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航空航天发展方向范文1
发令枪已响，一场空天领域的竞赛正在激烈上演。近日，欧洲航天局宣布重返月球计划，将建造首个月球永久性基地，美国宇航局2016年则瞄准太空旅行和深空探测，实施一系列火星计划，并计划于2030年实现宇航员登陆火星的目标。各大国动作频频，剑指苍穹，那么作为军事强国的俄罗斯有着怎样的举动和战略考量呢？在这场激烈的角逐中，俄罗斯空天力量体系的实力又到底如何呢？ 俄罗斯空天领域既有优势
作为老牌世界军事强国，俄罗斯的航天实力不容小觑。在苏联的光环下，俄罗斯航天业有着得天独厚的既有条件，使得其在诸多航天领域独具优势。
航天基础设施体系完善 莫斯科郊外的航天中心内，用于宇航员模拟太空练习的离心机正在工作。
20世纪美苏的“星球大战”推进了苏联航天业的快速发展，催生了强大完善的航天力量体系。苏联解体后，俄罗斯继承了苏联85%以上的航天工业，这使得俄在航空航天领域的起点较高，起步较快。诸如航天与导弹工业的科研机构、空天武器装备的生产制造单位、航天器的发射及监测基地等一整套完整的基础设施体系为俄罗斯航天业的发展铺平了道路。
空天核心技术较为成熟 1961年4月12日，苏联航天员尤里・加加林搭乘“东方”号载人航天飞船遨游太空，书写了人类探索太空的新篇章。苏联时期的叱咤雄风并未随苏联的解体而消散，其领先的核心技术在俄得以继承。目前，在运载火箭、反导武器方面，俄可以说独领。自1995年以来，美国军方一直使用俄制RD-180火箭发动机来发射军事和间谍卫星。迄今为止，“质子”-M大型运载火箭也运载了50多颗美国商用卫星。另外，俄正在发展的S-500防空反导系统，可拦截500千米外以5千米/秒速度高速飞行的弹道导弹或战略弹道导弹，以及大气层外的各种高速飞行器，其整体作战效能远远超过全球任何一种现役的防空系统。 追梦路上困难重重
虽然俄罗斯在空天领域占有一定优势，但较苏联来说，却一直在走下坡路，体制机制上的诟病积重难返，基础设施上的损耗也日益严重，这无形中给俄航天业的发展增加了巨大的阻力。
资金不足成为“拖油瓶” 此前，俄总统普京曾痛心疾首地指出，俄航天事业有沦为“航天马车夫”的危险。现在看来，这种形势依然不容乐观。从俄罗斯航天集团公司在2016年1月公布的2016～2025年俄联邦航天计划草案来看，俄未来10年的航天预算将比此前计划大幅缩水。受国际经济形势低迷和卢布汇率持续下跌影响，2016～2025年俄联邦航天预算将由此前计划的2万亿卢布降至1.4万亿卢布，降幅达30%。由此，俄未来10年的航天计划将被迫大幅“瘦身”。例如通过重型运载火箭实施“绕月”探测的时间，将从此前计划的2025年推迟到2025～2030年间实施;首次载人上月球的飞行时间将从2030年推迟至2035年;未来10年研制和发射的航天器数量也由此前计划的185个降至150个;此外，还有数个研究计划被从太空计划中砍掉。由于经费问题，俄空天领域老化的旧武器系统得不到有效改进，先进的新装备也无法列装部队。可以说，资金的短缺已经严重阻碍了俄航天工业的发展。
腐败问题成为“拦路虎” 近年来，俄航天工业效率低下，航天事故频发，多枚火箭发射失败，俄目前在建的大型航天发射场―所谓的“东方航天港”也屡次因为资金问题而导致工程陷入停滞。在2014年，根据俄罗斯相关监管机构的调查结果，联邦航天局内部被发现的金额竟超过18亿美元。俄副总理罗戈津也直言：“在这样的道德腐化程度之下，我们的航天发射屡屡发生事故也就不足为奇了。”所以，俄高层决心根除航天部门久治不愈的顽疾，俄航天集团公司也由此应运而生。
