹配失效时定位可用性差的问题,提出一种基于测速测距激光雷达的地形匹配导航方法。利用激光测速信息辅助构建高程图,减... 详细信息

针对中低空飞行器地形匹配与惯导组合中惯导误差累积导致高程图变形限制地形匹配精度、二维地形匹配运算量大和地形匹配失效时定位可用性差的问题,提出一种基于测速测距激光雷达的地形匹配导航方法。利用激光测速信息辅助构建高程图,减小高程图变形从而提高匹配精度,同时降低匹配结果与惯导的相关性;设计集成尺度不变特征变换(SIFT)特征与分步核验的地形匹配算法,提高匹配的实时性;采用激光测速信息辅助校正惯导,提高地形匹配失效时定位的可用性。典型场景地形数据的测试结果表明,基于激光测速辅助构建的高程图较基于惯导构建的高程图的地形匹配定位精度提高了36.6%,所提的卡方初始化随机抽样一致性地形特征误匹配检测算法(TCI-RANSAC)相比于RANSAC算法缩短了55.6%的核验时间,且测速信息的引入将组合定位精度提高了65.9%,具备较高的工程应用价值。

关键词：飞行器测速测距激光雷达地形匹配导航组合导航高程图构建特征匹配核验

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基于多输出残差网络的飞秒脉冲时域重建

激光与光电子学进展 2024年

作者：吕玮智麻云凤赵鹏王哲程旺郭广妍杨学博殷晨轩朱永健白芳张之曦白勇中国科学院空天信息创新研究院光学工程研究部中国科学院大学光电学院

超快激光作为探索物质微观世界的工具，其时域精准测量具有重要意义。频率分辨光学开关法是目前常用的飞秒激光测量方法之一，该方法利用广义投影反演算法实现飞秒激光重建，准确率较高但迭代耗时长，且不能适应低信噪比条件。基于深度... 详细信息

超快激光作为探索物质微观世界的工具，其时域精准测量具有重要意义。频率分辨光学开关法是目前常用的飞秒激光测量方法之一，该方法利用广义投影反演算法实现飞秒激光重建，准确率较高但迭代耗时长，且不能适应低信噪比条件。基于深度学习的图像处理算法为超短脉冲激光测量提供了新思路。本文提出了一种基于多输出残差神经网络的飞秒激光重建方法，对频率分辨光学开关法轨迹图进行质量分析与脉冲反演，并使用局部加权回归法对反演结果进行优化。结果表明本文算法中预处理阶段的轨迹图质量识别模型准确率达到98.14%。算法重建结果与RANA算法相比，平均相对误差为4.6%；算法平均计算耗时为0.037秒，表明计算速度达到RANA算法的一个数量级以上。同时验证了该方法具备较强抗噪性能，证明了残差神经网络在飞秒脉冲反演上的可行性。该方法对于飞秒脉冲激光的快速重建和提升低信噪比时的稳定性有一定意义。

关键词：光电测量多输出残差神经网络飞秒激光频率分辨光学开关法

复杂场景下小农经营区地块级苹果园模块化制图方法框架

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地球信息科学学报 2024年第1期26卷 197-211页

作者：寇雯齐沈占锋王浩宇李硕焦淑慧雷雅婷中国科学院空天信息创新研究院国家遥感应用工程技术研究中心北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

实现复杂场景下地块级苹果园的精准制图,是中国苹果产业精细化管理面临的迫切需求。然而,传统的地块级分类制图框架在处理小农经营区内的大量细碎地块时,可靠性大幅度降低。本文提出一种适用于复杂场景下小农经营区的地块级苹果园模块... 详细信息

