航天器在轨空间环境研究

本文阐述了航天器安全可靠性的重要性,提出对航天器表面带电影响较大的空间环境主要是等离子体环境和磁层亚暴环境,并简要介绍了空间环境对航天器表面带电的影响,为航天器静电带电机理及防护研究打下了重要基础。     

空间碎片碰撞风险评估系统

为了评估航天器遭遇空间碎片碰撞风险,基于GUI技术自主开发了一套空间碎片碰撞风险评估系统(MODRAS).并以特定轨道航天器为应用实例进行了风险评估,得到了空间碎片通量分布、航天器暴露面积、航天器遭遇的碰撞数等数据.结果表明,航天器遭遇空间碎片碰撞的概率与其运行轨道高度、倾角以及碎片大小等参数有关;改变航天器飞行路线及运行姿态可有效减少空间碎片的碰撞风险.     

一种基于SIFT的遮挡目标跟踪算法

针对运动目标遮挡的难题,提出一种新的遮挡目标跟踪算法.采用三帧取均值进行背景建模,采用相邻帧差法和背景差分结合自动提取出运动目标,对单运动目标生成SIFI(scale invariant feature transform)向量.当运动目标处于遮挡状态时,将遮挡区域与单运动目标进行SIFT特征匹配,通过特征匹配点的坐标...     

3维子空间约束的遮挡点恢复方法

为了有效地恢复跟踪过程中丢失的特征点,假设相机为正投影模型,提出了一种遮挡点恢复方法,其主要是利用所有的图像序列构成的、由行向量生成的线性子空间之和与空间结构点构成的、由行向量生成的子空间是同一个线性子空间的特性,构造了一种线性迭代算法.该方法的优点是在求解遮挡点的位置时,利用了所有的图像点信息,而且将所有的图像及图像点平等地看待.模拟、真实实验表明,所提方法的重投影误差仅比原有图像的噪声约大15%,这说明算法具有较好的收敛性.     

一种基于SIFT的遮挡目标跟踪算法

针对运动目标遮挡的难题,提出一种新的遮挡目标跟踪算法。采用三帧取均值进行背景建模,采用相邻帧差法和背景差分结合自动提取出运动目标,对单运动目标生成SIFT(scale invariant feature transform)向量。当运动目标处于遮挡状态时,将遮挡区域与单运动目标进行SIFT特征匹配,通过特征匹配点的坐标,找出单运动目标在遮挡区域中的位置,并对SIFT特征匹配运用RANSAC算法进行优化,实现遮挡情况下目标的有效跟踪。实验表明,该算法能准确地跟踪处于遮挡中的目标,实现运动目标跟踪的连续性和稳定性。     

融合纹理特征的Mean-shift抗遮挡目标跟踪算法

针对传统Mean-shift算法仅利用颜色特征,当场景中合有目标颜色相近的物体时,易发生误跟踪,且在目标被遮挡的情况下,无法进行有效的跟踪,提出一种融合目标纹理特征的抗遮挡跟踪算法.同时实时更新模板,并通过Kalman滤波估计目标的状态,在目标被遮挡的情况下进行估计预测,提出一种遮挡因子作为目标遮挡的判据,严重遮挡时,...     

采用轮廓片段空间关系实现遮挡目标识别

为了实现高比例遮挡情况下的目标识别,提出一种基于轮廓片段空间关系的目标识别算法.首先,在采用轮廓的形状上下文特征进行粗匹配的基础上,对模板图像和待识别图像分别进行图像骨架关键接合点的提取和轮廓形状质心的提取.然后,以图像像素中心点为原点建立坐标系,以图像骨架关键接合点和轮廓片段质心在各自图像建立的坐标系内的位置确定空间关系.最后,制定空间关系参数约束标准,筛选满足空间关系约束准则的目标库图像为最后识别结果.与现有遮挡目标匹配算法相比,该算法可以实现高比例遮挡情况下的目标识别,在目标遮挡比例为60%的情况下,识别率可达到78%.     

