空间目标轨道分布特性分析实验报告
一、实验目的
1、了解空间目标轨道分布规律；
2、掌握TLE数据格式分析方法；
3、掌握空间目标高度分布特性分析方法与过程。
二、实验环境
Matlab或C语言
三、实验原理
1、空间目标及其分布
空间目标广义是指离地球表面120公里以外空间的所有目标，包括自然天体和人造天体。本研究报告中的空间目标系指环绕在地球周围数万公里内的人造天体，包括卫星、平台和运载，以及上述目标解体后形成的空间碎片。对这些人造目标进行监视属空间目标监视系统的范畴。
根据有关研究，环绕地球的空间目标数目大约为35,000,000，其中大小在1～10cm的约110,000个，大于10cm的在8000个以上。目前美国空间目标监视系统可对30cm以上的空间目标进行例行的日常观测，对10cm以上的目标可能观测到，但不能保证例行的日常跟踪。上述空间目标中，到2008年8月24日，被美国空间目标监视系统编目过的空间目标数目为33311个，其中21597个已经陨落，11714个仍在轨。
空间目标都有一定大小、形状，运行在一定轨道上，使得每一空间目标都有其独特的轨道特性、几何特性和物理特性。这些特性奠定了对空间目标进行定轨和识别的基础，尤其是在用航天器一般都有特定的外形、稳定的轨道、姿态、温度等特性，是空间目标识别的主要技术支撑。
空间目标监视的核心任务是对空间目标进行探测、跟踪和识别。获取空间目标的几何特征、物理特征和运动参数等重要目标信息，进而确定目标威胁度、警戒空间碰撞、提供安全告警信息，是实施防御性空间对抗和进攻性空间对抗的基础。其中在空间目标的识别过程中，空间目标的轨道特性是主要依据，而其几何特性和物理特性则是对其轨道特性的进一步补充。
空间目标的分布是指空间分布，空间分布由轨道分布体现，了解空间目标的轨道分布特征对探测系统的设计等都具有非常重要的参考价值。这里主要通过分析轨道根数的分布来完成空间目标分布的统计，主要从空间目标半长轴、偏心率和轨道倾角三个方面进行考虑。
2、TLE文件格式分析
NASA发布航天器轨道根数的文本文件是TLE格式，TLE文件有多种扩展名，包括*.wr、*.fr、*.gd、*.om、*.sd和*.tce等六种，NORAD的双行轨道根数保存在tce文件中，由两行组成，有效字符为数字0-9，大写字母A-Z、正负号、空格和句点。其格式如下[4]：比特位
1 3 8 10 17 19 3
2 34 4
3 45 52 5
4 61 63 69
1 NNNNNC NNNNNAAA NNNNN.NNNNNNNN +.NNNNNNNN +NNNNN-N +NNNNN-N N NNNNN
2 NNNNN NNN.NNNN NNN.NNNN NNNNNNN NNN.NNNN NNN.NNNN NN.NNNNNNNNNNNNNN
包括的数据项有：行号、卫星编号、卫星密级、卫星国际编号（发射年份、年中序号、发射中产生的目标序列）、历元之年份、历元之天数、平动一阶导数、平动二阶导数、大气阻力项、定规模型的类型、和校验结果、轨道倾角、升交点赤经、偏心率、近地点幅角、平近点角、平均角速度、相对于历元的圈数。
具体定义见表1、2。
表1 双行根数第一行格式定义
表2 双行根数第二行格式定义
其中，需要说明的是：
（1）1.2为NORAD根据目标初次发现所制定的编目号；
（2）1.4～1.6是遵守国际公约依据最终发射时间的编号，与美国宇航局（NASA）的国家空间科学数据中心（NSSDC）等一致；
（3）1.7～1.8的历元采用平太阳时。
以下是NORAD公布的第一颗全球星的双行根数，供对比参考。
GLBALSTAR 01
1 25162U 98008 00069.18987500 -.00000104 00000-0 00000-0 0 3422
2 25162 52.0028 117.1248 0000635 142.961
3 217.1298 12.62272059 95313
通过对空间目标轨道信息的分析，确定将从tce文件中提取的数据项有卫星编号、轨道倾角、升交点赤经、偏心率、近地点幅角、平近点角、平均角速度。
四、实验内容
1、分析两行根数（TLE）的数据格式；
用matlab读取*.TCE文件，本实验主要用的是fopen、importdata和str2num三个函数，先用fopen函数打开文件，然后用importdata函数将原文件中的数据以struct型读取出来，并存入S矩阵，其结构如下：
代码如下：
S=fopen('stkSatDbAll.tce');
S=importdata('stkSatDbAll.tce');
采用此种方法读取的数据，可以将原文件中的卫星编号、轨道倾角和轨道偏心率等信息直接以类似矩阵的形式存放，只是数据格式为cell型，暂无法直接进行运算：
利用以下代码提取含有六个轨道根数的偶数行：
[m1 n1]=size(S.textdata);
[m2 n2]=size(S.data);
for i=2:2:m1
for j=1:n1
A(i/2,j)=S.textdata(i,j);%提取偶数行
end
end
又观察看出，卫星的角速度数据存放在S.data矩阵的第一列，卫星的轨道倾角数据和偏心率数据分别存放在cell型数据S.textdata的第3列和第5列，将其分别提取出来：for i=2:2:m2
for j=1:n2
B(i/2,j)=S.data(i,j); %角速度
end
end
for i=1:m1/2
A1(i)=A(i,3);
end
A1=A(:,3); %轨道倾角
A2=A(:,5); %偏心率
然后再利用str2num函数将数据格式转换为可以计算的矩阵形式：
for i=1:length(A1);
A_qingjiao(i,1)=str2num(A1{i,1});
end
for i=1:length(A2);
A_pianxinlv(i,1)=str2num(A2{i,1})*1e-7;
end
2、对目前在轨目标半长轴、偏心率和轨道倾角的分布规律进行统计分析；
（1）在轨目标轨道倾角分布规律统计
首先用直方图进行倾角的频数分布统计，分为90个区间，统计图表如下:
050100150
500
1000
1500
2000
2500
从上图可以看出轨道倾角的大致分布情况，有一部卫星的倾角在0度至30度之间，而倾角在50度附近的卫星数量较少，60至80之间也有较多卫星分布，90至100度倾角之间卫星的分布密度最大，到了110度往上，就很少有卫星存在了。
编写代码更细一步统计卫星分布情况，列出表格如下：
（2）在轨目标偏心率分布规律统计
下图为用直方图进行倾角的频数分布统计，分为20个区间，统计图表如下:
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1000
