高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型研究

对于海洋水色遥感卫星来说,辐射定标精度作为一项重要的核心指标,恰恰是目前我国自主海洋水色卫星存在的不足之处,需要对遥感器进行系统的在轨辐射测量精度评价.文中基于大气辐射传输理论开发了一套高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型(HRSREM),可以比较精确地计算出卫星平台接收到的遥感反射率,来衡量可见光遥感数据的测量精度.通过Gordon查找表方法对HRSREM模型的大气Rayleigh散射和气溶胶散射分量的精度验证,表明模型对两种大气散射计算误差小于2%;利用海上现场ASD高光谱仪测量的天空光反射率对模型的前向散射计算结果验证,其光谱平均相对误差约5.4%;利用宽视场海洋水色扫描仪(SeaWiFS)数据对模型的大气顶遥感反射率计算精度进行验证,其相对误差小于3.5%,说明HRSREM模型对卫星遥感资料的光谱辐射测量评价具有很高的精度.利用HRSREM模型对高光谱遥感卫星Hyperion在澳大利亚附近海域测量数据进行精度估算,可见近红外波段的光谱平均相对误差约为7.3%;对中分辨率成像光谱仪(CMODIS)数据精度评价结果表明,CMODIS存在较大的测量误差,特别是近红外波段的定标系数明显偏大,需要重定标来提高定量化处理和应用水平.     

不稳定平台晃动测量与修正方法研究

不稳定平台晃动的测量与修正是工程实践中的一个难题,直接影响着安装于其上的仪器设备的测量精度.本文提出了一种基于摄像测量原理的不稳定平台晃动测量与修正方法,以机动经纬仪为研究对象,利用外置基准确定其基座平台的水平指北状态,通过位姿估计的方法实时解算基座平台测量状态相对水平指北状态的姿态晃动量,进而修正经纬仪观测误差.研制了机动经纬仪基座平台晃动测量与修正系统,并通过实验验证了系统对经纬仪观测角的修正精度,结果表明:1)系统姿态测量灵敏度不大于3″;2)系统修正误差随晃动幅度的增大而增大,且晃动幅度小于13′条件下,系统修正误差不大于16″.     

基于光载无线的大型构件形变监测技术

提出了一种利用光载无线技术针对大型构件的形变进行监测的新方法,对系统的工作原理进行了阐述及分析.与传统的反射测距及转发测距方案不同,新方法将远程天线单元作为信标安装在被测大型构件上,通过先纤将射频信号送到远程天线单元,实现收发共本振,消除频率漂移带来的相位误差.根据相位测距原理,通过监测收发中频信号相位差的变化信息获得大型构件的形变量.对系统的误差进行仿真分析并对鉴相器进行测试.结果表明:系统能精确的对信标所在位置发生的形变进行监测.通过合理设计,其精度可达毫米级.     

阵列误差有源校正算法及其改进

阵列互耦、幅相误差以及阵元位置误差的综合影响会严重影响MU-SIC算法的测向性能.为此,本文主要研究了由这3种误差引起的阵列误差校正问题.该文在已有的阵列误差校正算法(算法1)的基础上,给出了一种基于互耦矩阵稀疏性的阵列误差校正算法(算法2)和一种利用互耦矩阵特殊结构的阵列误差校正算法(算法3).虽然3种算法具有相同的计算模式和理论框架,但后2种算法因利用了互耦矩阵的更多性质,从而提高了参数估计精度,而对于均匀线阵和均匀圆阵而言,算法3的优势更加明显.另一方面,文中还将上述3种算法推广应用于校正源方位存在偏差的情况,它们在校正阵列误差的同时,还可以补偿校正源的方位偏差.最后,分别在校正源方位无偏差和有偏差这两种情况下,通过仿真实验分析和比较了3种校正算法的参数估计性能.大量仿真实验表明,若能尽可能多地利用互耦矩阵的特殊性质,将十分有利于提高阵列误差的校正精度.     

面向GIC的巨磁阻电流传感器的特性研究

地磁暴引发的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)侵入高铁电气系统可能影响高铁的安全运行,为了对GIC进行监测,本文设计了一个基于巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)效应的电流传感装置.该电流传感器装置由一个量程100 A且配备磁通聚集器的GMR传感器构成.本文探讨了传感器与导线成极端偏转角和水平偏移两种情况下对测量精度的影响,通过理论推导和有限元方法(finite element method,FEM)仿真进行了分析.仿真结果表明:当水平偏移控制在16 mm内时,测量误差3.66%;当角度偏转控制在70°内时,测量差6.62%;相比无磁通聚集器的传感器,灵敏度提高了19.7倍;极端位置下,测量误差减小可达121倍.同时实验结果表明,该装置测量准确度97.2%,能够对GIC进行准确的监测.     

