本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理，具體涉及一種深空探測用照明矩形組合透鏡的數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

1、在深空探測中，登月車需要在月球兩極進(jìn)行挖冰作業(yè)，由于月球表面環(huán)境復(fù)雜多變，月壤的反射特性也隨之變化。為了確保挖冰作業(yè)的順利進(jìn)行，登月車需要根據(jù)月壤的反射特性實(shí)時(shí)調(diào)整照明系統(tǒng)，然而，月壤的反射特性受到多種因素的影響，例如粒徑大小、礦物成分、光照角度等，這些因素之間相互耦合，導(dǎo)致登月車難以準(zhǔn)確判斷月壤的反射特性；此外，登月車搭載的照明矩形組合透鏡需要在多個(gè)波段內(nèi)收集月壤反射數(shù)據(jù)，包括可見光、近紅外、短波紅外等，不同波段的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行融合處理，以獲得全面的月壤反射特性信息；并且不同波段的數(shù)據(jù)格式、分辨率、信噪比等存在差異，如何進(jìn)行高效、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)融合是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題；同時(shí)，月球兩極的極端環(huán)境對登月車的照明系統(tǒng)提出了嚴(yán)苛的要求，月球表面溫度可以在極短時(shí)間內(nèi)從極高到極低，且晝夜溫差極大，這對照明系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提出了挑戰(zhàn)。如何在惡劣環(huán)境下保證照明系統(tǒng)的正常工作，也是一個(gè)需要攻克的技術(shù)難題。

2、綜上所述，登月車在月球兩極挖冰時(shí)面臨的主要技術(shù)問題包括：月壤反射特性的復(fù)雜多變性、多波段數(shù)據(jù)的高效融合、以及惡劣環(huán)境下照明系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種深空探測用照明矩形組合透鏡的數(shù)據(jù)處理方法。深空探測用照明矩形組合透鏡的數(shù)據(jù)處理方法通過精確匹配照明效果與月壤特性，并考慮能耗和效率因素，顯著提高了月球兩極區(qū)域挖冰作業(yè)的效率和精度，為月球資源開發(fā)提供了重要技術(shù)支持。

2、本發(fā)明所述的一種深空探測用照明矩形組合透鏡的數(shù)據(jù)處理方法，包括以下步驟：

3、s1、獲取月球兩極區(qū)域的多光譜成像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理和計(jì)算相位角，得到不同波段下的月壤反射率和月壤的二向性反射特征，通過對比分析預(yù)設(shè)粒徑樣本的光譜數(shù)據(jù)建立反射率與月壤粒徑的對應(yīng)關(guān)系，建立月壤反射特性數(shù)據(jù)庫；

4、s2、從所述月壤反射特性數(shù)據(jù)庫中獲取月球兩極挖冰時(shí)的不同月壤類型對應(yīng)的反射特性參數(shù)，得到對應(yīng)的登月車照明系統(tǒng)中照明矩形組合透鏡的光譜配置方案；

5、s3、在登月車挖冰作業(yè)過程中，實(shí)時(shí)獲取作業(yè)區(qū)域月壤反射率數(shù)據(jù)，并與所述月壤反射特性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，根據(jù)當(dāng)前作業(yè)區(qū)域月壤的類型和粒徑分布特征，動(dòng)態(tài)調(diào)整登月車照明系統(tǒng)的光譜配置方案；

6、s4、根據(jù)登月車挖冰作業(yè)過程中采集的月壤反射率數(shù)據(jù)，預(yù)測得到不同月壤條件下的目標(biāo)照明光譜配置參數(shù)并應(yīng)用于登月車照明系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整過程中；

7、s5、?獲取登月車在挖冰作業(yè)過程中的能耗和挖冰效率，并與所述目標(biāo)照明光譜配置參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，在預(yù)設(shè)可見光范圍內(nèi)選取目標(biāo)波長點(diǎn)，計(jì)算各波長的光強(qiáng)度配置，得到更新后的光譜配置方案；

8、s6、根據(jù)月球兩極區(qū)域的地形、光照條件以及更新后的光譜配置方案，對登月車照明系統(tǒng)的安裝角度和照射方向進(jìn)行一次調(diào)整，并根據(jù)所述月壤反射特性數(shù)據(jù)庫中的二向性反射數(shù)據(jù)，對登月車照明系統(tǒng)的安裝角度進(jìn)行二次調(diào)整；