增强现实中的多层次遮挡算法

提出了一种改进的基于几何立体匹配的遮挡检测算法来提高增强现实系统中虚实遮挡检测的实时性、精度和鲁棒性．通过立体图像对中虚实点的投影位置关系判断虚实点之间的遮挡关系,不需要进行深度计算,能够有效提高遮挡检测的速度;通过选择网格边界上特征明显的边点进行检测运算能够提高遮挡检测精度;根据显示状态的连续性,提出一种状态拟合模型来改善算法的鲁棒性．实验结果证明此遮挡算法可以实现虚实物体间快速、可靠的多层次遮挡检测．     

结合卡尔曼滤波和Mean Shift的抗遮挡跟踪算法

针对卡尔曼滤波和Mean Shift算法结合后对严重遮挡和遮挡后复出失效且实时性差的问题,提出一种基于卡尔曼滤波和Mean Shift动态结合的改进算法. 通过在算法中加入Bhattacharyya系数进行遮挡程度判断,并根据遮挡系数的阈值选择使用卡尔曼滤波或线性预测法更新Mean Shift迭代起点. 实验结果表明,该方法能成功实现大范围连续遮挡和目标复出情况下红外目标的跟踪,并且迭代次数和跟踪时间分别减少了9.68%和17.58%,提高了跟踪的鲁棒性和实时性.      

空间碎片防护结构效能评价仿真系统和应用

论述了流星体/空间碎片(M/OD)防护的重要性,给出了自主开发的空间碎片防护结构效能评价仿真平台总体框架.通过分析不同防护参数及碰撞参数条件下的防护结构效能,总结了防护间距、防护屏厚度、碰撞速度和碰撞角等参数对空间碎片防护结构效能的影响规律.针对基本的Whipple防护结构,碰撞速度V<3 km/s时,防护结构的防护效能不受防护间距变化的影响,碰撞速度v>3 km/s时.防护间距越大.防护结构的防护效能越好;Whipple防护结构的防护屏厚度越大.防护结构抗空间碎片撞击的能力越强.即其防护效能越好;在整个碰撞速度范围内(0～15 km/s),防护结构的防护效能呈现出3种不同的变化趋势,且防护结构的防护效能随碰撞角增大而提高.提出了一种波纹填充式防护结构,确定了可有效防护小尺寸空间碎片的防护设计参数.     

轨道参数对载人飞船遭遇空间碎片碰撞风险影响

采用自主开发的空间碎片风险评估及防护系统（MODRASS）,对载人飞船遭遇空间碎片碰撞风险进行仿真评估和分析,给出轨道倾角、轨道高度及运行姿态等因素对载人飞船遭遇空间碎片碰撞风险的影响特性。结果表明,载人飞船在不同倾角的轨道上遭遇空间碎片碰撞风险不同。在170&#176;倾角轨道上,载人飞船遭遇的碰撞数最多,而在20060&#176;及110&#176;左右倾角的轨道上。载人飞船遭遇空间碎片碰撞的情况明显改善。不同轨道倾角下的碰撞风险差别可达10倍以上。载人飞船在不同轨道高度上遭遇空闻碎片碰撞风险差异很大,在轨道高度为1400km时,载人飞船遭遇空间碎片碰撞数最多;而在轨道高度为200km时,载人飞船遭遇空间碎片碰撞数仅410881个,相差两个数量级。此外,载人飞船以不同姿态运行时,遭遇空间碎片碰撞风险不同。且遭遇空间碎片碰撞的区域也出现明显变化。可以通过调整载人飞船的运行姿态减小空间碎片威胁。     

载人飞船遭遇M/OD失效风险评估及其防护设计

 采用自主开发的M/OD风险评估软件系统,对某载人飞船遭遇M/OD的失效风险进行评估分析,给出了不同舱壁厚度下载人飞船遭遇M/OD的失效风险分析结果及其表面失效数分布。载人飞船舱壁厚度为0.6cm时,遭遇M/OD碰撞的非失效概率为96.447%,而当舱壁厚度减小为0.3cm时,非失效概率仅为9.460%。由于空间碎片具有方向性,使得载人飞船遭遇空间碎片时,其两侧失效风险最大,微流星体的任意分布性使其失效数呈带状分布。本文还对载人飞船进行了防护结构设计,给出了不同防护下载人飞船失效风险分析结果。采用与0.6cm厚舱壁面密度相同的Whipple和SW防护结构进行防护时,载人飞船非失效概率分别为99.704%和99.924%。若采用波纹角为30°和60°的CSW防护结构,则其非失效概率可分别提高到99.939%和99.995%,显著降低了载人飞船失效风险。     