大跨悬索桥扁平钢箱梁温度梯度与温度影响研究

对运营中的润扬大桥悬索桥钢箱梁进行了现场温度测试,分析了日照环境作用下正交异性扁平钢箱梁温度场变化规律与分布特征,对于测试数据进行了函数优化拟合与误差分析,提出了一种适合于六角形扁平钢箱梁的温度梯度分布曲线．在此基础上,进行了正交异性扁平钢箱梁的温度效应有限元分析,比较了不同温度梯度模式对于钢箱梁受力特征与应力分布的影响．分析表明：日照环境作用下,扁平钢箱梁结构的热传导具有明显的“箱室效应”特征,实际温度梯度分布与现行规范的规定不符．采用实测温度梯度模式计算得到钢箱梁温度应力大于采用规范温度梯度模式的结果,应力大小与设计车辆荷载作用产生的应力接近．温度荷载作用产生的应力集中主要位于正交异性钢箱梁制造焊缝附近,在设计、施工、研究中应该予以重视．本文的研究可作为现行桥涵设计规范中相关内容的补充．     

基于传递像机摄像测量的不稳定平台的静态基准转换方法

针对摄影/摄像测量或其他测量领域中测量平台不稳定会给测量结果带来较大误差,甚至不可用的问题,本文提出了基于传递像机的不稳定测量平台向静态基准转换的概念和方法.在不稳定平台上安装传递像机,实时拍摄静态基准上的参考标志物;或者在静态基准上安装传递像机,实时拍摄不稳定平台上的参考标志物,进而解算出不稳定平台相对于静态基准的三维运动,并据此对观测结果进行误差修正,消除平台运动的影响.该方法使摄像测量在不稳定平台上也能高精度进行动态测量,有效拓展了摄像测量的一类重要应用范围.实验验证和数值仿真分析证实了本方法的有效性和实用性.     

超声测量结构内部瞬态温度场的重建方法研究

固体结构内部瞬态温度场的无损测量在航空航天、机械制造与材料加工等领域都具有十分重要的作用.本文基于超声波传播速度与温度的相关性,建立了超声测量各向同性材料内部瞬态温度分布的模型,从反演角度入手,将瞬态非均匀温度场的重建问题转化为热边界的反演和热传导正问题计算的问题,应用参数辨识中的共轭梯度法,发展了一种高分辨率的温度场重建方法,并通过数值仿真系统分析算法的精度、抗噪性和稳定性等特性,最后,进行了实验验证与分析.研究表明:基于超声渡越时间反演得到的热边界条件,符合物理实际,重建得到的结构内部瞬态温度分布精度较高、实时性好、适用性强,有利于促进超声无损测温技术的发展,具有重要的工程应用价值.     

基于多面体与平行入射光的光辐射源空间定向方法分析

光辐射源空间定向在航天、军事等领域一直是研究热点.现有研究主要集中在局部视场上的高精度定向,对180°以上视场的定向目前需用多个局部视场组合实现,导致探测系统体积、重量、功耗和成本增加问题.定义光辐射源的辐射能量和方向为矢量,根据辐射余弦定理和矢量定律,推导出了该矢量能用法矢量不共面的3个面的单位法矢量及光辐射源投射在这些面上的能量来求解的结论,以及该矢量的数学求解公式;基于此结论,利用光的直线传播特性和多面体的几何特性,提出了用多面体实现光辐射源空间360°全视场定向的方法;给出了抗多径干扰的方法;推导出了误差上限的计算公式,解决了误差范围的确定问题.实测与仿真结果验证了该方法的正确性和可行性,以及误差分析结果的正确性.当3个测量面的单位法矢量构成的矩阵正交,任一测量面上能量的测量误差值与其真实值的比值上限为5%或1%时,其精度优于2.866°或0.574°.     

热电偶焊接对Gleeble温度测量的影响及修正方法

采用有限元方法模拟了柱状钛合金样品的Gleeble热压缩实验过程,重点关注不同的热电偶焊接形式和状态对Gleeble样品温度测量准确性的影响规律.研究表明,热电偶的引入使样品的局域温度场发生畸变,导致温度测量误差,且某些条件下误差较大.通过多种因素改变的模拟及详细分析表明,样品的热传导系数、热电偶焊点间距、焊点位置偏离...     