人才流失成为“绊脚石” 近年来，由于在政治、经济等方面的保障及待遇不完善，使得俄国防科技人才大量外流。俄罗斯齐奥尔科夫斯基航天科学院专家卡拉什表示，许多一流专家没有在一线工作，他们的兴趣点也不在加速俄航天技术发展方面，而更关注自己的职位和薪水。虽然政府最近几年在航空航天产业投入了大量资金支持其发展，但这些费用大都投给了新的研发项目，而投入到人才培养上的资金相对不足，造成了目前俄罗斯大部分掌握尖端技术的科学家仍都是年过半百的老科学家，年轻科学家和技术人员的比例越来越低，甚至出现“断崖”。 砥砺前行，只为空天梦
俄罗斯曾是雄霸一时的世界大国，自然不甘愿沦当“航天马车夫”。同时，俄罗斯也清楚，随着新时期战争形态的深刻变革，空天领域将是未来敌我较量的主要战场。因此，俄罗斯十分重视空天力量的发展，不断采取措施以实现孜孜以求的空天梦。
整合结构，聚焦精干 未来作战是体系间的作战，构建完善的空天作战防御体系显得十分必要。俄罗斯从1993年就已经开始着手筹建太空作战、预警和侦察系统，并于1997年合并完成了火箭部队、军事航天部队和导弹防御部队建设，到2001年已正式创建了“天军”―航天部队。2006年4月5日，俄罗斯总统批准了新的《空天防御构想》，明确了俄军空天防御体系的建设原则、结构组成、作战目标、建设步骤、未来发展方向等一系列重要的事宜。近年来，乘着“新面貌”军改的浪潮，俄在2011年开始建立“集防空、反导和太空防御为一体”的“国家空天防御系统”，组建空天防御兵，并于2015年8月正式成立空天军，整合了战略预警、导弹防御、要地防空、外空监控、航天支援保障等力量，大大提升了空天作战能力，实现了防空、反导、太空防御“三位一体”的目标要求。在2016年1月，俄又将国家航天局改为俄罗斯国家航天集团公司，旨在进一步精简组织编制、改善指挥能力、增强作战能力，加速落实“空天一体”的战略构想。这一路走来，俄罗斯披荆斩棘，乘风破浪，不断朝着精简、高效的空天作战防御体系迈进，大大推动了航天事业的发展。
防御为主，瞄准打赢 现今武装斗争的重心已转向空天领域，未来武装冲突的结局将主要由空天领域的对抗决定。2001年，美国单方面退出《反导条约》，在外空攻防对抗中采取“先发制人”的进攻战略原则。近年来，美国不断试飞X-37B空天飞机，使得全球快速打击不再遥不可及，隐身飞机、精确制导武器的广泛应用又给各国空天安全带来严重挑战。面对来自美国及其盟友咄咄逼人的空天威胁，俄罗斯结合目前的政治经济现状，认为优先发展空天防御、避免陷入军备竞赛、保证国家安全是当下的首要任务。为此，根据俄航天10年计划，反卫星武器将是重点发展对象，积极推进反卫星武器的研究和部署，压制和削弱美国的反导体系成为了工作的主要目标。目前，俄罗斯航天导弹防御部队可监视8500个太空目标，能对美国全境内所有洲际弹道导弹发射场进行全天候监视，已建成15个快速反低轨道卫星系统发射台，拥有100部导弹发射装置。在武器系统上，俄罗斯主攻的“白杨”-M导弹及主守的S-400“凯旋”反导系统提供了尖锐的利器和坚实的盾牌，让美国精心部署的空天攻防武器显得“力不从心”。
合作共赢，谋于发展 优势互补，合作共赢可以说是俄罗斯目前不得不采取的一项举措。由于巨大的经济下行压力，导致俄罗斯投在航天工业上的资金一缩再缩，不得不从其他方向上获取部分经济来源。另外，由于俄国防科技人才的流失及技术上的短板，使得加强国际交流合作非常必要。在商业领域，俄罗斯瞄准太空潜在的商业价值，不断开发挖掘，早在1999年8月俄罗斯空间联盟公司就开始与安德森的太空冒险旅行公司合作开发“太空游”项目，获得巨大利润;在太空探索领域，俄美两国合作已久，美国主力运载火箭“宇宙神”-5的第一级发动机就是引进俄制的RD-180，且在国际空间站的合作上，美国每向国际空间站运送1名宇航员，需向俄支付近7100万美元的“船票”。不管怎样，以国际交流与合作为跳板，将助力航天工业的迅速发展，给俄罗斯空天事业打开一条光明大道。因此，航天领域的交流与合作仍将是未来俄航天产业的重要工作方向。 俄罗斯S-400防空导系统
航空航天发展方向范文2
【关键词】数字水印；提升小波变换；人类视觉系统（HVS）；奇异值分解（SVD）
