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空间站机械臂末端执行器用导轨设计与验证

北京理工大学学报 2024年第2期44卷 182-188页

作者：张文明杨旭王储胡成威北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京100094

针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端... 详细信息

针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端执行器用滚珠直线导轨研制为例,开展了导轨设计,并进行了导轨试验验证,确定了导轨采用滚珠溅射沉积MoS_(2)复合薄膜的固体润滑方案,间隙为0.04~0.05 mm,满足末端执行器在轨工作2000次以上的使用寿命要求.通过末端导轨试验可知,固体润滑的导轨载荷能力和使用寿命均显著下降,在空间机构用导轨研制过程中,须进行专项寿命试验,以验证导轨能否满足在轨使用要求.

关键词：机械臂末端执行器导轨设计验证

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长江流域植树造林对地表温度的生物物理反馈

生态学报 2024年第18期44卷 8349-8365页

作者：杨凯张翔张致江苏州科技大学地理科学与测绘工程学院苏州215000 苏州科技大学苏州市空间信息智能技术与应用重点实验室苏州215000 中国地质大学(武汉)国家地理信息系统工程技术研究中心武汉430074

植树造林通过生物物理过程影响地表能量平衡,进而使地表温度发生变化。近年来,随着长江流域防护林工程的实施,长江流域森林覆盖率不断增长,然而造林对地表温度产生的影响却并不清楚。基于此,利用多源遥感数据和气象数据,配合窗口搜寻策... 详细信息

植树造林通过生物物理过程影响地表能量平衡,进而使地表温度发生变化。近年来,随着长江流域防护林工程的实施,长江流域森林覆盖率不断增长,然而造林对地表温度产生的影响却并不清楚。基于此,利用多源遥感数据和气象数据,配合窗口搜寻策略和基于能量平衡方程的归因方法,探究了2003—2012年长江流域植树造林面积变化及其局地生物物理效应。结果表明:2003—2012年长江流域6.71%耕地转变为森林,1.33%草地转变为森林。相比2003年,2012年森林面积增加了0.48%。在年际时间尺度,耕地向森林转变使白天地表温度降低(0.26±0.03)℃,夜晚地表温度降低(0.08±0.03)℃,年均地表温度降低(0.17±0.02)℃;而草地向森林转变使白天地表温度降低(0.77±0.13)℃,夜晚地表温度升高(0.49±0.09)℃,年均地表温度降低(0.15±0.1)℃。耕地向森林转变在年内均呈现降温效应,其中6月份降温效应达到最大,11月降温效应达到最弱。草地向森林转变在年内仍以降温效应为主,其中5月份降温效应达到最大,11月份降温效应达到最弱,而在12月份引发了微弱的增温效应。两种造林方案在生长季降温效应均强于非生长季。归因分析表明:耕地转变为森林,反照率和感热通量分别主导了增温((0.119±0.004)℃)和降温效应((-0.13±0.05)℃)。对于草地转变为森林,入射长波辐射和感热通量分别主导了增温((0.903±0.166)℃)和降温效应((-1.703±0.193)℃)。入射短波辐射和发射率在两种造林方式中均分别产生微弱的降温和增温效应。本研究可为科学评估植树造林对局地气候的影响提供理论参考,对长江流域可持续性森林管理具有重要的现实意义。

关键词：长江流域造林地表温度生物物理过程能量平衡

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复杂环境下电磁目标信号认知处理架构与应用研究

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电子科技大学学报 2024年第1期53卷 40-49页

作者：张伟李想翟志凯张谦邵怀宗孟建电子科技大学电磁认知与应用研究中心成都611731 电子信息控制重点实验室成都610036 电磁空间认知与智能控制技术实验室北京100089

针对现代电磁频谱设备或终端具有网络化、捷变性、多功能、自适应、种类复杂多样和使用环境复杂多变等特性给认知电磁频谱战系统的信号分析与处理带来的巨大挑战的问题,提出了一种结合人工智能、适合复杂电磁环境下电磁目标信号认知处... 详细信息

