直升机吊舱姿态变化对电磁场测量的影响规律及其校正方法研究

在直升机航空电磁法中,吊舱的姿态变化（如摆动、倾斜、偏航等）会使磁偶极子相对正常飞行时在方向和位置上发生变化,使得接收线圈处的电磁响应产生误差.传统的基于重叠偶极模型的姿态校正方法只考虑了磁偶极子方向上的变化,而忽略了磁偶极子位置上的变化,因此校正效果受到了一定的限制.本文分析了五种不同电性参数的均匀半空间模型中线圈系在姿态变化前后的电磁响应比,进而提出了一种新的姿态校正方法,该方法综合考虑了磁偶极子方向和位置变化对姿态变化前后的电磁响应比的影响,并推导出总姿态变化电磁响应比与方向和位置单独变化时电磁响应比的乘积近似成固定比例关系.为了验证本文提出的总姿态校正方法,本文分别使用本方案及基于重叠偶极模型的姿态校正方法对五组具有代表性的合成数据进行了校正.对比结果表明,本文的总姿态校正方法较之重叠偶极姿态校正方法能较大地提高校正精度.     

风云二号气象卫星姿态和沿步进方向失配角参数对图像影响的模拟研究

用模拟的方法研究了卫星姿态、沿步进方向失配角参数对风云二号气象卫星图像定位影响及其随时间的变化规律。模拟结果表明, 参数偏差对图像定位的影响有很强的规律性; 参数的偏差将导致图像网格失真和图像定位不准; 不同参数对卫星图像定位的影响不同。由模拟生成的典型误差图像为风云二号高精度图像定位模型的建立和图像定位误差分析提供了依据。     

区域扫描模式下风云二号气象卫星姿态求解方法

针对风云二号气象卫星区域扫描模式下姿态求解问题,提出了分别基于区域观测图像、姿态预报和粗-精姿态关系模型3种不同的卫星姿态求解方法,并分析了它们的适用条件。利用FY-2E卫星获取的2013年7月8—14日的图像进行模拟分析,姿态计算结果表明:利用基于区域观测图像方法求解的姿态对区域观测云图进行定位,误差保持在2.5个红外像元以内,该方法适用于连续区域观测情况;利用基于预报的姿态求解方法对未来24 h内区域观测云图进行定位,平均误差达到1个红外像元,该方法适用于临时启动区域观测时前24 h的区域云图定位。利用粗-精姿态关系模型方法求解的姿态对区域观测云图进行定位,最大误差为4.9个红外像元,前24 h平均误差为3.6个红外像元,该方法可以在无精姿态数据时对区域观测图像进行应急定位。     

多波束测深瞬时姿态误差的改正方法

详细分析多波束测深瞬时姿态误差对水深的影响及在3维地形图上的外观表现,针对性地提出相应的改正措施.将测量的水深数据去除地形趋势信号,得到受姿态误差影响的水深误差数据,采用其是否与横摇变化率和横摇测量值具有线性关系判断属时延还是尺度引起的姿态误差,再搜索确定时延值或尺度系数,以此参数对受影响的区域进行改正.从实测数据处理结果来看,改正结果较理想.     

频率域航空电磁系统线圈姿态变化影响及校正方法

频率域航空电磁系统线圈姿态变化影响及校正是一项探索性很强的开拓性工作, 目前国内尚无成熟经验可循.吊舱式直升机频率域航空电磁法线圈安装在吊舱内, 探头姿态变化相对较大, 因此姿态校正提高了其数据处理精度, 对提高航空电磁法数据处理水平具有重要意义.为了消除吊舱式直升机频率域航空电磁系统因收发线圈姿态发生变化, 而导致的电磁探头接收地下地质体电磁响应数据产生的误差, 采用三维频率域有限差分方法模拟计算频率域航空电磁系统的电磁响应, 分析了不同频率、不同收发线圈姿态变化类型对水平共面(HCP, 全称horizontal co-plane)和垂直同轴(VCX, 全称vertical coaxial)线圈装置的电磁响应影响.计算结果表明: 垂直同轴线圈装置因姿态角度变化引起的测量误差比值远大于水平共面装置, 而且频率越高, 受探头姿态角度变化的影响越大.垂直同轴装置主要受俯冲姿态变化的影响, 水平共面装置受摇摆和俯冲这2种姿态变化的影响.在此基础上, 根据姿态误差几何校正方法进行了电磁数据校正, 有效地去除了因线圈姿态变化造成的误差响应.      