9、s7、對優(yōu)化后的登月車照明系統(tǒng)中的組合透鏡組件進(jìn)行溫度控制，通過預(yù)設(shè)熱管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測組合透鏡的溫度狀態(tài)，并對溫度超出預(yù)設(shè)溫度閾值范圍的組合透鏡進(jìn)行冷卻或加熱處理。

10、優(yōu)選地，所述步驟s1具體包括：

11、采用星載多光譜探測器從月球兩極區(qū)域獲取月表反射數(shù)據(jù)，根據(jù)多光譜探測器光譜響應(yīng)曲線對所述月表反射數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)，得到月表反射率數(shù)據(jù)；

12、對所述月表反射率數(shù)據(jù)，根據(jù)月球軌道衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)參數(shù)計(jì)算太陽入射角度和探測角度，采用月表雙向反射計(jì)算公式進(jìn)行角度歸一化，得到標(biāo)準(zhǔn)幾何條件下的反射率數(shù)據(jù)；

13、對所述標(biāo)準(zhǔn)幾何條件下的反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行波段組合運(yùn)算，通過最小二乘擬合提取光譜特征參數(shù)，所述光譜特征參數(shù)包括光譜斜率、吸收帶深度和波段比值；

14、根據(jù)所述光譜特征參數(shù)建立與月表粒徑的映射關(guān)系，采用支持向量回歸方法構(gòu)建月表粒徑反演模型，通過所述月表粒徑反演模型對月球兩極區(qū)域進(jìn)行粒徑制圖。

15、優(yōu)選地，所述步驟s2具體包括：

16、所述光譜配置方案包括各個(gè)波段的光強(qiáng)度分配比例和照明角度設(shè)置參數(shù)；

17、對月壤樣本進(jìn)行光譜掃描，獲取所述月壤樣本在可見光波段、近紅外波段和短波紅外波段的光譜反射率曲線及吸收峰值波長；

18、根據(jù)所述光譜反射率曲線采用光線追跡程序計(jì)算組合透鏡的波段透射率，得到所述組合透鏡在不同波段的光譜透射率數(shù)據(jù)；

19、采用貝葉斯優(yōu)化算法處理所述光譜反射率數(shù)據(jù)和所述光譜透射率數(shù)據(jù)，得到光譜強(qiáng)度分配方案；

20、根據(jù)所述光譜透射率數(shù)據(jù)和所述光譜強(qiáng)度分配方案，采用蒙特卡羅光線追蹤方法計(jì)算照明光束在月壤表面的光強(qiáng)分布圖，獲取光強(qiáng)分布均勻度指標(biāo)；

21、根據(jù)光強(qiáng)分布均勻度指標(biāo)，生成最優(yōu)照明角度參數(shù)。

22、優(yōu)選地，所述步驟s3具體包括：

23、根據(jù)波段定標(biāo)曲線得到月壤表面反射率數(shù)據(jù)，并對所述月壤表面反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜降噪處理及歸一化處理，得到包含光譜斜率、光譜深度和波段比值在內(nèi)的光譜特征參數(shù)；

24、對所述光譜特征參數(shù)與預(yù)先建立的月壤反射特性數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相似度計(jì)算，并通過k近鄰算法得到月壤類型識(shí)別結(jié)果和礦物含量數(shù)值；

25、根據(jù)月壤類型識(shí)別結(jié)果和所述礦物含量數(shù)值，采用回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到各波段光源的功率調(diào)節(jié)系數(shù)，并通過液晶光譜調(diào)制陣列對各波段光源的透射光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制。

26、優(yōu)選地，所述步驟s4具體包括：

27、獲取登月車多光譜相機(jī)采集的月壤反射率數(shù)據(jù)，并對所述月壤反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行暗電流校正和光譜定標(biāo)處理，得到月壤反射光譜數(shù)據(jù)集；

28、采用最大最小值歸一化方法對所述月壤反射光譜數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)，提取光譜斜率、吸收帶深度和波段比值的光譜特征參數(shù)；

29、根據(jù)所述光譜特征參數(shù)構(gòu)建深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的編碼層將所述光譜特征參數(shù)映射至潛在特征空間，通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的解碼層將潛在特征轉(zhuǎn)換為光譜配置參數(shù)；