2000300040005000600070008000
9000
由表格可以看出，卫星轨道偏心率在0——0.1之间分布最多，最为密集，同时也反映
（3）在轨目标半长轴分布规律统计
首先用直方图进行倾角的频数分布统计，分为100个区间，统计图表如下:
024681012x 10
4
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
更详细的半长轴分布情况可以从下图的表格看出：
3、分别统计低轨、中轨和高轨目标的分布规律。
从上一实验内容中已经求出卫星轨道半长轴的数值，又知地球的平均半径为6378.145千米，故两者相减即可求出各个卫星的轨道高度。已知轨道高度小于等于2000千米的卫星为地轨卫星，轨道高度在2000千米至33000千米之间的为中轨卫星，轨道高度在33000千米以上的为高轨卫星。统计出低中高轨卫星数量分布情况如下：
可以看出，大多数卫星为低轨卫星，有8000多个，中轨卫星有1600多个，最少的是高轨卫星，只有946个。
五、实验程序
clc;clearall;close all;
S=fopen('stkSatDbAll.tce');
S=importdata('stkSatDbAll.tce');
[m1 n1]=size(S.textdata);
[m2 n2]=size(S.data);
fori=2:2:m1
for j=1:n1
A(i/2,j)=S.textdata(i,j);%提取偶数行
end
end
fori=2:2:m2
for j=1:n2
B(i/2,j)=S.data(i,j); %角速度
end
end
fori=1:m1/2
A1(i)=A(i,3);
end
A1=A(:,3); %轨道倾角
A2=A(:,5); %偏心率
u=398600.47;
A_banchangzhou=((24*3600./B(:,1)/2/pi).^2*u).^(1/3); %半长轴，单位千米% A_banchangzhou=(u./(B(:,1)*2*pi/24/3600).^2).^1/3;
fori=1:length(A1);
A_qingjiao(i,1)=str2num(A1{i,1}); %转换为矩阵形式
end
fori=1:length(A2);
A_pianxinlv(i,1)=str2num(A2{i,1})*1e-7;
end
%%%统计轨道倾角
figure;
hist(A_qingjiao,90);
max(A_qingjiao)
min(A_qingjiao)
e1=find((A_qingjiao>=0)&(A_qingjiao<10));length(e1);
e2=find((A_qingjiao>=10)&(A_qingjiao<20));length(e2);
e3=find((A_qingjiao>=20)&(A_qingjiao<30));length(e3);
e4=find((A_qingjiao>=30)&(A_qingjiao<40));length(e4);
e5=find((A_qingjiao>=40)&(A_qingjiao<50));length(e5);
e6=find((A_qingjiao>=50)&(A_qingjiao<60));length(e6);
e7=find((A_qingjiao>=60)&(A_qingjiao<65));length(e7);
e8=find((A_qingjiao>=65)&(A_qingjiao<70));length(e8);
e9=find((A_qingjiao>=70)&(A_qingjiao<72));length(e9);
e10=find((A_qingjiao>=72)&(A_qingjiao<75));length(e10);
e11=find((A_qingjiao>=75)&(A_qingjiao<80));length(e11);
e12=find((A_qingjiao>=80)&(A_qingjiao<82));length(e12);
e13=find((A_qingjiao>=82)&(A_qingjiao<83));length(e13);
e14=find((A_qingjiao>=83)&(A_qingjiao<90));length(e14);
e15=find((A_qingjiao>=90)&(A_qingjiao<98));length(e15);
e16=find((A_qingjiao>=98)&(A_qingjiao<99));length(e16);
e17=find((A_qingjiao>=99)&(A_qingjiao<100));length(e17);
e18=find((A_qingjiao>=100)&(A_qingjiao<110));length(e18);
e19=find((A_qingjiao>=110)&(A_qingjiao<150));length(e19); %%%%%%统计偏心率
figure;
hist(A_pianxinlv,20);
max(A_pianxinlv)
min(A_pianxinlv)
f0=find(A_pianxinlv==0);length(f0);
f1=find((A_pianxinlv>=0)&(A_pianxinlv<0.001));length(f1);
f2=find((A_pianxinlv>=0.001)&(A_pianxinlv<0.005));length(f2);
f3=find((A_pianxinlv>=0.005)&(A_pianxinlv<0.01));length(f3);
f4=find((A_pianxinlv>=0.01)&(A_pianxinlv<0.1));length(f4);
f5=find((A_pianxinlv>=0.1)&(A_pianxinlv<0.3));length(f5);
f6=find((A_pianxinlv>=0.3)&(A_pianxinlv<0.5));length(f6);
f7=find((A_pianxinlv>=0.5)&(A_pianxinlv<0.7));length(f7);
f8=find((A_pianxinlv>=0.7)&(A_pianxinlv<1));length(f8);
f9=find(A_pianxinlv==1);length(f9);
%%%%统计轨道半长轴
figure;
hist(A_banchangzhou,100);
max(A_banchangzhou)
min(A_banchangzhou)
g1=find((A_banchangzhou>=0)&(A_banchangzhou<8000));length(g1);
