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基于原始探测光子泊松分布特性的直方图去噪算法研究

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地球信息科学学报 2024年第8期26卷 1911-1925页

作者：李军张双成师勇王涛王铭辉王杰长安大学地质工程与测绘学院西安710054 地理信息工程国家重点实验室西安710054 中国空间技术研究院西安分院西安710100

ICESat-2作为新一代多波束激光测高卫星采用了光子计数体制,其探测数据中存在大量噪声,造成光子数据在轨处理和传输时面临巨大挑战。为了在轨高效地对原始探测数据进行去噪处理,以降低星地传输数据量,本文设计了一种基于原始探测光子泊... 详细信息

ICESat-2作为新一代多波束激光测高卫星采用了光子计数体制,其探测数据中存在大量噪声,造成光子数据在轨处理和传输时面临巨大挑战。为了在轨高效地对原始探测数据进行去噪处理,以降低星地传输数据量,本文设计了一种基于原始探测光子泊松分布特性的直方图去噪算法。该算法分为光子点云的垂直直方图化和倾斜直方图化。首先,根据光子传输距离将点云数据段划分为二维格网形成垂直直方图,利用直方图箱光子数的均值和标准差计算信噪分离阈值,并对信号光子赋予低、中和高置信度标签来表征信号可靠性;其次,对识别的中、高置信度光子进行线性拟合获取坡度信息,将光子传输距离投影到沿坡面垂直的方向形成倾斜直方图,进行二次信号光子识别且合并置信度标签;最后,对噪声光子进行剔除以实现原始数据的压缩下传。同时,本文对比研究了基于密度的空间聚类应用(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN)算法和对点排序以识别聚类结构(Ordering Points to Identify the Clustering Structure,OPTICS)算法性能。通过8种地类的ATL02数据开展测试实验,结果表明,DBSCAN算法会导致信号光子丢失,而OPTICS算法会产生虚假信号簇,相比之下,直方图算法有效避免了这些问题的产生,并且在实验中对不同地类具有较好的稳健性和适应性。在直方图算法中,垂直直方图算法对信号光子召回率R均为1,查准率P和调和F值平均在0.90以上,相较于垂直+倾斜直方图、DBSCAN和OPTICS的运行效率分别达到12倍、3473倍和1528倍以上,平均运行时间仅0.048 s,可高效实现数据去噪。垂直直方图算法去噪结果初步满足在轨处理效率要求(技术参考。

关键词：星载激光雷达 ICESat-2 ATL02 光子计数点云去噪分级直方图空间聚类在轨处理

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航天器敏捷机动控制技术发展及展望

宇航学报 2024年第1期45卷 1-11页

作者：袁利张科备雷拥军中国空间技术研究院北京100094 空间智能控制技术全国重点实验室北京100094 北京控制工程研究所北京100094

对航天器敏捷控制技术的发展现状进行综述,分析了航天器敏捷机动在路径规划、高敏捷高稳定度控制等方面面临的技术挑战;从航天器输入激励方面给出了不同路径规划对姿态敏捷机动性能的影响及适用范围。分析了单级路径跟踪控制、执行机构... 详细信息

对航天器敏捷控制技术的发展现状进行综述,分析了航天器敏捷机动在路径规划、高敏捷高稳定度控制等方面面临的技术挑战;从航天器输入激励方面给出了不同路径规划对姿态敏捷机动性能的影响及适用范围。分析了单级路径跟踪控制、执行机构精准输出控制、多级复合控制等方法对提升航天器敏捷机动高稳定控制性能的技术途径。航天器敏捷机动控制作为一项系统性技术,需要从结构动力学、控制架构、测量与执行部件研制等多方面开展综合分析与设计。针对航天器敏捷机动控制技术发展需求及所面临的挑战,从智能自主控制架构设计、自主决策与协同规划技术、高性能部件研制技术等方面,给出敏捷航天器控制技术的发展建议。

关键词：敏捷航天器路径规划敏捷机动控制高稳定度控制

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基于新型高功率微波的雷达探测技术研究

微波学报 2024年第1期40卷 39-43页

作者：翟畅方进勇吴江牛黄惠军邱卓越中国空间技术研究院西安分院西安710100

本文研究提出一种新型高功率微波窄脉冲,能够具备雷达探测能力,适用于解决单脉冲探测雷达功率不足的问题。新型高功率微窄脉冲为ns级脉冲信号,具备中心载频信息并且具有超高重频、超高功率、超高带宽的特性。根据该脉冲特性,本文深入探... 详细信息

本文研究提出一种新型高功率微波窄脉冲,能够具备雷达探测能力,适用于解决单脉冲探测雷达功率不足的问题。新型高功率微窄脉冲为ns级脉冲信号,具备中心载频信息并且具有超高重频、超高功率、超高带宽的特性。根据该脉冲特性,本文深入探索提出一种基于新型高功率微波的雷达探测方法,该方法采用基于脉冲路径编码压缩的物理脉冲压缩方式获得一种新型高功率微波窄脉冲,通过单脉冲探测的方式实现对目标探测侦察。经数值仿真模拟与实际测量对比分析表明,对于探测雷达系统而言,基于脉冲路径编码压缩方法能够在现有功率源基础上提高20 dB以上的信号增益。通过多目标探测实验验证,新型高功率微波雷达系统能够有效探测目标,其系统距离测量精度误差小于5‰。实验证明:新型高功率微波窄脉冲具有雷达探测能力,能有效提高系统探测功率,提升系统探测距离。

