为了利用计算机动态实时地模拟生成星敏感器拍摄到的星图,针对球坐标系特点,提出了一种改进的高效且适应性强的观测星提取方法.通过对天球分区法在高纬度区域的完善,解决了星敏感器圆形视场在高纬度区域实际的赤经范围计算问题.进一步介绍了一种新的对分区节点进行判断的改进方法,还对提高观测星提取效率的措施(细化分区、采用坐标变换和分步提取)进行了探讨.分析表明,改进的分区法可减轻动态实时模拟星图时的计算压力,效率高,能适应天球中各纬度区域,且逻辑描述简洁,适宜编程.将该方法运用于软件的实现,满足?诵峭级凳蹦Ｄ獾囊?

研究了四元数矩阵在航天相机像面位置求解中的应用.提出了一种功能等同于齐次旋转变换矩阵的改进的四元数变换矩阵,并依据多体系统理论,利用改进的四元数变换矩阵和齐次坐标变换矩阵两种方法推导出了对应于地面景物的两种航天相机的像面位置模型,阐述了利用四元数实时求解算法获得各像点的像面位置的实时解的方法,对这两种求解方法进行了计算机模拟.结果证明,利用改进的四元数变换矩阵方法的求解速度比利用齐次坐标变换矩阵的方法快.

为提高空间相机的摄影精度和偏流角的控制精度,应用刚度较强的外筒机座平面作为轴系止推轴承轨道平面,设计了双径向与轴向复合约束力封闭式旋转轴系结构,其结构具有质量轻、转动灵活、回转精度高等特点.讨论了影响轴系旋转精度的诸多误差因素,如轴向窜动误差,角度摆动误差等,并定量分析了构成轴系零件的形位误差引起旋转轴系在回转运动中的晃动误差.通过对轴系晃动误差的检测,验证了所选用的轴系精度为3.8",满足了总体技术指标在5"以内的要求.

讨论了飞机惯性导航系统(INS)与全球卫星导航系统(GPS)的利与弊以及卡尔曼滤波方法在组合定位中的应用情况,进一步提出了基于神经网络数据融合方法的GPS/INS组合导航系统.系统神经网络结构采用单隐层的三层神经网络,输入输出神经元数目是4个,基于256个训练样本由经验公式求得隐层神经元数目为8个,同时还建立了惯导系统的数学模型和数据融合的数学模型.给出了利用MATLAB编制的神经网络训练程序并对这一神经网络进行了训练和仿真.实验表明,组合导航系统经度误差可达9 m,纬度误差可达8 m,与单独GPS定位和INS定位相比精度得到了提高.

通过对天文观测中光纤定位典型方法的分析,结合工程的特点和工作要求,提出了在焦面上进行分区,并在单元区域内做直线运动和旋转运动的双电机单元光纤定位机构的方法.该方法能到达区域内的任意一点,进而多个单元机构可以到达整个焦面上的任意位置,完成定位光纤的目的.对这一结构进行了原理分析和精度、定位时间的计算,能够满足工程使用要求.用7根单元机构模拟了4 000根单元的相互关系,结果表明,机构的重复性误差和目标点定位误差的均方根最大值是22.1 7μm和30.71 μm.

介绍了同步辐射双晶单色器第1晶体热负载的情况,分析了热变形的原因,尝试了用光学追迹SHADOW软件计算同步光在晶面上的能量分布,并用有限元方法模拟分析了底冷式和曲顶槽式两种水冷结构.结果表明,两种水冷却结构均能有效降低晶体表面的温升,减小变形量,其投角的变化小于投角调节精度(1 μrad),其中曲顶槽型结构效果更佳,可用于晶体表面热功率密度约为1.0 W/mmtt2的场合.

提出了对空中点目标进行被动测距的方法.基于红外辐射在大气中的传输规律和红外成像系统的特性,建立了目标和背景的表观对比度模型.通过对两个波段上对比度模型的分析,推导出了测距公式和距离分辨率公式.理论分析表明,只要得到大气在两个波段上的消光系数,通过测量目标在两个波段、两个时刻上的目标表观对比度,即可计算得到目标距离和目标径向速度,而距离分辨率则取决于系统的对比度探测能力及相关参数.利用所得公式计算了不同气象条件下,目标距离分辨率与目标距离之间?墓叵?对计算结果进行了讨论.

研究了在靶场测试中能否用高速视频系统替代高速摄影完成记录功能的问题,讨论了这一问题涉及到的成像视场、信息量、作用距离等技术指标.依据系统作用距离的判据对高速摄影系统和视频系统的作用距离进行了分析.分析表明,视频系统的信噪比、分辨率、帧频之间存在相互制约的关系而不能兼顾,当帧频、分辨率提高时,信噪比则下降,对高速、高分辨视频系统,信噪比是限制系统作用距离的首要因素.由于信噪比的限制,高速视频系统达不到高速摄影的作用距离.