g2=find((A_banchangzhou>=8000)&(A_banchangzhou<16000));length(g2); g3=find((A_banchangzhou>=16000)&(A_banchangzhou<22000));length(g3); g4=find(A_banchangzhou>=22000);length(g4);
%%%%%轨道高度
A_gaodu=A_banchangzhou-6378.145;
h1=find(A_gaodu<2000);digui=length(h1)
h2=find((A_gaodu>=2000)&(A_gaodu<=33000));zhonggui=length(h2)
h3=find(A_gaodu>33000);gaogui=length(h3)
实验三 根轨迹分析 一、实验目的： 1.熟悉零、极点对根轨迹的影响 2.组合典型环节按照题目完成相应曲线 二、实验内容 鱼鹰型倾斜旋翼飞机V-22既是一种普通飞机，又是一种直升机。当飞机起飞和着陆时，其发动机位置可以使V-22像直升机那样垂直起降，而在起飞后，它又可以将发动机旋转90度，切换到水平位置，像普通飞机一样飞行。在直升机模式下，飞机的高度控制系统如图所示。要求： （1） 概略绘出当控制器增益K1变化时的系统根轨迹图，确定使系统稳定的K1值范围； （2） 当取K1=280时，求系统对单位阶跃输入r(t)=l(t)的实际输出h(t)，并确定系统的 超调量和调节时间（Δ=2%）； （3） 当K1=280，r(t)=0时，求系统对单位阶跃扰动N （s ）=1/s 的输出h n (t)； （4） 若在R （s ）和第一个比较点之间增加一个前置滤波器 G p (s)= 5 .05.15 .02 ++s s Matlab 指令如下 fenzi=[1 1.5 0.5]; fenmu=[1 0]; G1=tf(fenzi,fenmu) fenzi=[1]; fenmu=conv(conv([20 1],[10 1]),[0.5 1]); G2=tf(fenzi,fenmu) sys1=series(G1,G2) rlocus(sys1) sys2=feedback(280*sys1,1) step(sys2) sys3=feedback(G2,280*G1) step(sys3) G3=tf([0.5],[1 1.5 0.5]) sys4=series(G3,sys2) step(sys4)
空间目标轨道分布特性分析实验报告 一、实验目的 1、了解空间目标轨道分布规律； 2、掌握TLE数据格式分析方法； 3、掌握空间目标高度分布特性分析方法与过程。 二、实验环境 Matlab或C语言 三、实验原理 1、空间目标及其分布 空间目标广义是指离地球表面120公里以外空间的所有目标，包括自然天体和人造天体。本研究报告中的空间目标系指环绕在地球周围数万公里内的人造天体，包括卫星、平台和运载，以及上述目标解体后形成的空间碎片。对这些人造目标进行监视属空间目标监视系统的范畴。 根据有关研究，环绕地球的空间目标数目大约为35,000,000，其中大小在1～10cm的约110,000个，大于10cm的在8000个以上。目前美国空间目标监视系统可对30cm以上的空间目标进行例行的日常观测，对10cm以上的目标可能观测到，但不能保证例行的日常跟踪。上述空间目标中，到2008年8月24日，被美国空间目标监视系统编目过的空间目标数目为33311个，其中21597个已经陨落，11714个仍在轨。 } 空间目标都有一定大小、形状，运行在一定轨道上，使得每一空间目标都有其独特的轨道特性、几何特性和物理特性。这些特性奠定了对空间目标进行定轨和识别的基础，尤其是在用航天器一般都有特定的外形、稳定的轨道、姿态、温度等特性，是空间目标识别的主要技术支撑。 空间目标监视的核心任务是对空间目标进行探测、跟踪和识别。获取空间目标的几何特征、物理特征和运动参数等重要目标信息，进而确定目标威胁度、警戒空间碰撞、提供安全告警信息，是实施防御性空间对抗和进攻性空间对抗的基础。其中在空间目标的识别过程中，空间目标的轨道特性是主要依据，而其几何特性和物理特性则是对其轨道特性的进一步补
实验五栅格数据的空间分析 一、实验目的 理解空间插值的原理，掌握几种常用的空间差值分析方法。 二、实验内容 根据某月的降水量，分别采用IDW、Spline、Kriging方法进行空间插值，生成中国陆地范围内的降水表面，并比较各种方法所得结果之间的差异，制作降水分布图。 三、实验原理与方法 实验原理：空间插值是利用已知点的数据来估算其他临近未知点的数据的过程，通常用于将离散点数据转换生成连续的栅格表面。常用的空间插值方法有反距离权重插值法（IDW）、 样条插值法（Spline）和克里格插值方法（Kriging）。 实验方法：分别采用IDW、Spline、Kriging方法对全国各气象站点1980年某月的降水量进行空间插值生成连续的降水表面数据，分析其差异，并制作降水分布图。 四、实验步骤 ⑴打开arcmap，加载降水数据，行政区划数据，城市数据，河流数据，并进行符号化， 对行政区划数据中的多边形取消颜色填充 ⑵点击空间分析工具spatial analyst→options，在general标签中将工作空间设置为实验数据所在的文件夹
⑶点击spatial analyst→interpolate to raster→inverse distance weighted，在input points 下拉框中输入rain1980，z字段选择rain，像元大小设置为10000 点击空间分析工具spatial analyst→options，在extent标签中将分析范围设置与行政区划一致，点击spatial analyst→interpolate to raster→inverse distance weighted，在input points下拉框中输入rain1980，z字段选择rain，像元大小设置为10000 点击空间分析工具spatial analyst→options在general标签中选province作为分析掩膜，点击spatial analyst→interpolate to raster→inverse distance weighted，在input points下拉框中输入rain1980，z字段选择rain，像元大小设置为10000