针对现代电磁频谱设备或终端具有网络化、捷变性、多功能、自适应、种类复杂多样和使用环境复杂多变等特性给认知电磁频谱战系统的信号分析与处理带来的巨大挑战的问题,提出了一种结合人工智能、适合复杂电磁环境下电磁目标信号认知处理与分析的架构。在该架构下电磁目标信号分析与处理被分为目标信号参数估计、目标信号类型分类、辐射源个体识别和目标信号的特征建库与知识图谱[1-3]的构建等4个层次,可以很好适应闭集和开集电磁目标信号的分析与处理;此外,在此架构下提出了未知辐射源辨识、跨模态辐射源智能识别和电磁辐射源的个体识别的算法框架,在实测数据集上的验证实验表明,该算法在闭集和开集电磁信号分析中有效可行。

关键词：电磁频谱战认知处理架构电磁目标知识图谱与推理辐射源个体识别

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空间站机械臂人机系统设计与验证

宇航学报 2024年第1期45卷 35-42页

作者：朱超薛书骐胡成威王春慧吴志红李德伦谭丽芬北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京100094 中国航天员科研与训练中心人因工程全国重点实验室北京100094

在充分调研国际空间站机械臂人机系统设计的基础上,结合中国空间站机械臂人机协同作业需求,建立了空间站机械臂“管理-设计-验证”全周期人机设计体系,通过人机项目规划、人机功能分配等管理要素,针对性地开展了空间机械臂人机系统详细... 详细信息

在充分调研国际空间站机械臂人机系统设计的基础上,结合中国空间站机械臂人机协同作业需求,建立了空间站机械臂“管理-设计-验证”全周期人机设计体系,通过人机项目规划、人机功能分配等管理要素,针对性地开展了空间机械臂人机系统详细设计,最后,从仿真分析、地面验证、在轨验证三大方面对人机系统进行了全要素全流程的验证,结果表明空间站机械臂人机系统设计合理,可应用于后续航天员出舱活动,保障航天员出舱活动安全、高效。研究结果将为空间机械臂人机系统设计与验证提供体系借鉴和工程指导。

关键词：空间站机械臂人机系统协同作业地面验证出舱任务

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一种混合颜料光谱分区间识别方法

光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2357-2364页

作者：孙宇桐吕书强侯妙乐北京建筑大学测绘与城市空间信息学院北京102616 建筑遗产精细重构与健康监测北京市重点实验室北京102616

古代彩绘颜料的分析是科技考古与文物保护研究的重要内容,对探索古代颜料技术发展和科学保护文物有着重要的学术价值和现实意义,传统的颜料识别算法大多针对彩绘文物表面的纯净颜料,对文物表面存在混合颜料的识别准确度较差。化学分析... 详细信息

古代彩绘颜料的分析是科技考古与文物保护研究的重要内容,对探索古代颜料技术发展和科学保护文物有着重要的学术价值和现实意义,传统的颜料识别算法大多针对彩绘文物表面的纯净颜料,对文物表面存在混合颜料的识别准确度较差。化学分析需要对壁画表面进行取样,易造成损伤。高光谱是近年来发展迅速的新兴技术,在物质识别上具有广泛应用,提出一种基于高光谱分区间的混合颜料识别方法。首先,将未知颜料反射光谱进行一阶导数计算,根据未知颜料一阶导数曲线的“凸起”确定特征子区间范围,若子区间数量大于2,则只保留“凸起”最明显的两个特征子区间;其次,通过KM模型将反射率转换为更符合线性混合特征的吸收散射比(K/S),在特征子区间范围内,对未知颜料与标准颜料的K/S曲线进行最大最小值归一化,运用光谱角余弦结合归一化欧氏距离的方法计算未知颜料与标准颜料K/S曲线的相似度,每个特征子区间保留相似度最高的前三个结果;最后,在每个特征子区间的识别结果中依次取出标准颜料K/S曲线,不同特征子区间所取出的标准颜料K/S曲线两两组合成子区间识别结果集合,再根据狄利克雷分布函数得到的丰度矩阵,生成1000条不同丰度的模拟混合K/S曲线,将模拟混合K/S曲线与未知颜料K/S曲线再次进行相似度计算,每个区间识别结果均保留一个最高值,所有集合保留值中再次取最高,该值对应的区间识别结果集合中的标准颜料即为未知颜料的最终识别结果。实验选取石青、石绿、石黄、朱砂颜料制作纯净颜料样本,并将四种纯净颜料两两混合制作六组混合颜料样本,样本绘制完成后使用高光谱成像仪采集样本的成像数据,通过预处理后使用上述方法进行特征子区间的提取与识别。实验发现,仅石绿和朱砂混合样本中的朱砂出现识别错误,该方法对混合颜料样本识别结果良好,整体识别率为83.3%。结果表明该方法可以对混合颜料进行识别,对文物颜料分析具有实践意义。