实现复杂场景下地块级苹果园的精准制图,是中国苹果产业精细化管理面临的迫切需求。然而,传统的地块级分类制图框架在处理小农经营区内的大量细碎地块时,可靠性大幅度降低。本文提出一种适用于复杂场景下小农经营区的地块级苹果园模块化制图方法框架。①基于模拟人类对目标场景视觉感知的分层策略,从深秋季的单幅超高空间分辨率(Very High Resolution,VHR)影像中提取冗余的候选地块;②利用非对称瓶颈网络(Depth-wise Asymmetric Bottleneck Network,DABNet)模型与长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)模型,分别从VHR影像与时间序列影像中提取苹果园的空间特征像素与时序特征像素。然后,构建元特征描述特征像素在候选地块中的分布情况,与地块的内在特征共同组成苹果园地块的分类特征;③使用随机森林(Random Forest,RF)将候选地块分类为苹果园地块和非苹果园地块。以山东省栖霞市西城镇为研究区,从43238个候选地块中提取出30292个苹果园地块,分类总体精度达到92.7%。利用RF算法自带的平均精度减少指标(Mean Decrease in Accuracy,MDA)对17种分类子特征进行特征重要性分析,证明本文提出的元特征比传统人工设计特征具有更强的信息抽象与特征表达能力。该框架成功实现场景复杂的小农经营区地块级苹果园制图,可推进精准果园农业的发展。

关键词：苹果园复杂场景地块级分类深度学习元特征时间序列数据超高空间分辨率影像

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增强现实地图载体的空间认知负荷特征研究

地球信息科学学报 2024年第1期26卷 99-109页

作者：张国永龚建华张冬中国科学院空天信息创新研究院国家遥感应用工程技术研究中心北京100094 中国科学院大学北京100049 浙江中科空间信息技术应用研发中心嘉兴314100

本文依据增强现实数字地图与地理场景在时空、尺度和语义等的上下文关联性,研究并划分了包括存在上下文关联的地理实体空间载体、模型实体空间载体,以及不存在上下文关联的虚位空间载体三类AR地图载体。选取二维纸质地形晕渲图、三维打... 详细信息

本文依据增强现实数字地图与地理场景在时空、尺度和语义等的上下文关联性,研究并划分了包括存在上下文关联的地理实体空间载体、模型实体空间载体,以及不存在上下文关联的虚位空间载体三类AR地图载体。选取二维纸质地形晕渲图、三维打印地形实体模型、以及桌面虚位空间3种不同类型载体的AR地图为研究对象,以目标搜索和路径规划为任务目标,开展不同载体AR地图空间认知实验研究。结果表明,在2组实验中三维实体模型载体AR地图的认知负荷指数(CLI)分别为2.53和4.84均显著低于二维地图和虚位载体,具有认知负荷低、沉浸在场感强的认知特征;二维地图载体的认知负荷指数略低于虚位空间载体,但两者并无显著差异;同时,两组实验对比分析结果显示,随着任务难度提升,二维地图载体和虚位空间载体AR地图的认知负荷显著增加,但三维实体模型载体AR地图的认知负荷未显著增加,表明实体模型载体在面向复杂空间认知任务时具有较低认知负荷的优势。此外CLI和任务难度的同步变化也表明脑电数据对空间认知实验敏感,能有效反映空间认知实验过程中的认知特征变化。

关键词：增强现实地图空间认知地图载体三维打印地形模型虚位空间认知负荷脑电实验

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一种适用于北斗三号星间扩展用户的定轨算法

中国空间科学技术 2024年第1期44卷 106-113页

作者：邵瑞强常家超林夏谭双杰龚文斌林宝军上海微小卫星工程中心导航卫星研究所上海201210 中国科学院微小卫星创新研究院上海201210 中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100094 上海科技大学信息科学与技术学院上海201210

针对北斗卫星导航系统星间链路网络扩展服务航天器的精密轨道确定及时间同步需求,提出了基于多项式轨道拟合方法的轨道确定与时间同步算法,克服了传统算法中使用北斗星间链路双向测量数据必须具备初始轨道和钟差等先验信息的约束,可有... 详细信息

针对北斗卫星导航系统星间链路网络扩展服务航天器的精密轨道确定及时间同步需求,提出了基于多项式轨道拟合方法的轨道确定与时间同步算法,克服了传统算法中使用北斗星间链路双向测量数据必须具备初始轨道和钟差等先验信息的约束,可有效拓宽北斗星间链路使用场景。该算法以多项式表达航天器一段时间的轨道和钟差,并使用星间双向测量数据基于最小二乘算法迭代估计多项式系数,从而完成航天器轨道和钟差解算。利用北斗三号星间链路在轨实测数据的试验表明定轨和时间同步精度均在0.12 m以内,有效验证了该算法的正确性。