关键词：新型高功率微波脉冲路径编码压缩单脉冲信号雷达探测

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空间基础设施——从概念到未来发展

先进小卫星技术（中英文）

先进小卫星技术（中英文） 2024年第1期1卷 76-86页

作者：侯宇葵蒙静马骏申志强满益云徐嘉李明钱学森空间技术实验室北京100094 中国空间技术研究院北京100094

空间基础设施是在空间部署的、长期稳定运行的工程系统,是经济社会发展不可缺少的基础性设施,是中国航天进入产业化发展阶段的重要标志.系统回顾了空间基础设施的演进历程,归纳总结了国家民用空间基础设施中长期规划方案的论证方法,并... 详细信息

空间基础设施是在空间部署的、长期稳定运行的工程系统,是经济社会发展不可缺少的基础性设施,是中国航天进入产业化发展阶段的重要标志.系统回顾了空间基础设施的演进历程,归纳总结了国家民用空间基础设施中长期规划方案的论证方法,并对规划实施效果进行了研究分析.基于对空间资源利用新趋势的研判,重新定义了空间基础设施的内涵,研究提出了新一代空间基础设施的总体架构、发展思路和发展重点建议.研究认为,打造现代化的新一代空间基础设施,应以体系工程理念为指导,强化顶层设计,通过概念创新、技术创新和模式创新,开辟产业化发展新空间,全面支撑航天强国建设目标实现.

关键词：空间基础设施演进历程概念内涵发展趋势体系架构发展重点

基于非线性色散方程组的全柔性航天器的动力学分析

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空间控制技术与应用 2024年第4期50卷 26-36页

作者：袁泉魏春岭张军万强邹奎王梦菲中国空间技术研究院杭州中心杭州310024 北京控制工程研究所北京100094 空间智能控制技术全国重点实验室北京100094

空间太阳能电站等大型结构由于采用轻质材料且结构尺寸大,呈全柔性状态,即不存在刚性构架,使得传统的中心刚体附加截断模态的方法在处理动力学问题时会出现显著的误差.从连续空间的角度对空间太阳能电站的动力学性质进行分析,以确定不... 详细信息

空间太阳能电站等大型结构由于采用轻质材料且结构尺寸大,呈全柔性状态,即不存在刚性构架,使得传统的中心刚体附加截断模态的方法在处理动力学问题时会出现显著的误差.从连续空间的角度对空间太阳能电站的动力学性质进行分析,以确定不同条件下起主导作用的动力学行为,为控制系统设计提供足够准确的模型简化原则.将空间太阳能电站看作平面内运动的自由边界非线性梁,根据Hamilton原理得到描述局部弹性运动与全局刚性运动的动力学模型.分析小变形情形下动力学方程在给定初始条件下的稳态解及其渐进性,讨论模态解或考虑了波动效应的色散解与结构尺寸、刚度等参数的关系,初步分析有限变形情形下可能出现的动力学行为,如动力刚化、非线性正规模态和孤立子解.总结空间太阳能电站在不同结构参数或运动条件下的动力学模型简化原则.对关键要素分析结果进行数值仿真,以此验证了理论分析结果.

关键词：柔性航天器大范围自由运动动力刚化色散性简化模型

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放电通道长径比对霍尔推力器性能的影响

中国空间科学技术 2024年第1期44卷 99-105页

作者：李春波郭宁杨三祥高俊雪佳强兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000

为了获得霍尔推力器放电通道长度与宽度的最佳匹配关系,提升推力器性能,以兰州空间技术物理研究所研制的LHT-70霍尔推力器为研究对象,利用一维流体模型,研究了阳极工质流率对比冲、推力的影响,并通过与试验数据比对,验证了模型的合理性... 详细信息

为了获得霍尔推力器放电通道长度与宽度的最佳匹配关系,提升推力器性能,以兰州空间技术物理研究所研制的LHT-70霍尔推力器为研究对象,利用一维流体模型,研究了阳极工质流率对比冲、推力的影响,并通过与试验数据比对,验证了模型的合理性。在此基础上,研究了放电通道长径比α(长度与宽度的比值)对霍尔推力器性能的影响。结果表明,随着放电通道长径比的增加,电子温度降低,电子密度增加,电离率上升,离子密度增加,但由于中性原子密度与离子壁面损失增大,工质利用率下降;放电通道出口处电势降、比冲、推力和效率先增大后减小。由工质利用率、比冲、推力和效率随放电通道长径比增加而变化的趋势可知,在固定放电通道体积与内径,增加长度时,当放电通道长径比介于1.80~2.05,霍尔推力器性能达到最优。研究结果将为霍尔推力器的优化设计提供理论指导。