嫦娥四号中继星伞状可展开天线关键技术研究

嫦娥四号中继星伞状可展开天线采用发射时收拢、入轨后展开的可展开结构方案,有效地解决了中继星应用中的多项技术难题.天线在轨成功展开、在轨性能稳定和承受极低温环境性能不发生破坏是保证中继通信任务成功的前提,对应了天线展开技术、在轨性能稳定性控制技术和极低温环境适应技术等三项关键技术.本文首先对天线展开技术开展研究,设计采用了缓释弹簧分布式驱动展开技术,对展开技术方案进行了介绍,开展高低温环境下天线展开可靠性验证,为天线在轨展开环境选择提供了指导;其次,开展在轨性能稳定性控制技术研究,从材料选择、结构设计和提高反射面平衡态稳定性等方面采用控制措施,进行天线在轨热分析和热变形测试及预示,结果表明在天线最大在轨热变形情况下,天线型面精度仍满足指标要求,确保了天线在轨性能满足任务要求,并验证了天线在轨热变形控制措施的有效性;第三,针对天线在轨经历极低温环境,设计了部件级试验验证结合整机仿真分析的试验验证方法,很好地解决了极低温环境的验证问题,天线经历极低温存储后,结构无损坏,性能无下降,满足天线在轨环境适应性的要求,有效地支撑了嫦娥四号中继星中继通信任务的顺利执行.     

太阳射电观测系统多通道变频电路一致性补偿方法与实现

地基太阳射电观测系统观测信号频带较宽,覆盖十米至毫米波段.限于ADC采样率和输入带宽,通常需要通过变频电路将射电信号分段变频后再进行模数转换.由于模拟器件的差异性,多通道变频电路存在幅相不一致的情况,造成通道间幅相误差,影响接收机测量精度,对极化测量影响尤为严重.本文通过测量太阳射电观测系统中变频电路各通道之间的幅频和相频偏差,计算出每个频点的补偿系数,存入太阳射电观测系统数字接收机的FPGA中.观测时,在FPGA中将ADC输入的数据进行FFT处理,每个通道各频点数据乘以相应补偿系数,削弱通道间不一致性,提升数据质量.选取山东大学槎山太阳射电观测站150～500 MHz太阳射电观测系统进行实验验证,经补偿后通道间幅度差降低至0.5 dBm以下,一些频点差值为0 dBm,相位一致性得到显著提升.实际应用表明,本方法为提升宽频带变频电路一致性提供了解决方案,为低频对周天线阵数字波束合成、同频段多天线相干测量的多通道一致性校正提供了有效参考.     

基于全信息的齿轮精度评价体系

齿轮是应用广泛的关键基础件,采用三维拓扑修形是控制齿轮性能的一个普遍趋势,现有的齿轮测量技术在获取齿面三维拓扑信息方面已逐渐成熟并得到应用.但目前各类齿轮精度评价体系普遍使用基于小样本及极值法获取的各项齿轮精度指标作为评价依据,这种方式对完整评价修形齿轮的质量及工艺分析存在诸多缺陷.基于全信息的齿轮精度评价体系则以齿轮全信息为样本,使用以统计分析方法获取的更有代表性的齿轮精度新指标作为评价依据.基于全信息的齿轮精度评价体系包括用于表达齿轮全信息的3D数学模型,基于3D模型定义的新指标,以及基于选取的新指标构建的新评价指标系统.基于全信息的齿轮精度评价体系可以克服现有齿轮精度评价体系的缺陷.新体系可充分利用测量数据,对测量误差不敏感,能真实完整地反映齿轮性能,有利于对被测齿轮作出更加科学的分析和评价,有利于进行工艺系统稳定性和加工能力的分析和改善.首先介绍齿面误差的3D表达方法;然后基于齿面误差的3D表达提出了特征数据集的定义方法和基于统计的评价指标计算方法,并选取指标建立了新的齿轮精度评价指标系统.最后用仿真试验和实测试验说明新评价体系的原理和识别误差规律的效果.     

形位误差对半球谐振子频率裂解的影响

半球谐振子是半球谐振陀螺(hemispherical resonant gyroscope, HRG)最重要的部件,其加工时引入的形位误差是造成其频率裂解并最终影响HRG精度的主要因素.本文通过优化网格划分方法建立理想半球谐振子有限元模型,大幅提升了仿真模型精度,分析了厚度误差、中径误差、端面误差、相对位置误差等各类形位误差对谐振子频率裂解的影响规律,利用滤波与同心处理从圆度测量数据中提取谐振子厚度差信息,同时采用白光干涉子孔拼接技术获取半球端面全口径面形,结合离子束加工技术验证了球壳厚度与端面面形度误差对半球谐振子频率裂解的影响,为进一步提高半球谐振子加工性能提供理论与技术支撑.     