实验三 线性系统的根轨迹 一、实验目的 1. 熟悉MATLAB 用于控制系统中的一些基本编程语句和格式。 2. 利用MATLAB 语句绘制系统的根轨迹。 3. 掌握用根轨迹分析系统性能的图解方法。 4. 掌握系统参数变化对特征根位置的影响。 二、实验报告 1．根据内容要求，写出调试好的MATLAB 语言程序，及对应的结果。 2. 记录显示的根轨迹图形，根据实验结果分析根轨迹的绘制规则。 3. 根据实验结果分析闭环系统的性能，观察根轨迹上一些特殊点对应的K 值，确定闭环系统稳定的范围。 4．写出实验的心得与体会。 三、实验内容 请绘制下面系统的根轨迹曲线同时得出在单位阶跃负反馈下使得闭环系统稳定的K 值的范围。 一、 ) 136)(22()(2 2 ++++=s s s s s K s G 1、程序代码： G=tf([1],[1,8,27,38,26]); rlocus (G); [k,r]=rlocfind(G) G_c=feedback(G,1); step(G_c) 2、实验结果：
-8-6 -4 -2 24 6 8 Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s selected_point = -8.8815 + 9.4658i k = 1.8560e+04 r = -10.2089 + 8.3108i -10.2089 - 8.3108i 6.2089 + 8.2888i 6.2089 - 8.2888i Time (seconds) A m p l i t u d e selected_point = -9.5640 - 7.6273i k = 1.3262e+04 r = -9.5400 + 7.6518i -9.5400 - 7.6518i 5.5400 + 7.6258i 5.5400 - 7.6258i Time (seconds) A m p l i t u d e
空间目标特性分析与成像仿真技术研究 英文题名 Small Target Characteristical Analysis and Imaging Under Space Clutter 关键词运动特性; 温度场; 动能拦截器; 探测距离; 信噪比; 英文关键词 movement characteristics; temperature field; EKV; detection distance; signal-to-noise ratio; 中文摘要大气层外动能拦截弹在进行弹道导弹防御以及空间对抗环境中,大量采用了可见光红外等光学成像探测器。分析与研究空间目标在光学探测器上的成像特征,是实现空间目标探测、识别以及系统评估的关键。空间目标特性分析与成像仿真技术是一项综合讨论空间目标所处环境状态、目标材料特征、目标形状特征、目标运动姿态变化特征、热辐射特征、空间辐射传输理论、探测器性能以及目标成像特点的课题,是为进行空间目标检测以及识别而开展的先导性研究。本课题立足于理论建模,对空间目标在探测器中的成像特性进行研究,最后得到包含目标以及诱饵在内的红外图像序列。论文的主要研究内容如下: 1、提出矢量分解与坐标系映射法,很好的解决了空间非圆对称凸体目标在同时受到自旋运动以及进动影响下的面元法线方向的变化建模难题。 2、提出目标中心坐标系,研究了在此坐标系中各种辐照的实时方向矢量计算方法,详细推算了太阳高度角以及方位角。采用面元分割法,分析了空间凸体目标的表面几何结构。 3、建立了矢量表示的面元热平衡方程,对方程中的多项参数计算进行了优化,大大减少了计算量。 4、研究了温度对于光谱辐射亮度的影响。为得到较高信杂比,提出最优... 英文摘要Many visiable light and infrared detectors have been adopted for Exoatomospheric Kill Vehicle(EKV) usage in Ballistic Missle Defence and Space Countermeasure. Optical characteristics’analyse and study of spacial targets in the view field of EKV is the key technology for target detection, target identification and system efficiency estimation 摘要 9-10 ABSTRACT 10 第一章绪论 11-16 1.1 课题背景 11-12 1.2 国内外研究现状 12-14 1.3 课题的主要研究内容 14-15 1.4 本文的篇章结构安排 15-16 第二章空间目标的运动特性分析 16-35 2.1 引言 16 2.2 目标中心坐标系以及面元分割16-19 2.3 空间目标的几何模型分析 19-33 2.3.1 太阳光照模型 20-24 2.3.2 目标运动模型 24- 31 2.3.3 目标辐射成像模型 31-33 2.4 小结 33-35 第三章空间目标的温度特性分析 35-59 3.1 引言 35 3.2 目标面元受热模型 35-41 3.2.1 太阳直接辐照功率 36 3.2.2 地球自身辐照功率 36-38 3.2.3 地球反射太阳光辐射功率 38-39 3.2.4 目标对外能量辐射功率 39 3.2.5 目标升温吸热内能增加 39- 40 3.2.6 目标表面各个面元温度不均引起的传热效应 40- 41 3.2.7 目标自身的内部器械产生的热能 41 3.2.8 热平衡方程 41 3.3 目标温度特性仿真 41-53 3.3.1 球形目标 42-44 3.3.2 锥形目标44-46 3.3.3 碎片目标 46-48 3.3.4 三角棱台目标 48-53 3.4 空间目标辐射成像分析 53- 57 3.4.1 目标波段因素 53-56 3.4.2 探测
高中化学7：杂化轨道 1、概念理解 原子在形成分子时，原子轨道不可能只重叠而本身不变，实际上个原子的价电子运动状态必然改变，而使成键能力尽可能增加，体系能量尽可能降低。能量相近的不同原子轨道重新合成相同数目的新原子轨道。通常有sp型、dsp型、spd型等。 杂化并非一个实际过程，而是一个数学概念。为了得到波动方程有关价层电子的解，及波函数而采取的一个步骤。 和原有的s、p轨道相比，杂化轨道分布图具有一个肥大的正瓣，这一区域大大有利于成键轨道之间的重叠。而且杂化轨道空间分布合理，降低了成键电子的排斥。2个方面都有利于体系能量的下降。 2、价层电子对互斥理论（VSEPR理论）对轨道形状的推测、价层电子对互斥理论（VSEPR理论）： 对于一个ABm型分子（或离子），围绕中心A原子的价层对子对（包括成键电子对和未成键的孤电子对）的空间分布是受静电相互作用所支配。电子对之间尽可能互相远离，这样斥力小，体系趋于稳定。 、A原子价层电子对数的确定： [A原子价层电子数 + B原子提供的用于形成共价单键的电子数（双剑、三键均按生成一个单键考虑）]/2 若是阴离子，电子数要加阴离子电荷数，阳离子则要减去。 B是H或卤素元素，每个原子提供一个共用电子。 B若是是氧族元素，规定不提供共用电子。