连续冲击条件下水下潜器运动姿态估计方法

基于潜器水下状态的平衡方程,建立了潜器运动模型。通过对水锤压力的数值仿真计算,建立了潜器航行体发射时的运动控制模型。根据这一数学模型,计算分析了潜器在完整火箭发射后效（发射冲击与完整的水锤效应）作用下的运动响应和运动控制。结果表明：发射单枚航行体对潜器运动姿态有较长时间的影响,潜器的初始速度越大,影响程度越小,影响时间越短。通过操舵和压载水舱的调节,可以对潜器的运动进行较满意的控制,在一定范围内控制效果随着初始航速递增。     

基于全卷积编解码网络的视觉定位方法

针对目前视觉定位方法中使用人工特征的限制,提出了一种基于全卷积编解码网络的视觉定位方法。该方法将场景点3D坐标映射到图像的BGR(blue-green-red)通道,建立了图像到场景的直接联系,并通过全卷积编解码网络学习图像与场景结构的关系。给出一张图像,网络可以预测其每个像素点对应的3D点在当前场景世界坐标系的坐标;然后结合RANSAC(random sample consensus)和PnP(perspective-n-point)算法求解位姿并优化,得到最终的相对位姿。在7-Scenes数据集上的实验结果表明本文方法可实现厘米级的高精度定位,并且相比其他基于深度学习的方法,该方法在保证精度的同时,模型尺寸更小。     

顾及姿态偏移的重力梯度卫星姿态确定方法

针对卫星在轨温度变化导致GOCE卫星星敏感器视轴夹角相对于地面安装矩阵计算结果存在5″～9″的系统偏移，并且单星敏感器低精度分量会因坐标系变换存在精度混叠现象的问题，该文设计了一种构建温度响应函数模型校正星敏感器间相对姿态偏移的多星敏感器组合方法，有效削弱了在轨温度变化对星敏感器的观测影响，以及单星敏感器低精度分量对高精度分量的混叠效应。结果表明，多星敏感器组合有效克服了单星敏感器低精度分量的影响，提高了重力梯度张量的分离精度，顾及姿态偏移校正进行多星敏感器组合后，减小了姿态误差影响，重力梯度观测张量的迹精度提高了14 mE,与欧洲空间局发布的数据5 947.811 mE精度相近。     

一种顾及靶标控制的高精度隧道移动扫描方法

针对运营隧道检测无全球导航卫星系统(GNSS)信号，移动激光扫描难以获取绝对坐标系下三维点云数据的问题，该文提出一种顾及靶标控制的高精度隧道移动扫描方法。并将三维激光扫描仪、惯导、里程计、倾角仪集成为自移动三维激光扫描系统，利用倾角仪静态测量姿态角约束惯导数据，结合控制点坐标纠正测量线路轨迹，生成绝对坐标系下的三维点云数据。通过与组合导航对比以及现场实验验证，该方法绝对定位点位偏差可以控制在0.06 m以内。研究方法解决了隧道场景绝对定位难题，有效避免了由于卫星信号遮挡隧道移动扫描点云明显变形和误差急剧变大等情况，为轨道交通隧道三维显示、病害检测等后续分析提供了良好的数据支撑。     

海洋测绘中船体姿态改正的误差分析

船体姿态变化是海洋测绘中重要的误差来源,需要进行修正。姿态改正实际上是进行坐标系变换,存在着不同的坐标轴旋转顺序,对应的旋转矩阵形式也不一样。实际应用中发现不同的旋转矩阵导致不同的姿态改正结果,甚至出现错误的改正。仔细分析了姿态改正中的三种旋转方式,重点讨论了两种常用模型简化后的误差量级。研究后发现,坐标系变换中的旋转角并非姿态角,并由此导出了两种常用旋转方式对应的旋转角,它是纵摇角和横摇角的函数。采用正确的旋转角,不同的旋转方式能够得到一致的姿态改正结果。另外,在姿态改正精度要求不高于0.2m的前提下,第一种旋转方式可以采用简化模型。