一类少自由度并联构型装备运动学标定方法研究

以一种外副驱动含平行四边形支链的三平动自由度并联机床为对象, 研究少自由度并联构型装备运动学标定方法. 首先建立末端可控与非可控位姿误差与结构误差的映射关系, 并据此构造出具有分层递阶格式的参数辨识模型. 针对少自由度并联机构的特点, 提出一种通过修正系统输入实施误差软件补偿的方法, 并通过实验验证其有效性.     

基于离散元法土壤分析的挖掘机铲斗仿真和实验

为了证实离散元法土壤分析用于仿真挖掘作业的可行性,利用离散元法,先将土壤粒子运动公式化,通过崩落实验来确定土壤粒子仿真参数,之后进行实机实验验证仿真实验。通过分析仿真和实机结果的误差表明,离散元法土壤分析在实际运用中能准确地模拟和仿真挖掘工作,为进行真实挖掘机挖掘性能的分析提供了理论和实验依据。     

基于变论域的分散模糊推理方法求解传热反问题

建立了基于变论域的分散模糊推理方法。首先,设计了一组分散的模糊推理单元,以各测点处温度的计算值和测量值之间的误差分别作为模糊推理单元的输入变量,同时根据误差的大小调整输入变量论域的值,进行模糊推理得到推理结果;然后,对各推理结果进行加权综合,产生各个待反演温度的补偿值并对各个待反演温度的猜测值进行修正;最后,实现导热反问题的求解。选用不同的初始猜测值、温度测点数目以及温度测量误差进行了数值试验,证实了基于变论域DFI算法的有效性。     

星载合成孔径雷达TOPS模式研究

TOPS(循序扫描地形观测)模式作为一种新的星载合成孔径雷达(SAR)工作模式,通过天线波束指向的改变避免了扫描工作模式SAR图像的扇贝效应.本文给出了一种广义的SAR成像模型,适用于TOPS模式和其他工作模式,以模式因子描述天线的转角率、多普勒中心率、照射时间范围和方位分辨率.分析了TOPS模式带宽扩展和间隔缩放的信号特点及其处理方法,提出了一种以Chirp-z变换算法为基础,引入去转动函数解决输出长度问题的TOPS成像处理流程,最后通过点目标仿真验证了算法的有效性.     

基于辅助相机的多目视觉线结构光测量系统全局标定方法研究

为解决现有的多目视觉线结构光测量系统在大视场测量时,相机之间无公共视场,导致标定工具要求高、全局标定过程复杂等问题,本文提出了一种基于辅助相机的多目视觉线结构光测量系统全局标定方法.首先,将辅助相机作为中介,它与线结构光传感器的相机有1/2左右的视场重叠,构成了双目子系统,通过拍摄标定板不同姿态的图像来建立辅助相机和相邻两个线结构光传感器的空间几何关系.然后基于此通过坐标转换求解出相邻两个无公共视场线结构光传感器的位置关系,最后再逐步换算求解出局部坐标系向全局坐标系统一的变换矩阵,完成全局标定过程.此方法对标定工具要求低,不需要借助高精度测量设备及复杂靶标,只需简易的棋盘格靶标即可完成多目视觉线结构光测量系统的全局标定,标定过程简单,并且可达到较高的标定精度.测量试验表明,该方法的全局标定误差是0.067 mm,有效提高了测量精度,为后续大构件的机器人“测量-加工”一体化作业提供精度保障.     

闭式离心压缩机几何建模对数值预测结果的影响

实验测试了一台闭式离心压缩机的整体性能,采用部件叠加的方法构造了不同的压缩机数值模型,研究了闭式离心压缩机堵塞流量及数值预测准确性的影响因素,提出并验证了采用等效叶片厚度替代叶片端壁圆角的压缩机结构修正方法.本研究的主要目的在于评估各种细微几何结构和简化处理对具有闭式叶轮的离心压缩机总体性能的影响,以此归纳出针对闭式离心压缩机合理的数值模拟策略.实验测得压缩机峰值等熵效率为80.28%,经等效叶片厚度修正后压缩机数值模拟所得等熵效率峰值为82.02%.研究结果表明轮盖间隙及其密封、叶片端壁圆角以及叶片加工误差是影响闭式离心压缩机性能的3个主要几何结构因素.闭式叶轮轮盖间隙泄漏流减小了叶轮的有效喉部面积,使堵塞流量减小,流道中部流体加速,叶轮扩压能力下降;一定的背压下,闭式叶轮的堵塞流量随叶片相对厚度的增加呈线性关系减小.在数值模拟时,采用等效叶片厚度修正闭式压缩机端壁圆角,可以使压缩机在保持小流量工况性能基本不变的同时,提高大流量工况的数值模拟准确性.