多模块航天器转移轨道优化设计

轨道动力学是适用于全局优化的众多应用领域之一。着眼于分布式航天器转移轨道优化,提出了所有航天器模块连续地从停泊轨道转移到目标轨道,并同时保持相对位置的方案。最优控制问题已经确定。性能指标的选取标准是在有限的燃料下将总体轨道转移时间降到最低。总体轨道转移时间是包括消除航天器之间在停泊轨道上的相位差耗费时间和所有模块长距离轨道转移时间之和。当选取位置和速度作为状态时,最优问题就是一个非常复杂的最优控制问题。然而,通过给出合适的常值状态参量,上述问题就会转变成静态参数最优问题。最终采用基于Matlab优化工具拟牛顿方法的最优化算法解决了这个参数最优化问题。当初始估计良好的情况下该最优化算法能够迅速收敛。另一方面,轨道动力学推力假设能够获得最初估计值。仿真结果证明了多模块航天器的轨道设计策略是实用的,同时证明该最优化算法是有效的。     

基于全年太阳辐射得热的建筑外遮阳系数简化计算方法研究

使用Ecotect模拟计算和数据拟合的方法,从模拟计算太阳辐射量的角度,对规范中外遮阳系数计算方法进行探讨,并针对常见实际工程,补充影响外遮阳系数的特征尺寸,以夏热冬暖地区的广州市为例,得出典型遮阳形式（水平和垂直外遮阳）的拟合公式,为较为精确的建筑外遮阳系数计算提供一种简化计算方法,为更为完善的拟合公式的得出提供一种思路。     

一种基于Phong模型的体绘制明暗度快速算法

高效，精确地完成三维医学图像数据（如CT，MRI等）的体积显示，有助于医生对感兴趣的病灶部分或器官形成直观的认识，从而做出诊断或手术计划，针对体绘制的一个重要环节－明暗度的处理，提出了一种基于球面三角化的快速算法，其速度较传统的明暗度处理方法快近2倍，同时大大节省了中间数据的存储量，有利于在微机上实现，误差分析和实验结果表明，所提出的快速算法绘制质量与传统方法没有明显差异，具有可行性。     

中国载人航天空间环境监测系统的发展

 空间环境是航天器的运行环境,直接关系到航天员和航天器的安全。监测、研究和预报空间环境,是保障航天员、航天器安全的一项重要手段。国内外载人航天工程逐步开展了辐射剂量、带电粒子、轨道大气、等离子体、空间碎片等空间环境参数探测。结合中国载人航天工程发展历程和阶段,着重介绍了中国神舟飞船、目标飞行器的空间环境探测研究情况,提出了后续空间站空间环境探测研究的建议。     

M/OD失效风险评估系统开发及标准校验

 论述了空间碎片失效风险评估在航天器设计中的重要性,给出了自主开发的空间碎片风险评估系统（MODRAS）总体框架及图形用户界面。MODRAS分为空间碎片风险评估和微流星体风险评估两大模块,每个模块又包括M/OD环境模型、航天器建模、碰撞概率分析、失效概率分析以及航天器防护结构设计等功能模块。除了环境模型模块外,其他各功能模块均为共享模块,即可同时应用于空间碎片风险评估与微流星体风险评估。针对机构间空间碎片协调委员会（IADC）指定的单位立方体、单位球体及简单航天器3种标准工况,将MODRAS分析结果与美国航空航天局的BUMPER系统、欧洲空间局的ESABASE系统、德国MDPANTO系统以及航天五院MODAOST系统等国内外同类软件分析结果进行比较。结果表明,在微流星体环境下,MODRAS与BUMPER程序失效数分析结果相差在4%以内;而在空间碎片环境下,失效数分析结果最大相差8%,校验了MODRAS的分析精度。此外,还给出了3种标准工况遭遇M/OD的表面失效数分布。     

Propulsion Challenges for Small Spacecraft： 2005

Introduction Small (<100 kg) spacecraft propulsion systems present many unique design problems because of the need to minimize the system size and weight. Propulsion is vi- tal because it significantly enhances the spacecraft’s maneuverability, transform…     

J2摄动下基于平均轨道要素差的集群航天器空间圆形编队设计

集群航天器是通过无线连接方式构成的虚拟航天器系统,考虑J2摄动下其在太阳同步轨道的空间圆形编队设计,对满足其模块间能量传输、数据交互的需要和应用需求具有重要意义.基于主、从模块平均轨道要素差建立了相对运动模型,并给出了空间圆形编队的详细设计步骤;在零J2摄动条件不再适用时,通过定量分析J2摄动对该编队构形的影响,提出了相应的修正公式;将模块修正后的平均轨道要素转换为初始时刻密切轨道要素确定了初始编队构形.采用无奇点的新四元数轨道要素进行J2摄动分析,仿真结果验证了设计方法的有效性.