关键词：星间链路自主定轨时间同步最小二乘算法多项式拟合

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薄膜铌酸锂低串扰交叉波导

中国激光 2024年第14期51卷 255-263页

作者：胡毅标何佳晶王俊中国科学技术大学物理学院安徽合肥230026 中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部启光创新中心上海201800 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

随着绝缘体上铌酸锂(LNOI)平台集成器件的增加,实现大规模集成变得尤为重要。低串扰和低损耗的多通道交叉波导可以大大减少波导连接的面积,从而提高集成密度和路由的灵活性。利用铌酸锂的各向异性,设计了基于自成像原理的不同尺寸的2×... 详细信息

随着绝缘体上铌酸锂(LNOI)平台集成器件的增加,实现大规模集成变得尤为重要。低串扰和低损耗的多通道交叉波导可以大大减少波导连接的面积,从而提高集成密度和路由的灵活性。利用铌酸锂的各向异性,设计了基于自成像原理的不同尺寸的2×2交叉波导。该交叉波导基于X切LNOI,制造出的器件在C波段的串扰分别小于-33.31 dB(Y传方向)和-30.81 dB(Z传方向),插入损耗最小分别为0.094 dB(Y传方向)和0.356 dB(Z传方向)。

关键词：交叉波导铌酸锂集成光子自成像

Google Earth Engine在农业管理中的研究现状与展望

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地球信息科学学报 2024年第4期26卷 1002-1018页

作者：蒙继华何荣鹏林圳鑫中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室北京100094 可持续发展大数据国际研究中心北京100094 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100094

农业作为中国国民经济的战略性产业,在粮食生产和可持续发展目标方面起着举足轻重的作用。为了满足农业管理中大空间尺度、长时间序列遥感数据的存储、组织和处理,节省用户计算资源,提高农业生产管理专题的时效性和普适性,地理空间数据... 详细信息

农业作为中国国民经济的战略性产业,在粮食生产和可持续发展目标方面起着举足轻重的作用。为了满足农业管理中大空间尺度、长时间序列遥感数据的存储、组织和处理,节省用户计算资源,提高农业生产管理专题的时效性和普适性,地理空间数据处理云平台备受关注。谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)作为一款集数据获取、数据运算、模型建立、精度验证以及可视化分析于一体的地理空间分析开源智能云平台,极大地扩展了农业领域研究的广度和深度,为精准农业领域的发展带来了新的机遇。本文从GEE平台、农业应用数据、作物种植支撑管理和农田管理工具等角度出发,分析了基于GEE平台的农业管理研究最新研究进展,以“平台-数据-农业管理-工具”为大框架,强调了多源协同的有效数据信息支撑农业监测管理决策的制定,高效易扩展的农田种植管理和作物生长监测工具可以辅助提高农业生产效率,农情数据信息和农业管理工具在全球背景下共同促进农业可持续发展。文章对GEE在农业应用数据支撑、农业监测管理和农田管理工具等方面的研究现状进行分析总结,突出了GEE云平台相比于传统的桌面端地理空间数据处理平台分别在数据、工具和应用3个方面给农业管理带来的创新性变革,凸显了GEE在破碎化农田区域和病虫害监测领域等方面的发展潜力,讨论了GEE在全球背景下辅助农业可持续发展方面的研究趋势。随着GEE在数据质量、数据处理功能和农情参数信息利用等方面的有效改进,展望了其在精准农业管理、农情监测和预测、移动端智能农业决策支持系统开发以及生态系统管理等农业管理领域的应用前景。以期为平台使用者提供参考并为我国农业领域的云计算平台的建设和应用提供借鉴。

关键词：谷歌地球引擎农业管理卫星遥感农田管理工具研究现状展望

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结合关键点与引导向量的旋转目标检测网络

中国图象图形学报 2024年第2期29卷 533-544页

作者：佘浩东赵良瑾中国科学院空天信息创新研究院北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院网络信息体系技术重点实验室北京100091