1.引言
随着信息媒体的数字化，特别是计算机网络的迅速发展和广泛应用，为信息的存取和传递提供了极大的便利，同时也提高了信息表达的效率和准确性。但是随之而来的数字作品的版权问题和信息安全问题越来越引起人们的关注。数字水印（digital watermarking）技术[1]作为新兴的信息安全技术，为解决数字作品的侵权问题提供了一个有效的解决途径。近年来，数字水印技术研究取得了很大进展，并陆续提出了一系列优秀的水印嵌入算法。进而关于彩色图像的水印嵌入算法、多功能水印嵌入算法等也相继出现，以及数字水印与其它技术相结合的研究也取得了一些重要成果。这使得数字水印技术的应用越来越广泛而受到人们的关注。
2.数字水印技术
2.1 数字水印概念
数字水印技术[2]是利用数字作品中普遍存在的冗余数据与随机性，将数字、序列号、文字、图像标志等版权信息嵌入到被保护的数字作品本身中，通过检测和提取水印，可以标识和验证出数字化图像、视频和音频作品的作者、拥有者、发行者或授权消费者的信息，还可以追溯数字作品的非法传播，从而起到版权保护、秘密通信、数据文件的真伪鉴别和产品标识等作用。
水印技术中，隐蔽性和鲁棒性是最基本的要求，影响隐蔽性和鲁棒性的因素主要是水印的结构和嵌入方法。水印容量与鲁棒性构成了一对基本矛盾，即嵌入的水印信息越多，算法的鲁棒性越差。
2.2 应用
数字水印主要在以下几个领域[3]：
（1）版权保护
（2）篡改提示
（3）票据、证件防伪
（4）隐蔽通信
2.3 数字水印典型算法
数字水印算法大致可以分为两类：空域算法和变换域算法。空域算法直接修改图像像素值的数值，将数字水印直接加载在载体上。常见的有LSB（least significant bits）算法、拼凑算法（Patchwork）和纹理映射算法、文档的结构微调算法。空域算法实现简单，而且可以根据信号的局部特征进行自适应，但鲁棒性差，难以抵抗各种攻击。
变换域算法也即频域算法，由于频域中能量分布集中，有利于保证水印算法的隐蔽性，逐渐成为研究重点。常见的变换域算法有离散傅里叶变换算法（DFT）、离散余弦变换算法（DCT）、离散小波变换算法（DWT）及提升小波变换算法（LWT）。本文重点介绍离散小波及提升小波变换算法在数字水印中的应用。
3.提升小波变换
3.1 提升小波变换基本原理
1995年Sweldens提出一种不依赖于傅里叶变换的新的小波构造方法—提升格式（Lifting Scheme）[4]，称之为第二代小波变换。基于提升方法的小波变换既保持了传统小波的优点，又克服了它的局限性，正好可以将它的这些特点应用到数字水印技术中。提升小波变换很容易实现整数小波变换，可以使小波变换用于信号的无损压缩。一个完整的提升小波方案包含了三个步骤，即分裂（Split）、预测（Predict）和更新（Update）。
3.2 提升小波变换的分解
（1）分裂：将原始数据列分解为两个互不相交的子集，通常为偶数列和奇数列，表达式如下：
（2）预测：利用数据间的相关性，用偶序列预测奇数序列，预测过程表达式为：
（3）更新：通过算子产生一个数据子集来代替，表达式为：
通过上述三个过程，可将原始信号分解为下一级分辨率的低频信号和高频信号。至此，完成了一次提升，相当于小波的一层分解。对于低频信号可继续进行同样的分解。
一个完整的提升小波分解如图1所示。
与传统的第一代小波变换相比，LWT具有以下优点[11]：a）继承了第一代小波的多分辨率特征；b）不依赖于傅里叶变换；c）效率高，利用复合幅值，减少了浮点运算量，实现结构将更简单，运算速度快；d）小波变换后的系数是整数，可方便实现整数到整数的小波变换；e）图像的恢复质量与变换时边界采取何种延拓方式无关；f）计算时无须额外的存储开销，实现了本位操作，节省了内存。
4.现有算法分析