关键词：颜料识别特征提取光谱识别混合颜料高光谱

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乳腺近红外光谱断层成像系统研究进展

中国激光 2024年第9期51卷 143-159页

作者：魏承朴冯金超栗雅轩胡婷孙中华贾克斌李哲北京工业大学信息学部计算智能与智能系统北京市重点实验室北京100124 先进信息网络北京实验室北京100876

近红外光谱断层成像是一种可以获得乳腺组织内部光学特性,弥补传统乳腺影像学检查方法的不足,具有无创无辐射、高特异性等特性,在乳腺成像中有重要应用价值的光学成像技术。近红外光谱断层成像系统对该技术在乳腺疾病临床诊断中的应用... 详细信息

近红外光谱断层成像是一种可以获得乳腺组织内部光学特性,弥补传统乳腺影像学检查方法的不足,具有无创无辐射、高特异性等特性,在乳腺成像中有重要应用价值的光学成像技术。近红外光谱断层成像系统对该技术在乳腺疾病临床诊断中的应用起着重要的作用。然而,近红外光谱断层成像系统的空间分辨率低,限制了其在乳腺成像中的应用。将连续波模式与频域或时域测量模式相结合,并融合临床用的数字乳腺断层摄影、超声或核磁共振成像等技术有助于解决上述问题。先对近红外光谱断层成像系统的测量模式、多模态系统和多模态融合技术进行梳理、对比,然后介绍了该技术在乳腺成像中的最新应用,进一步讨论了乳腺近红外光谱断层成像系统未来的发展方向。

关键词：成像系统生物光学近红外光谱断层成像乳腺成像多模态

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基于漏斗策略的航天器高精度姿态控制器设计

控制与决策 2024年第5期39卷 1543-1549页

作者：黄元魏春岭严晗郝仁剑北京控制工程研究所空间智能控制技术国家重点实验室北京100190

针对一类具有外部扰动的航天器控制系统,提出一种基于漏斗策略的高精度姿态控制方法,从而对整个跟踪控制轨迹进行规划,保证控制误差时刻满足设计需求,有效提升控制系统动态性能与品质.首先,对所提出姿态控制策略的跟踪性能进行理论分析... 详细信息

针对一类具有外部扰动的航天器控制系统,提出一种基于漏斗策略的高精度姿态控制方法,从而对整个跟踪控制轨迹进行规划,保证控制误差时刻满足设计需求,有效提升控制系统动态性能与品质.首先,对所提出姿态控制策略的跟踪性能进行理论分析,结果表明如果姿态控制误差初值位于根据性能需求设计的漏斗区域内,则在后续任意时刻跟踪误差将始终位于该动态性能漏斗中.在此基础上,考虑到实际工程应用中航天器系统控制信号的有界性需求,给出性能漏斗的优化设计方法,从而保证在输入幅值约束下控制系统的动态性能.最后通过数值仿真验证了所提出航天器姿态漏斗控制策略设计方法及理论分析结果的正确性和有效性.