目的目标检测是遥感智能解译中重要的研究方向之一,大多数目标检测算法难以实现密集排列的旋转目标的高精度检测。提出了一种基于关键点与引导向量预测的目标检测算法,实现高精度旋转目标检测的同时,还可对目标的朝向进行表征。方法 ... 详细信息

目的目标检测是遥感智能解译中重要的研究方向之一,大多数目标检测算法难以实现密集排列的旋转目标的高精度检测。提出了一种基于关键点与引导向量预测的目标检测算法,实现高精度旋转目标检测的同时,还可对目标的朝向进行表征。方法首先提出了一种新的旋转目标建模方式,将目标检测分解成中心点、头部顶点、引导向量以及目标宽度的参数回归以更贴合检测目标;其次设计旋转椭圆高斯核,能够更好地拟合遥感目标的形状,从而提升关键点的预测精度;最后通过预测中心点指向头部顶点的引导向量,完成同一个目标内中心点与头部顶点的匹配,从而生成一个精准的带方向的旋转矩形检测框。结果在大长宽比舰船目标的HRSC(high-resolution ship collections)数据集上的实验结果表明,相比于其他主流的目标检测算法,本文算法获得了更好的检测结果,在VOC 2007(visual object classes)和VOC 2012的平均精度分别达到了90.78%和97.85%。在小长宽比飞机目标UCAS-AOD(UCAS-high resolution aerial object detection dataset)数据集上达到了98.81%的平均精度。实验结果表明了本文算法的可行性与有效性。结论本文算法利用椭圆高斯核计算中心点与头部顶点,并设计引导向量对点匹配关系进行约束,实现了旋转目标的方向检测。

关键词：目标检测深度学习旋转椭圆高斯核引导向量方向检测

轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法

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信号处理 2024年第7期40卷 1274-1286页

作者：徐震霆房志博张春杰冯晔杨明超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

高轨卫星定轨一般使用基于地基的无线电、激光测量等方式,该方式通常存在测量时效性差、测量站点全球布站困难等问题。随着航天任务的逐步增多,卫星自主定轨重要性正在逐渐凸显,若卫星使用全球卫星导航系统(GNSS)进行定轨,将为其在轨自... 详细信息

高轨卫星定轨一般使用基于地基的无线电、激光测量等方式,该方式通常存在测量时效性差、测量站点全球布站困难等问题。随着航天任务的逐步增多,卫星自主定轨重要性正在逐渐凸显,若卫星使用全球卫星导航系统(GNSS)进行定轨,将为其在轨自主运行提供便利。然而,高轨卫星搭载的GNSS接收机需要接收来自地球对侧的导航卫星信号,导致用户接收的信号强度极低,可用卫星数量少,且几何构型较差。本文针对高轨GNSS用户接收信号易被污染,使观测量出现粗差,导致定位解算结果缺乏鲁棒性的问题,提出了一种轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法。该算法基于传统GNSS与轨道外推器(OP)组合定位算法,针对高轨用户观测量的粗差进行抗差设计,提出了基于轨道外推器的预测结果对抗差定位算法中残差矢量和残差进行标准化的方法。本文对上述算法进行了仿真验证,在未添加粗差、GNSS信号仅受热噪声影响的条件下,传统GNSS/OP联合定位算法和轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法的定位精度分别为42.91 m和42.14 m;对观测量添加300 m粗差时,传统GNSS/OP组合定位算法定位精度为69.55 m,而轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法定位精度则为41.92 m。仿真结果表明,在对观测量添加不同粗差的情况下,添加粗差越大,轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法剔除粗差的效果越强,当添加300 m粗差时,轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法得到的定位精度与未添加粗差时基本相同,带有粗差的观测量被剔除,定位精度相比于传统GNSS/OP算法提升明显。因此,当部分观测量出现粗差时,轨道外推器辅助下的高轨GNSS抗差定位算法能够剔除带有粗差的观测量,提升定位精度。

关键词：卫星导航空间服务域轨道外推器抗差算法