Kundun等人[5]提出一种按照小波分解层次自适应的数字水印算法，水印信号是一个二值图像，但原图是水印图像大小的2m次方倍。原图经过L层小波变换，水印图像也经过一层的小波变换。Kundun等人在嵌入水印时还考虑了（HVS），加入了与局部HVS特征相关的水印强度系数，提高了算法的性能。但是此水印检测时仍需要原图，为非盲水印。文献[6]也是基于DWT的数字水印，且考虑了HVS特征。它用一个全局阈值来选取需要嵌入水印的系数，且实现了盲水印。
单纯的基于小波变换在内的各种时频分析的水印算法，如果不辅以其他改进措施，很难抵抗剪切、旋转、放缩等几何攻击。2004年，图像的奇异值分解[7]对于几何失真（转置、镜像、旋转、放大、平移）具有不变性的理论一经证明，奇异值分解便很快被应用于数字水印技术中，并取得了一些重要的科研成果。
Liu等[8]提出了一种基于奇异值的水印算法，具有较好的鲁棒性。
文献[9]提出了一种改进型的基于分块奇异值分解（Block—SVD）的数字水印算法，该方法采取了分块的思想，将原始图像矩阵分成8×8的小块，因此无需计算整个图像矩阵的SVD，从而缩短了水印嵌入和提取的时间，尤其对大图像效果明显。同时文献[9]引入了检测器失真补偿技术来提高取出的水印的视觉质量。
奇异值矩阵可以作为嵌入水印的宿主信号，而正交矩阵中同样也可以嵌入水印信息[10]。
王丽佳[11]设计了一种改进的基于提升小波的彩色水印算法，在彩色的Cb分量上嵌入二值水印信息，采用自适应阈值调整的方法在中低频子带分块嵌入水印，提取时采用集合校正提高算法的鲁棒性，并且不需要原始图像，实现了盲提取。仿真实验证明该算法不仅有较好的隐蔽性，而且对噪声攻击、JPEG压缩、旋转、剪切攻击等具有很强的鲁棒性，但是难以抵抗低通滤波操作的破坏。
上述算法都只实现了一种水印嵌入，具有单一的功能，安全性、保密性都不能满足实际需求。多频道或多功能水印嵌入算法在早期的国外研究中就已经出现[12]。Rashmi Agarwal等[13]提出基于奇异值的多频道数字水印算法。首先分离彩色图像的R，G，B三个颜色通道，然后分别作奇异值分解，提取正交矩阵。第二步将三幅不同的水印图像分别作奇异值分解，同样提取正交矩阵，最后将三个不同的正交矩阵按顺序分别嵌入到宿主图像的三个颜色通道的正交矩阵中。该算法的新颖之处在于不仅在一幅图像中嵌入了不同的水印图像，实现最大数量水印信息的嵌入，还同样适用于一种水印的嵌入，而且仿真实验证明该算法的鲁棒性较好，同样又兼顾了水印的不可见性。但在水印检测时需要原图像，为非盲水印。
国内关于多种水印的嵌入算法研究也取得了一些重要成果。[14]首先对每个颜色通道进行三级离散小波变换（DWT），然后修改不同分辨率层间小波系数，并利用它们之间的相关性来嵌入版权保护和操作跟踪数字水印。该算法对有损压缩攻击具有很好的稳健性，而且在数字水印的提取过程中不需要原始图像。该算法不仅嵌入多种水印，且实现了多种功能，仿真实验表明该算法具有较强的鲁棒性，并对区域认证和完整性验证更为有效。
王向阳[15]等提出了一种半脆弱水印算法，该算法同时具备版权保护及内容认证功能。首先将原始彩色图像转换到YCbCr彩色空间，然后对亮度Y进行小波分解，用混沌序列对分解后的小波近似系数调制生成基于图像内容的数字水印信号，最后对亮度及色度均进行小波分解，结合HVS及局部系数相关特性，通过分块量化将水印信号嵌入到载体图像的小波域中，从而实现了版权保护和内容认证。在选取量化步长时，引入反映人眼视觉系统的感知计算模型，依据小波域相邻子带的相关性，利用相同分解级的两个相邻子带内相同位置的视觉感知特性值来预测小波系数上嵌入的量化步长值。但是，该算法只实现了一种嵌入算法，安全性不够高，同时又主要是用于内容认证，版权保护功能不能充分发挥。