关键词：霍尔推力器放电通道长径比放电特性性能参数流体模拟

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融合动态奖励策略的无人机编队路径规划方法

系统工程与电子技术 2024年

作者：唐恒孙伟吕磊贺若飞吴建军孙昌浩孙田野西北工业大学第365研究所西安爱生无人机技术有限公司中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室西安电子科技大学空间科学与技术学院

针对未知动态环境下无人机编队路径规划问题，本文提出了融合动态编队奖励函数的多智能体双延迟深度确定性策略梯度（multi-agent twin delay deep deterministic strategy gradient algorithm incorporating dynamic formation reward function， MATD3-IDFRF）算法的无人机编队智能决策方案。首先针对无障碍物环境，拓展了稀疏性奖励函数。然后深入分析无人机编队路径规划中重点关注的动态编队问题，即无人机编队以稳定的结构飞行并根据周围环境微调队形，其本质为每两台无人机间距保持相对稳定，同时也受外界环境而微调。为此设计了基于每两台无人机之间最佳间距和当前间距的奖励函数，在此基础上提出动态编队奖励函数，并结合MATD3算法提出了MATD3-IDFRF算法。最后设计对比实验，在复合障碍物环境中，本文的动态编队奖励函数能将算法成功率提升6.8%，将收敛后的奖励平均值提升2.3%，将编队变形率降低97%。

关键词：强化学习奖励函数无人机动态编队路径规划

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局部外形参数对高速飞行器的RCS影响

系统工程与电子技术 2024年

作者：刘俊任杰赤丰华罗世彬郑盛贤宋佳文中南大学航空航天技术研究院中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室

随着雷达探测技术的不断进步和防御技术的不断发展，低雷达目标探测性能成为高速飞行器设计的关键指标之一。为了降低高速飞行器的雷达散射面积(RCS)，采用多层快速多极子算法和物理光学法研究了局部外形参数对飞行器雷达散射特性的影... 详细信息

随着雷达探测技术的不断进步和防御技术的不断发展，低雷达目标探测性能成为高速飞行器设计的关键指标之一。为了降低高速飞行器的雷达散射面积(RCS)，采用多层快速多极子算法和物理光学法研究了局部外形参数对飞行器雷达散射特性的影响；在此基础上，提出了一种变半径弧形的边缘钝化形式，以提高飞行器仰视对抗能力。所提出的变半径弧形钝化外形具有良好的RCS减缩能力，与传统圆弧钝化外形相比，在前向重点角域内，RCS对数均值降低了22.88%；随着仰角的增大，变半径弧形钝化形式还具备全向RCS减缩能力，在全向角域内RCS对数均值降低了13.37%。最后，研究了所提出的变半径弧形钝化方式在不同雷达波频段下的RCS特性，结果表明这种钝化对于频率较高时仰视对抗能力更好。

关键词：高速飞行器机身型线钝化半径钝化形式雷达散射截面变半径弧形钝化

基于模型定义的光学遥感卫星星上处理系统设计

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测绘学报 2024年第4期53卷 689-699页

作者：刘薇刘松林郭子博刘凯张荔哲智慧地球重点实验室北京100029 西安测绘研究所陕西西安710054 西安电子科技大学陕西西安710071 中国空间技术研究院西安分院陕西西安710000

本文提出了一种基于模型定义的光学遥感卫星星上处理系统设计方法,构建了“硬件资源-算子模块-通用处理核-典型应用”的星上处理任务行为模型范式。在硬件层面,采用星上异构嵌入式计算平台,将多处理器一体化设计,通过标准化高速数据互连... 详细信息

本文提出了一种基于模型定义的光学遥感卫星星上处理系统设计方法,构建了“硬件资源-算子模块-通用处理核-典型应用”的星上处理任务行为模型范式。在硬件层面,采用星上异构嵌入式计算平台,将多处理器一体化设计,通过标准化高速数据互连,完成高速信号传输和数据处理;通过网络拓扑实现良好的扩展性,支持设备规模及数据处理复杂性的变化;在软件层面,针对星上智能处理任务中频繁数据读写操作、大量重复计算操作、卷积神经网络的通用计算与加速等需求,设计了星上平台指令集、星上算法通用算子和星上智能网络组件组成的可配置算子模块,并基于该模块可快速实现特定算法的硬件IP核。经仿真试验验证,本文方法可根据卫星平台和星上处理任务需求,按需适配最佳软硬件解决方案,并有效提高了计算资源利用率;提出的结合云检测的实时流水压缩编码方案,显著提升了压缩性能;设计的轻量化目标检测识别方法,计算资源效率达到91.5%;以高分一号、高分七号原始数据率为例进行分析,相比常规方案整体计算资源利用率分别提高了16.51%、17.77%。实现了星上处理系统研制过程模型化、工作模式可定义、逻辑资源共享化,是适应卫星小型化、快速部署的一种合理优化选择。

关键词：遥感卫星星上处理模型定义按需适配异构计算

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