30、根據(jù)所述光譜配置參數(shù)生成照明組件控制指令序列，所述控制指令序列包括波段編號(hào)、功率系數(shù)和調(diào)制電壓參數(shù)，并通過串行通信接口發(fā)送所述控制指令序列至照明控制器。

31、優(yōu)選地，所述步驟s5具體包括：

32、根據(jù)電流電壓監(jiān)測單元采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算照明組件與挖掘組件的實(shí)時(shí)功率值，通過時(shí)間積分運(yùn)算得到照明組件與挖掘組件的能量消耗數(shù)據(jù)；

33、采用深度傳感器記錄挖掘作業(yè)參數(shù)，得到挖掘深度數(shù)據(jù)，對所述能量消耗數(shù)據(jù)與所述挖掘深度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分運(yùn)算，獲取單位體積冰層的能量消耗數(shù)據(jù)集；

34、根據(jù)所述能量消耗數(shù)據(jù)集構(gòu)建光譜配置參數(shù)與單位能耗之間的映射函數(shù)，通過最小二乘法確定映射函數(shù)的權(quán)重系數(shù)；

35、對月壤反射率曲線獲取波長采樣點(diǎn)集合，采用梯度下降法對光強(qiáng)度初值進(jìn)行迭代優(yōu)化，若預(yù)測能耗與實(shí)測值的偏差超出偏差閾值，則更新光強(qiáng)度參數(shù)。

36、優(yōu)選地，所述步驟s6具體包括：

37、根據(jù)激光雷達(dá)掃描儀獲取月球表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)變換投影至水平面得到月表高程分布圖；

38、對所述月表高程分布圖進(jìn)行最小二乘法曲面擬合，獲取包含坡度值、坡向角和曲率值在內(nèi)的地形特征參數(shù)集；

39、采用多光譜相機(jī)監(jiān)測作業(yè)區(qū)域光照強(qiáng)度，結(jié)合所述地形特征參數(shù)集、以及太陽位置計(jì)算器輸出的方位角和高度角，計(jì)算得到光照遮擋區(qū)域；

40、根據(jù)所述光照遮擋區(qū)域與所述地形特征參數(shù)集，采用局部搜索算法對照明組件姿態(tài)角度進(jìn)行優(yōu)化，得到照明組件最優(yōu)安裝角度。

41、優(yōu)選地，所述步驟s7具體包括：

42、對透鏡中心區(qū)域和邊緣區(qū)域設(shè)置的溫度傳感器陣列采集測溫點(diǎn)溫度值，所述測溫點(diǎn)溫度值由數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行同步采樣獲得；

43、根據(jù)所述測溫點(diǎn)溫度值進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)空間插值計(jì)算，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層生成透鏡表面溫度分布數(shù)據(jù)；

44、根據(jù)所述透鏡表面溫度分布數(shù)據(jù)計(jì)算得到溫度場均勻度指標(biāo)值，所述溫度場均勻度指標(biāo)值通過溫度梯度運(yùn)算確定溫度變化劇烈區(qū)域；

45、根據(jù)所述溫度變化劇烈區(qū)域的溫度場均勻度指標(biāo)值查詢模糊規(guī)則庫，所述模糊規(guī)則庫輸出半導(dǎo)體制冷器功率值和加熱絲功率值至溫度閉環(huán)控制器。

46、本發(fā)明所述的一種深空探測用照明矩形組合透鏡的數(shù)據(jù)處理方法，其優(yōu)點(diǎn)在于：

47、本發(fā)明所述的一種深空探測用照明矩形組合透鏡的數(shù)據(jù)處理方法通過獲取月球兩極區(qū)域的多光譜成像數(shù)據(jù)，建立月壤反射特性數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)登月車照明系統(tǒng)的光譜配置方案；在挖冰作業(yè)過程中，實(shí)時(shí)獲取作業(yè)區(qū)域月壤反射率數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整照明系統(tǒng)配置，使其與月壤反射特性相匹配；同時(shí)，基于能耗和挖冰效率數(shù)據(jù)，優(yōu)化光譜配置參數(shù)，并根據(jù)地形和光照條件調(diào)整照明系統(tǒng)安裝角度；并且對登月車照明系統(tǒng)中的組合透鏡組件進(jìn)行溫度控制，確保登月車照明系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明通過精確匹配照明效果與月壤特性，并考慮能耗和效率因素，顯著提高了月球兩極區(qū)域挖冰作業(yè)的效率和精度，為月球資源開發(fā)提供了重要技術(shù)支持。