四氯化碲TeCl4分子：Te有6个价层电子，加上4个Cl提供的共用电子，中心Te原子价层电子数等于10，对数为5。 SO42-离子：S有6个价层电子，规定O原子不提供共用电子，加上离子电荷数2，中心S原子价层电子数等于8，对数为4。 、VSEPR理论推测分子形状： 判断非过渡元素化合物的分子（或离子）的几何构型是相当成功的。价层电子对数在4以内，未发现例外；价层电子对数为5、6时，发现个别例外；价层电子对数为7以上时，中心不单一，出入较大；步骤：1、确定中心原子的价层电子对数 2、确定价层电子对对应的最佳分布构型：2直线、3平面三角、4正四面体、5三角双锥体、6正八面体。 3、依据价层电子对相互作用斥力大小选出最稳定布局。依此布局将配位原子排列在中心原子周围。 电子对之间斥力大小：孤-孤＞孤-成＞成-成 按照力学分析，很好理解。 2个同等力作用1个点，稳定结构是直线，夹角180度。 3个同等力作用1个点，稳定结构是平面，夹角120度。 4个同等力作用1个点，稳定结构是（正四面体、平面正方体等），正四面体夹角度。 5个同等力作用1个点，稳定结构是三角双锥体 6个同等力作用1个点，稳定结构是正八面体
. 课程名称：控制理论乙指导老师：成绩： 实验名称：控制系统的根轨迹分析实验类型：同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.掌握用计算机辅助分析法分析控制系统的根轨迹 2.熟练掌握Simulink仿真环境 二、实验内容和原理 1.实验内容 一开环系统传递函数为 k(s?2)?s)G(22(s?4s?3)绘制出此闭环系统的根轨迹，并分析系统的稳定性。 2.实验原理 根轨迹是指，当开环系统某一参数（一般来说，这一参数选作开环系统的增益k）从零变到无穷大时，死循环系统特征方程的根在s平面上的轨迹。因此，从根轨迹，可分析系统的稳定性、稳态性能、动态性能。同时，对于设计系统可通过修改设计参数，使闭环系统具有期望的零极点分布，因此根轨迹对系统设等。pzmap，rlocus，rlocfind计也具有指导意义。在MATLAB中，绘制根轨迹有关的函数有：3.实验要求 （1）编制MATLAB程序，画出实验所要求根轨迹, 求出系统的临界开环增益，并用闭环系统的冲击响应证明之。 （2）在Simulink仿真环境中，组成系统的仿真框图，观察临界开环增益时系统单位阶跃响应曲线并记录之。三、主要仪器设备 仿真环境simulink计算机一台以及matlab软件，四、实验源代码 >> A=[1 2]; >> B=conv([1 4 3],[1 4 3]); >> G=tf(A,B) G = s + 2 ------------------------------- s^4 + 8 s^3 + 22 s^2 + 24 s + 9 Continuous-time transfer function. >> figure
实验四基于MATLAB的根轨迹绘制与性能分析 [实验目的] 1．掌握MATLAB下的根轨迹绘制方法； 2．学会利用根轨迹进行系统分析。 [实验指导] 1．根轨迹作图函数（命令）：rlocus( ) 调用格式： ①rlocus(sys) 或rlocus(num，den) ②rlocus(sys,k) ①②画根轨迹图，①变化参量（一般是根轨迹增益）范围系统自动给出； ②变化参量（一般是根轨迹增益）范围在程序中给出； ③r=rlocus(sys) ④ [r,k]=rlocus(sys) ③④不画根轨迹图，③返回闭环根向量；④返回闭环根向量（r）和变化参量（k）。 2．根与根轨迹增益的求取 ⑴在根轨迹上点击，可得到该点的根值和对应的根轨迹增益值。 ⑵使用计算给定根的根轨迹增益的函数（命令）：rlocfind( ) 调用格式： ①[k,poles]=rlocfind(sys) ②[k,poles]= rlocfind(sys,p) 使用方法：
①首先，当前根轨迹已绘出。运行该命令时，在根轨迹图中显示出十字光标，当用户选择其中一点时，其相应的增益由k 记录，与增益相关的所有极点记录poles 中；同时，在命令行窗口显示出来。 ②事先事先给出极点p ，运行该命令时，除了显示出该根对应的增益以外，还显示出该增益对应的其它根。 3．开环零点极点位置绘图函数（命令）： pzmap( ) 调用格式： ① pzmap(sys) ② [p,z]=pzmap(sys) 函数功能： 给定系统数学模型，作出开环零点极点位置图。 ① 零点极点绘图命令。零点标记为“+”，极点标记为“o”。 ② 返回零点极点值，不作图。 4．根轨迹渐进线的绘制 当根轨迹渐进线与实轴的交点σa 已求出后，可得到方程11()n m a K s σ-=--， 这是根轨迹渐进线的轨迹方程。 将1()() n m a K G s s σ-= -作为一个开环传递函数，录入到MATLAB 中，再使用根 轨迹作图函数（命令）rlocus( )，生成的轨迹就是原根轨迹的渐进线。 5．举例 例1：开环传递函数1 ()(1)(2) K G s s s s =++绘制其闭环根轨迹。 程序： >> z=[];p=[0,-1,-2];k=1;sys=zpk(z,p,k);rlocus(sys) 运行结果：
《空间数据结构基础》上机实验报告（2010级） 姓名 班级 学号 环境与测绘学院 1.顺序表的定义与应用（课本P85习题） 【实验目的】 熟练掌握顺序表的定义与应用，通过上机实践加深对顺序表概念的理解。 【实验内容】
设有两个整数类型的顺序表A（有m个元素）和B（有n个元素），其元素均从小到大排列。试编写一个函数，将这两个顺序表合并成一个顺序表C，要求C的元素也从小到大排列。【主要代码】 #include
基于MA TLAB 的根轨迹分析 一．实验目的： 1.学习利用MATLAB 的语言绘制控制系统根轨迹的方法。 2.学习利用根轨迹分析系统的稳定性及动态特性。 二．实验内容： 1.应用MATLAB 语句画出控制系统的根轨迹。 2.求出系统稳定时，增益k 的范围。 3.分析系统开环零点和极点对系统稳定性的影响。 三．实验步骤 1.给定某系统的开环传递函数G(s)H(s)=k/s(s*s+4s+16),用MATLAB 与语言绘出该系统的根轨迹。 程序如下： num=[1]; den=[1,4,16,0]; G=tf(num,den) G1=zpk(G) Z=tzero(G) P=pole(G) pzmap(num,den); title('pole-zero Map') rlocus(num,den) 根轨迹如图 -12-10-8-6-4 -2024-10-8 -6 -4 -2 024 6 8 10 Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s