陈光喜等[16]结合提升小波设计出一种新的多功能水印算法。首先将图像进行一级LWT，选取低频子带嵌入版权水印，选取中频子带嵌入认证水印。具体步骤为：首先对低频子带系数进行自适应量化取整，选取量化取整后的较高比特位（如第4到第6六位中的一位）异或运算，结果和待嵌入的水印对应位再进行异或运算，得到密钥，通过可以验证并恢复出水印。这样不直接将版权水印嵌入图像，并未改变原图像内容，从而提高了图像的质量。在嵌入内容认证水印时，则采用系数抖动调制的方法。首先将中频子带分块，在每个子块中任意选取一个系数，用量化步长量化，再根据量化结果将系数重新调整到区间中心，在每个子块嵌入1比特的水印信息。这样水印比特不仅具备了一定的抗干扰能力，且能够被正确检测出来。这里量化步长的选取仍采用了文献[15]的方法。该算法实现了多功能水印的不同算法嵌入，实验表明能够很好地实现数字图像版权保护、篡改检测和定位，提取出的双水印的峰值信噪比（PSNR）高于文献[15]的，同时兼顾了隐蔽性和鲁棒性之间的平衡。但是因为系数的选取是随机的，如果选取了一些不重要的、较大的或者很小的系数，水印信息很容易遭到滤波、几何攻击的操作破坏。
通常，嵌入的水印信息越多，图像的质量就越受到影响。因此，多功能（多种）水印的嵌入算法仍然需要完善和改进，特别是如何减小对原始图像质量的影响以及提高水印的鲁棒性。
另外，一些作者还将数字水印技术与其他技术领域相结合，也取得了一些重要成果，主要有以下几方面：
（1）与生物识别技术的结合。生物特征具有唯一性、与生俱来、易于识别等特点，安全性高。因此，将生物特征作为水印，可以作为身份、版权的唯一标识，达到更好的版权保护。郭小晋[18]设计一种基于指纹的数字水印方案。首先将原始图像和加密后的水印图像分别分成8×8的小块，然后对每一个小块分别进行离散余弦变换（DCT），对个子块的DCT系数按Zigzag排序，取出水印图像排序后的前20个系数作为水印嵌入原始图像中。在嵌入水印时，根据人眼视觉系统（HVS）的特性选取嵌入水印的DCT系数位置，再根据嵌入公式嵌入水印信息。这里分别进行了不同嵌入强度的仿真实验，最后确定嵌入强度为0.8。该方案因采用分块的方法，嵌入的水印信息量较大；水印是能够表明身份的指纹图像，安全性高；有很强的抗剪切、抗JPEG压缩能力。
（2）数字水印处理技术与压缩编码算法的结合。乔社娟，张菊香等[18]提出基于PDF417和提升小波的数字图像水印算法。首先对原始图像进行三级提升小波变换，选取低频子带嵌入水印信息。水印预处理过程则是先用PDF417对其编码，结合密钥采用混沌序列进行置乱加密，得到加密后的二值水印信息嵌入到原始图像低频子带中。该算法利用PDF417编码特性，采用Reed—Solomon校验码，具有强检错、纠错功能，提高了水印的质量，实现对水印信息的双重安全保护。但是水印是嵌在低频子带中，抗几何攻击的能力不高，且很可能在经过低通滤波时水印信息就被滤掉。
除了PDF417编码技术，Vongpradhip，S.等提出基于QR编码的水印算法。首先对原始图像进行QR编码，再进行离散余弦变换将其分解成不同的频带，选取中频子带嵌入水印信息。仿真实验证明该算法具有较强的抗JPEG压缩和抗噪声攻击的能力。
基于压缩编码技术的数字水印在抗击压缩方面有着突出的优势，但是难以抵抗滤波操作（低通和高通），而水印信息通常是在滤波的时候被去掉的。因此，仅仅靠压缩编码技术提高水印的鲁棒性是不够的，可以根据实际情况辅以其他措施，来提高水印的安全性和稳健性。
5.结束语
数字水印技术是近年来信息隐藏技术中兴起的一个前沿研究领域，与信息安全、数据加密等有着密切的关系，应用也非常广泛，特别是针对现代网络技术的迅速发展，更具现实意义。而提升小波变换因其独特的优点也会越来越被广泛应用于数字水印技术中。今后数字水印技术仍将着重于多功能（多种）数字水印、水印信息加密技术、稳健性、稳健性与隐蔽性之间的平衡以等方向，如何将这些技术运用到音频水印、视频水印中也值得去探讨。因此，数字水印技术仍是一项具有挑战的研究课题。
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