将Kalman预测法用于经纬仪跟踪机动目标,对不同靶标旋转速度下的机动目标跟踪进行了仿真研究.提出了状态方程输入矩阵G(k),用以弥补等角速度方程的加速度项.根据Kalman预测曲线与实测曲线误差的标准方差最小原则,确定了状态噪声与测试噪声的方差比值Q/R,并优化了适合经纬仪的比值Q/R.提出了组合Kalman隔点预测法,进行了1,2,3个隔点的仿真预测研究,在数据融合方面解决了数据采集信号传输到主控机有时间延迟情况下对经纬仪跟踪机动目标的仿真问题.

依据工作原理,比较了掠出射X射线荧光分析技术(GEXRF)和掠入射X射线荧光分析技术(GI-XRF)的优缺点,比较角度包括实验装置、探测限、可探测元素范围、基体效应以及实验精度.比较结果表明,GEXRF的优点体现为:对实验装置要求低,对轻元素(4＜Z＜20)特别灵敏,能对大样品进行检测,实验精度高;缺点体现为:临界厚度小,探测限高."对轻元素特别灵敏"的特点决定了GEXRF的应用领域将主要集中在化学元素微量和痕量分析以及半导体工业中Si薄膜表面轻元素检测等方??

应用离散混沌序列易于生成,对初值敏感以及具有白噪声的统计特性,设计了一种"仿Feistel网络结构"的数字图像加密/解密算法.该算法的所有密钥都由不同的混沌动力系统产生,增加了破译难度.算法中的置换和替代操作,组成了具有良好密码特性的SP网络结构,置换也受密钥控制,增加了算法的复杂性.加密操作的输出结果依赖于密钥的强非线性耦合,增强了安全性.在"仿Feistel网络结构"的每次迭代操作中,都能够对所有的明文进行加密,提高了加密效率.最后,以Matlab中的图像Pout为例进行了仿真试验,结果表明,该算法具有良好的安全性和效率.

在理论上探讨了基于提升框架的整数小波变换(IWT)及其硬件实现问题,并在TI公司的TMS320C6000DSP上实现了图像处理中两种常用滤波器LEGall(5,3),Sweldens(13,7)提升结构的整数小波变换,同时在DSP上对上述滤波器实现了滤波器组(FBS)方法的离散小波变换(DWT).将提升方法的IWT同FBS方法的DWT在硬件上的运行时间作了比较.结果表明,IWT的运行速度比DWT的运行速度快.本结果可用于评价DSP在图像编码中的运行情况,也可估计出采用此种算法每秒能处理的图像数目.理论和实验均表明,基于提升?椒ǖ恼〔ū浠皇且恢衷诵兴俣瓤?易于硬件实现,并能实现图像无损压缩的算法.

介绍了一种以DSP和CPLD为核心的激光雷达图像采集系统,阐述了系统工作原理、系统结构和软硬件设计.系统以TMS320C5402DSP芯片作为系统控制和图像处理的核心,通过双口RAM接收激光雷达图像数据,用CPLD根据场、行、列、写雷达图像4个同步输入信号生成双口RAM的地址信号实现图像存储,原始图像和处理后图像显示在彩色TFT液晶屏上.此外,系统还可通过USB接口与PC机通信实现图像的存储和回显功能.该系统为激光距离成像雷达以及距离图像的研究提供了一种有效的?治龊筒馐怨ぞ?

为了对人工立体视觉中各个环节进行验证,提出了开发人工立体视觉仿真系统的思路.以开放图形库OpenGL为工具,架设虚拟相机,设置虚拟物体,拍摄虚拟图像,在虚拟的图像上采集数据,并根据数据的相关性进行虚拟物体重建,最后将重建物体与原始物体进行比较,验证整个系统或某测试模块的准确性.应用结果表明,该仿真平台可以用于立体视觉研究中的测试和模拟.

介绍了红外图像非均匀校正的基本方法,并以多点校正方法为例,利用DSP硬件具有强大的运算能力及灵活的可编程性,自动完成了图像的非均匀性实时校正.给出了校正系统的构成,描述了校正方法的实现过程.用像元数为128×128的红外焦平面阵列进行了图像非均匀性实时校正实验,并对校正前后的图像进行了对比.实验结果达到了预期目的,表明基于DSP的红外图像非均匀性实时校正系统实现的校正方法简单,效果理想.