结论：由上图可知增益k 的取值范围：0 线性系统的根轨迹 一、 实验目的 1． 熟悉MATLAB 用于控制系统中的一些基本编程语句和格式。 2． 利用MATLAB 语句绘制系统的根轨迹。 3． 掌握用根轨迹分析系统性能的图解方法。 4． 掌握系统参数变化对特征根位置的影响。 二、 实验容 1． 请绘制下面系统的根轨迹曲线。 ) 136)(22()(22++++=s s s s s K s G ) 10)(10012)(1()12()(2+++++=s s s s s K s G )11.0012.0)(10714.0()105.0()(2++++= s s s s K s G 同时得出在单位阶跃负反馈下使得闭环系统稳定的K 值的围。 2． 在系统设计工具rltool 界面中，通过添加零点和极点方法，试凑出上述系统，并 观察增加极、零点对系统的影响。 三、 实验结果及分析 1.（1） ) 136)(22()(22++++=s s s s s K s G 的根轨迹的绘制： MATLAB 语言程序： num=[1]; den=[1 8 27 38 26 0]; rlocus(num,den) [r,k]=rlocfind(num,den) grid xlabel('Real Axis'),ylabel('Imaginary Axis') title('Root Locus') 运行结果： 选定图中根轨迹与虚轴的交点，单击鼠标左键得： selected_point = 0.0021 + 0.9627i k = 28.7425 r = -2.8199 + 2.1667i -2.8199 - 2.1667i -2.3313 -0.0145 + 0.9873i 课程名称： 控制理论乙 指导老师： 成绩： 实验名称： 控制系统的根轨迹分析 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1. 掌握用计算机辅助分析法分析控制系统的根轨迹 2. 熟练掌握Simulink 仿真环境 二、实验容和原理 1. 实验容 一开环系统传递函数为 22) 34()2()(+++=s s s k s G 绘制出此闭环系统的根轨迹，并分析系统的稳定性。 2. 实验原理 根轨迹是指，当开环系统某一参数（一般来说，这一参数选作开环系统的增益k ）从零变到无穷大时，死循环系统特征程的根在s 平面上的轨迹。因此，从根轨迹，可分析系统的稳定性、稳态性能、动态性能。同时，对于设计系统可通过修改设计参数，使闭环系统具有期望的零极点分布，因此根轨迹对系统设计也具有指导意义。在MATLAB 中，绘制根轨迹有关的函数有：rlocus ，rlocfind ，pzmap 等。 3. 实验要求 （1）编制MATLAB 程序，画出实验所要求根轨迹, 求出系统的临界开环增益，并用闭环系统的冲击响应证明之。 （2）在Simulink 仿真环境中，组成系统的仿真框图，观察临界开环增益时系统单位阶跃响应曲线并记录之。 三、主要仪器设备 计算机一台以及matlab 软件，simulink 仿真环境 四、实验源代码 >> A=[1 2]; >> B=conv([1 4 3],[1 4 3]); >> G=tf(A,B) G = s + 2 ------------------------------- s^4 + 8 s^3 + 22 s^2 + 24 s + 9 Continuous-time transfer function. >> figure >> pzmap(G) 国内空间目标散射建模总结 2011年，南京理工大学的徐实学在其博士论文《材质表面散射光偏振特性分析用于空间目标探测的研究》中，研究了典型空间目标材料散射光的偏振度等偏振特性，对不同飞行姿态和探测环境的空间目标偏振特性分析方法进行了讨论。文中的讨论是基于实验测量的数据进行的，没有应用具体形式的BRDF模型。 2004年，63916部队和中科院光电技术研究所的李淑军等人在《带太阳能帆板的卫星光度特性分析》中，研究了卫星主体和帆板两种基本结构在一定漫反射率情况下的地面照度计算公式，理论计算表明，虽然太阳能帆板的漫反射率要比卫星主体低30倍，但在卫星地面照度的计算和实际观测中仍不应忽略。 2010年，咸阳师范学院的王明军等人在《复杂环境下具有轨道特征目标模型光散射特性研究》中，将BRDF应用于卫星散射特性研究，但是都是测量获得而没有理论模型，文章给出了空间目标模型表面不同反射率材料对可见光散射光谱特性，以及在相同反射率条件下光散射强度随轨道高度分布特性。 2009年，长春光机所的张景旭在《国外地基光电系统空间目标探测的进展》中，介绍了国外先进地基空间监视系统的发展现状，从地基光电系统观测空间目标的角度介绍了美国星火靶场和毛伊岛光学站的情况和设备，提供了国外地基空间目标光学探测的重要参考资料。 2010年，电子工程学院的杨明等人在《基于BRDF条件下卫星可见光散射特性分析》中，将单一波长BRDF测量方法扩展到可见光波段的加权平均测量，利用实验测量的BRDF数值求解出卫星表面材料的BRDF的三维特性。 2008年，西安电子科技大学和安徽光机所的吴振森、曹运华、魏庆农等人在《基于粗糙样片光BRDF的空间目标可见光散射研究》中，利用遗传算法，结合实验测量的五参量BRDF模型参数，获得了目标样片平均BRDF的参量化统计模型。结果显示因为卫星包覆材料和太阳能电池板都比较光滑，所以整个卫星的可见光散射强度仅在卫星某些面的镜反射方向有较大值，而在其它方向的值都很小。 2009年，哈尔滨工业大学的汪洪源等人在《基于双向反射分布函数的空间卫星紫外动态特性研究》中，面向天基探测对卫星紫外特性进行建模，BRDF模型选用Davies模型，由于地球大气层吸收紫外光，文章考虑太阳光和月球漫反射光对卫星反射紫外光进行计算，给出了比较完整的目标特性计算流程。空间目标 空间分析原理 及应用 上机实验 练习1：利用缺省参数创建一个表面 1．1 启动ArcMap并激活地统计分析模块 单击窗口任务栏的Start按扭，光标指向Programs，再指向ArcGIS，然后单击ArcMap。在ArcMap中，单击Tools，在单击Extensions，选中Geostatistical Analyst复选框，单击Close按扭。 1.2 添加Geostatistical Analyst工具条到ArcMap中。 单击View菜单，光标指向Toolbars，然后单击Geostatistical Analyst。 1．3 在ArcMap中添加数据层 一旦数据加入后，就能利用ArcMap来显示数据，而且如果需要，还可以改变没一层的属性设置（如符号等等） 1.单击Standard工具条上的Add Data按扭。 