关键词：航天器姿态跟踪控制漏斗控制策略预设误差性能输入幅值约束扩张状态观测器扰动抑制

基于主成分变换的星载升降轨极化SAR数据水体提取方法

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地球信息科学学报 2024年第4期26卷 1057-1074页

作者：孟庆港曾琪明北京大学地球与空间科学学院遥感与地理信息系统研究所北京100871 北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871

利用光学遥感技术可以快速高效地获取大范围的地表水体信息,但是在洪灾监测等应用中,常常伴随多云、降雨等恶劣天气,难以及时获得高质量的光学遥感图像。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)技术具有全天时、全天候的特点,不受... 详细信息

利用光学遥感技术可以快速高效地获取大范围的地表水体信息,但是在洪灾监测等应用中,常常伴随多云、降雨等恶劣天气,难以及时获得高质量的光学遥感图像。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)技术具有全天时、全天候的特点,不受阴雨天气的影响,相比光学遥感具有明显的优势。本文首先总结和分析了目前基于星载SAR数据提取水体的方法和存在的问题,以Sentinel-1数据为例,为了弥补单极化阈值法和哨兵一号双极化水体指数(Sentinel-1 Dual-Polarized Water Index,SDWI)方法的不足,提出了双极化第一主成分水体指数(Dual-Polarized First-Principal-Component Water Index,DFWI)。其次,为了解决雷达阴影容易与水体相互混淆的问题,提出了3种升降轨极化SAR水体提取方法:升降轨VH极化方法(AscendingDescending VH-Polarization Water Index,AD-VH)、升降轨VV极化方法(Ascending-Descending VV-Polarization,AD-VV)和升降轨双极化第一主成分水体指数(Ascending-Descending Dual-Polarized First-Principal-Component Water Index,AD-DFWI)。最后,选择云南省洱海和土耳其Hatay 2个研究区进行水体提取实验,分别对应水体的常态化监测和应急监测等不同的应用场景。根据用户精度、生产者精度、虚警率和F1-score共4种指标对上述不同方法得到的水体提取结果进行精度评价和分析。实验结果表明:(1)本文所提方法相比单极化阈值法和SDWI法的分类精度明显提高,在2个研究区中,精度相对最高的方法均为AD-DFWI法,F1-score指标分别达到了97.83%和88.33%;(2)升降轨极化SAR水体提取方法不仅较好地解决了雷达阴影和水体相互混淆的问题,而且图像直方图中双峰分布特点更加显著,水体和非水体的可分离性更高,综合性能更好。本文提出的方法未来可以为水体提取和洪灾监测等应用提供参考。

关键词：极化SAR 水体提取洪灾监测雷达阴影主成分变换升降轨阈值法 Sentinel-1

利用结合土地覆盖类型的自适应DS-InSAR方法监测矿区地表形变

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 265-276页

作者：张志亮曾琪明杨立功北京大学遥感与地理信息系统研究所北京大学地球与空间科学学院北京100871 空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871

针对传统时序InSAR技术在测量点选取过程中多采用全局单一阈值,在受时空失相干影响严重和短时间内形变梯度较大的矿区容易出现测量点稀疏且空间采样不足,因而无法获取矿区地面沉降完整信息的问题,以覆盖大同矿区的22景ALOS-1数据为例,... 详细信息

针对传统时序InSAR技术在测量点选取过程中多采用全局单一阈值,在受时空失相干影响严重和短时间内形变梯度较大的矿区容易出现测量点稀疏且空间采样不足,因而无法获取矿区地面沉降完整信息的问题,以覆盖大同矿区的22景ALOS-1数据为例,利用结合土地覆盖类型的自适应DS-InSAR方法(ADSI-CLC)获取该区域长时间序列地表形变信息。ADSI-CLC方法形变测量结果的时空分布模式与StaMPS-SBAS方法具有相似性,且与高分辨率光学遥感影像上的采矿设施保持良好的空间相关性。ADSI-CLC方法可以显著地提高测量点的数量和空间分布密度,在研究区识别出的DS点数量约是StaMPS-SBAS方法的4倍。两种方法的测量结果在无形变和小形变区域吻合程度较高;在大形变区域,StaMPS-SBAS方法无法有效地获取形变结果,而ADSI-CLC方法由于测量点数量的增加,反演得到的形变测量结果基本上符合由采矿活动造成的漏斗状的空间分布特征,间接地验证了该方法在矿区地表形变监测中的可靠性和有效性,证明ADSI-CLC方法能够提供更详细的时空形变细节信息,更好地服务于矿区地表稳定性的监测和预警。

关键词： ADSI-CLC方法分布式散射体矿区形变监测大同矿区