研究了遥感图像的小波变换系数统计特性及小波系数的相关性.通过试验得出小波变换系数分布的一般规律和遥感图像基本特征,即数据的局部相关性弱、纹理丰富复杂和低冗余度,不利于高保真压缩,而遥感图像的小波变换系数却具有很强的局部相关性.提出了差分预测编码(DPCM)与集合树多级分裂(SPIHT)算法相结合的遥感图像小波编码算法,用该算法对CCD采集的遥感图像进行了3级小波分解和重构,并与EZW算法、SPIHT算法进行了比较.结果表明,该算法获得的遥感图像没有方块效应,图像恢复质量较高,在相同压缩比和比特率低的情况下,明显优于其他两种算法.

根据高速摄像系统在火箭弹离轨参数测量中的应用,介绍了火箭弹离轨参数测量原理,提出了帧相减、相关滤波定位、轴线自动提取等多种图像处理方法,并将这些方法应用于工程实际.实践表明,在利用帧相减和边缘跟踪技术进行粗定位的基础上,采用相关滤波技术在小区域进行定位可以减少计算量,使定位精度达到0.2个像元,而在轴线自动提取中,用灰度图像形态学边缘检测方法,可使姿态角测量精度优于0.5°.

从理论上分析了CCD暗电流和光电响应不均匀性产生的原因,根据光电响应模型提出了CCD像素光电响应不均匀性的校正方法.给出了像素光电响应不均匀性的校正系数用以计算校正量,针对实际情况中干扰光的影响,提出了采用变波长去除干扰方法,对校正方法进行了修正,最后通过仿真对算法进行了验证.结果表明,能量和噪声的不同对算法的影响不大,校正量是随着光信号能量分布变化的,标定过程不受信号的影响,具有自适应性.该校正方法可以有效地减小CCD像素光电响应不均匀性带来的图像噪声.

针对场致发射阵列建立了有效的三维有限元模型来分析单个尖锥的发射电流.考虑到场致发射阵列的周期性和尖锥的轴对称性,仅对一个尖锥单元的1/4进行分析.对模型的表面施加电压边界条件,计算得到尖锥表面电场强度分布,电场强度在尖锥顶点最强,场发射电流在此处也最强.由Fowler-Nordheim函数可得到尖锥表面的场致发射电流密度分布,对整个尖锥表面进行积分后得到了单个尖锥的场致发射电流约为7 μA.计算了在100V门电压下不同顶端半径的场致发射电流.结果显示,场发射对顶端半径有很强的依赖性.计算了100个顶端半径为8 nm的尖锥在不同门电压下的总场致发射电流,发射电流与开启电压与实际测量值符合得很好.

结合X射线荧光分析和同步辐射单色器对窄光谱带宽多层膜的需求,开展了窄光谱带宽刻蚀多层膜光栅的理论和实验研究.用平均密度法从理论上阐明将多层膜刻蚀成不同刻蚀比的多层膜光栅后,光谱分辨率将得到提高.用磁控溅射方法制备了W/C多层膜,并用常规的光刻工艺对其进行刻蚀,得到了刻蚀后的多层膜光栅.掠入射X射线衍射测量表明,刻蚀后多层膜的衍射峰位置向小角方向移动,多层膜光栅没有改变剩余多层膜的结构,而且带宽减小,光谱分辨率得到提高,说明实验采用的工艺方法和工艺路线可以满足制作窄光谱带宽刻蚀多层膜光栅的要求.

为了探索低成本、大深宽比加工方法,建立了实用的准分子激光微加工系统.以玻璃为实验靶材,用精密微动平台准确调节靶材位置,利用波长248 nm的KrF准分子激光器,研究了准分子激光直写刻蚀过程中平均刻蚀速率与激光脉冲能量密度之间的关系.加工出的沟槽剖面形状均呈现锥型,单脉冲刻蚀速率随脉冲数的增加而减小,激光脉冲对材料的刻蚀具有能量阈值,加工槽的深度具有上限值.采用平行激光束或对加工过程进行动态控制还可实现矩形深槽或圆柱深孔的加工.

为实现PID参数的自动整定,在PID控制和模糊控制的基础上,设计了一种用于某型热像仪分子筛激活机中恒温炉温控系统的模糊参数自整定PID控制器,它基于PID参数的优化规律利用模糊控制规则对PID参数进行在线的自动整定.与常规PID温控系统比较,该控制器的系统超调量明显减小,控制系统的动静态性能均得到改善,升温速度和目标温度控制精度超过了设计指标,且结构简单、计算量小.系统仿真验证了该设计的有效性与实用价值.

介绍了采用神经网络PID算法的锅炉燃烧优化控制系统.在现有的DCS控制系统的基础上,嵌入上述优化系统,既利用了原有DCS控制系统采集的锅炉参数,又利用先进的控制分析软件对数据进行优化处理,达到了燃烧控制优化的目的.实验过程中,对1台3.0×105kW的燃煤机组,在150 MK,220 MK,259 MK和300MK等4个负荷点做了相关试验,涵盖了机组正常运行范围.实验结果表明,锅炉燃烧效率能提高1个百分点.