找到安装练习数据的文件夹（缺省安装路径是C:\ArcGIS\ArcTutor\Geostatistics）,按住Ctrl键，然后点击并高亮显示Ca_ozone_pts和ca_outline数据集。 3.单击Add按扭。 4.单击目录表中的ca_outline图层的图例，打开Symbol Selector对话框。 5.单击Fill Color下拉箭头，然后单击No Color。 6.在Symbol Selector对话框中单击OK按钮。 点击Standard工具条上的Save按扭。新建一个本地工作目录（如C:\geostatistical）,定位到本地工作目录。 1．4 利用缺省值创建表面 单击Geostatistical Analyst，然后单击Geostatistical Wizard。 2.点击Input Data下拉箭头，单击并选中ca_ozone_pts。 3.单击Attribute下拉框箭头，单击并选中属性OZONE。 4.在Methord对话框中单击Kriging. 单击Next按扭。缺省情况下，在Geostatistical Method Selection对话框中，Ordinary Kriging和Prediction Map被选中. 6．在Geostatistical Method Selection对话框中单击next按扭。 7．点击next按扭。 《自动控制原理》课程实验报告 实验名称系统根轨迹分析 专业班级 *********** ********* 学 号 姓名** 指导教师李离 学院名称电气信息学院 2012 年 12 月 15 日 一、实验目的 1、掌握利用MATLAB 精确绘制闭环系统根轨迹的方法； 2、了解系统参数或零极点位置变化对系统根轨迹的影响； 二、实验设备 1、硬件：个人计算机 2、软件：MATLAB 仿真软件（版本6.5或以上） 三、实验内容和步骤 1．根轨迹的绘制 利用Matlab 绘制跟轨迹的步骤如下： 1） 将系统特征方程改成为如下形式：1 + KG ( s ) = 1 + K ) () (s q s p =0， 其中，K 为我们所关心的参数。 2） 调用函数 r locus 生成根轨迹。 关于函数 rlocus 的说明见图 3.1。 不使用左边的选项也能画出根轨迹，使用左边的选项时，能 返回分别以矩阵和向量形式表征的特征根的值及与之对应的增益值。 图3.1 函数rlocus 的调用 例如，图 3.2 所示系统特征根的根轨迹及其绘制程序见图 3.3。 图3.2 闭环系统一 图3.3 闭环系统一的根轨迹及其绘制程序 图 3.4 函数 rlocfind 的使用方法 注意：在这里，构成系统 s ys 时，K 不包括在其中，且要使分子和分母中 s 最高次幂项的系数为1。 当系统开环传达函数为零、极点形式时，可调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys = zpk([zero],[pole],1); 当系统开环传达函数无零点时，[zero]写成空集[]。 对于图 3.2 所示系统， G(s)H(s)= )2()1(++s s s K *11+s =) 3)(2() 1(+++s s s s K . 可如下式调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys=zpk([-1],[0 -2 -3],1) 若想得到根轨迹上某个特征根及其对应的 K 的值，一种方法是在调用了函数 rlocus 并得到了根 轨迹后调用函数 rlocfind 。然后，将鼠标移至根轨迹图上会出现一个可移动的大十字。将该十字的 中心移至根轨迹上某点，再点击鼠标左键，就可在命令窗口看到该点对应的根值和 K 值了。另外一种 较为方便的做法是在调用了函数 rlocus 并得到了根轨迹后直接将鼠标移至根轨迹图中根轨迹上某 4.1某系统的结构如题4-1图所示，试求单位阶跃响应的调节时间t s ，若要求t s =0.1秒，系统的反馈系数应调整为多少？ 解:(1)由系统结构图可知系统闭环传递函数为: 100 ()100()1001()()1001*G s s s G s H s s a a s Φ=== +++ 在单位阶跃函数作用下系统输出为： 12100 ()()()(100)100k k C s R s s s s a s s a =Φ= =+++ 为求系统单位阶跃响应，对C(s)进行拉斯反变换： 10 21001001001001 lim ()lim 1001001 lim (100)()lim 11 ()(100)1 ()(1) s s s a s a at k sC s s a a k s a C s s a C s as a s a c t e a →→→-→--=== +=+==- =- +=- 根据定义调节时间等于响应曲线进入5%误差带，并保持在此误差带内所需要的最短时间，且根据响应系统单位阶跃响应的函数表达式可以看出系统单位阶跃响应的稳态值为 1 a ,因此: 10010011()(1)0.950.051 ln 20 1001 =0.1ln 20=0.3s 10 s s at s at s s c t e a a e t a a t --= -=?=?== 因为题中，所以 (2)若要求t s =0.1秒,则有: 1 ln 20=0.1 100=0.3s t a a = ? 即:若要求调节时间缩小为0.1秒,则需将反馈环节的反馈系数调整为0.3。 4.2已知二阶系统的阶跃响应曲线如题4.2图所示，该系统为单位负反馈系统，试确定其开环传递函数。 解：根据系统阶跃响应曲线可以看出： 峰值时间=0.1s p t ，超调量 1.3-1 %= 100%30%1 σ?=； 根据课本中对典型二阶系统222 ()2n n n s s s ωζωωΦ=++暂态性能指标的推导计算可知： %p t e σ-= =结合本题已知阶跃响应曲线可知： 0.1(1)%30% (2) p t e σ-= === 由式(2)可知： 0.3ln 0.30.3832 cot =0.3832 =arccot 0.3832=69.0332=cos =0.3578 e ζ?ζ?ζ?-=?-=?= =即： 将ζ带入式(1)中可得： 0.1 p n t ω= = 回顾题意对于典型二阶系统其闭环传递函数为222 ()2n n n s s s ωζωωΦ=++，且系统为单位负反馈系统，所以系统开环传递函数和闭环传递函数之间满足如下关系： 2222 2 22 2 2211 ()()121211211131.8851 ===224.0753n n n n n n n n n G s s s s G s s G s s G G s s s s ωζωζωωωζωωωζωΦ==Φ==+++++++++，因为：所以：， 武汉工程大学自动控制原理实验报告 专业班级：指导老师： 姓名：学号： 实验名称：系统根轨迹分析 实验日期：2011-12-01 第三次试验 一、实验目的 1、掌握利用MATLAB精确绘制闭环系统根轨迹的方法； 2、了解系统参数或零极点位置变化对系统根轨迹的影响； 二、实验设备 1、硬件：个人计算机 2、软件：MATLAB仿真软件（版本6.5或以上） 实验内容 1．根轨迹的绘制 1） 将系统特征方程改成为如下形式：1 + KG ( s ) = 1 + K ) () (s q s p =0， 其中，K 为我们所关心的参数。 2） 调用函数 r locus 生成根轨迹。 关于函数 rlocus 的说明见图 3.1。 不使用左边的选项也能画出根轨迹，使用左边的选项时，能 返回分别以矩阵和向量形式表征的特征根的值及与之对应的增益值。 图3.1 函数rlocus 的调用 例如，图 3.2 所示系统特征根的根轨迹及其绘制程序见图 3.3。 图3.2 闭环系统一 图3.3 闭环系统一 的根轨迹及其绘制 程序 注意：在这里，构成系统s ys 时，K 不包括在其中，且要使分子和分母中s最高 次幂项的系数为1。 当系统开环传达函数为零、极点形式时，可调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys = zpk([zero],[pole],1); 当系统开环传达函数无零点时，[zero]写成空集[]。 对于图 3.2 所示系统， G(s)H(s)= )2()1(++s s s K *11+s =) 3)(2() 1(+++s s s s K . 可如下式调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys=zpk([-1],[0 -2 -3],1) 若想得到根轨迹上某个特征根及其对应的 K 的值，一种方法是在调用了函数 rlocus 并得到了根 轨迹后调用函数 r locfind 。然后，将鼠标移至根轨迹图上会出现一个可移动的大十字。将该十字的 中心移至根轨迹上某点，再点击鼠标左键，就可在命令窗口看到该点对应的根值和 K 值了。另外一种 较为方便的做法是在调用了函数 rlocus 并得到了根轨迹后直接将鼠标移至根轨迹图中根轨迹上某点 并点击鼠标左键，这时图上会出现一个关于该点的信息框，其中包括该系统在此点的特征根的值及其 对应的 K 值、超调量和阻尼比等值。图 3.4 给出了函数 r locfind 的用法。 2．实验内容 图3.5 闭环系统二 1） 对于图 3.5 所示系统，编写程序分别绘制当 （1） G(s)= )2(+s s K , （2） G(s)= ) 4)(1(++s s s K , 空间目标温度的地面测量 WANG Guo-qiang,WU Yuan- hao,WANG Jian-li,ZHAO Jin-yu Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033, China 摘要：空间目标的多波段红外数据可用于目标识别与空间监视等领域。目标的这些辐射特性可以通过分析相关数据来获得。这些辐射特性包括温度、辐射范围、发射率、吸收率、反射率和时间趋势。空间目标的红外辐射温度是一个重要的特点，从这个特点出发可以判断空间目标在轨道中的运行状态。我们采用测量目标的光谱分布和与普朗克公式对比数据的方法来确定红外辐射温度。为了提高测量的精度，我们有效地优化了中心波长和中心带宽。我们还使用了一个简单的程序来实现温度测量。 关键词：温度；波长；带宽 一、引言 温度是空间目标的一个主要的红外特性，我们不仅可以通过测量空间目标的温度来判断其性质和运行状态，还可以通过测量空间目标的温度来提供升级和检测其装备使用情况的基站来检测目标。在较低温度（180k—360 K）和距离观测站较远的情况下，由于空间目标的红外辐射信号模糊不清，衡量空间目标的温度显得非常困难。目前，通过测量双波长通量并将数据拟合普朗克公式来确定物体温度的测量方法正成功地运用于高温测量。然而，关于物体的低温测量，尤其是空间目标的低温测量的报告却是少之又少。在本文中，我们尝试利用优化中心波长（测量空间目标温度的一个重要指标）的方法来完成温度测量。 空间目标的通量辐射需要在两个窄带中测量得来。我们构建了两个窄波段通量的比例，然后将这些数据与普朗克公式相拟合以便计算温度。为了确保较高的精度和较强的抗干扰能力，这是测量温度的一个常用方法。该方法的要点是选择合理的中心波长和带宽来提高计算精度。 实验四空间数据处理 实验容： 掌握空间数据的处理（融合、拼接、剪切、交叉、合并）的基本方法和原理，领会其用途。掌握地图投影变换的基本原理和方法，熟悉ArcGIS中投影的应用及投影变换的方法和技术，并了解地图投影及其变换在实际中的应用。 实现方法： （一）空间数据处理 打开ArcMap，在菜单栏中选择“地理处理->环境”，打开环境变量对话框。在环境变量对话框中的常规设置选项中，设定“临时工作空间”为“D:\04实验四\04实验四\Exec4”，如图1所示。 图1 第1步裁剪实体 在ArcMap中，添加数据“县界.shp”、“clip.shp”（Clip中有四个实体），添加完后如图2所示。 图2 ●开始编辑，激活Clip图层，选中Clip图层中的一个实体，如图3所示。 图3 ●点击工具栏上按钮，打开ArcToolBox，选择“分析工具->提取->裁剪”， 如图4所示，弹出裁剪对话框，指定输入的实体为“县界”，剪切的实体为“Clip”（必须为多边形实体），并指定输出实体类路径及名称为“县界_Clip1”，如图5所示。裁剪完成后弹出如图6所示的对话框。 图4 图5 图6 ●依次选中Clip主题中其他三个实体，重复以上操作步骤，完成操作后得到四 个图层——“县界_Clip1”，“县界_Clip2”，“县界_Clip3”，“县界_Clip4”，如图7所示。完成操作后，保存编辑。 图7 第2步拼接图层 ●在ArcMap中新建一个地图文档，加载在上一步操作中得到的4个图层，如 图8所示。 图8 ●在工具箱中选择“数据管理工具->常规->追加”,设置输入实体和输出实体，拼 接效果如图9所示。 图9 ●右键点击图层“县界_Clip1”,在出现的右键菜单中执行“数据->导出数据”,弹 出导出数据对话框，将输出的图层命名为“YONK.shp”,如图10所示。自动控制原理-线性系统的根轨迹实验报告
根轨迹分析实验报告
国内空间目标散射建模总结
空间分析实验报告
自动控制原理Matlab实验3(系统根轨迹分析)
MATLAB的根轨迹分析法及重点习题
自动控制原理(系统根轨迹分析)
空间目标温度的地面测量
ArcGIS空间大数据处理实验报告材料
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