星载红外凝视相机信噪比计算分析

红外相机信噪比计算是衡量相机能否满足探测要求、评估系统总体指标是否合理的必要环节。从电子数角度出发，引入了计算空间红外凝视相机系统噪声与信噪比的方法，首先建立了完整的噪声计算模型，分析了不同噪声源对探测能力的影响，并比较了电子数法与比探测率法计算信噪比的适用情况。在此基础上分析了点目标探测与面目标探测中影响系统信噪比的主要因素。最后，利用建立的电子数计算模型，分析了美国微型传感器技术集成演示试验（MSTI-3）系统对大气背景的测量能力。     

星载红外点目标探测系统瞬时视场优化模型

瞬时视场是影响星载红外点目标探测系统性能的重要指标,为了实现高信噪比探测,有限口径的空间相机设计需要选择合适的瞬时视场。文章讨论了衍射受限条件下,瞬时视场对能量集中度、采样相位因子、背景杂波和信噪比的影响,建立了以信噪比最大化为目标函数的瞬时视场优化模型。基于在轨遥感图像统计背景杂波,确定了杂波系数范围和不同杂波程度的背景分布。结合实例仿真,计算了不同瞬时视场下的信号响应和信噪比变化,通过分析得出结论:随着瞬时视场减小,点目标能量集中度降低,采样相位影响减小,探测稳定性提高,杂波减小,信噪比先增大后减小,利用优化模型能得到最优瞬时视场。文章提出的模型可用于空间相机的指标设计和优化。     

美国STSS卫星有效载荷主要指标探讨

根据目标光学特性、大气吸收特性及地球背景辐射特性,推测了美空间跟踪与监视系统（STSS）卫星助推段捕获相机和中段跟踪相机的波段选择。根据卫星轨道及目标运动特性,推测相机探测距离和视场。以推测结果为输入条件计算星座覆盖率,结果验证了推测的合理性。     

空间目标可见光相机探测能力理论计算方法研究

空间目标可见光相机的探测能力主要与相机自身收集目标信号的能力、相机本身的背景噪声以及探测器组件的噪声水平有关。衡量空间目标可见光相机探测能力的主要技术指标是信噪比。在国内外相关资料比较缺乏的情况下,文章通过原理研究和理论推导,得到了空间目标可见光相机探测能力理论计算公式,并用实例进行了例证,表明该方法正确可取,为空间目标可见光相机设计时对探测能力的分析和预估提供了理论计算方法。     

空间目标可见光相机探测能力理论计算方法研究

空间目标可见光相机的探测能力主要与相机自身收集目标信号的能力、相机本身的背景噪声以及探测器组件的噪声水平有关。衡量空间目标可见光相机探测能力的主要技术指标是信噪比。在国内外相关资料比较缺乏的情况下，文章通过原理研究和理论推导，得到了空间目标可见光相机探测能力理论计算公式，并用实例进行了例证，表明该方法正确可取，为空间目标可见光相机设计时对探测能力的分析和预估提供了理论计算方法。     

红外探测阵列对固体导弹尾焰跟踪定位的研究

通过分析研究建立了前视红外探测阵列ＦＬＩＲ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｌｏｏｋｉｎｇ Ｉｎｆｒａ－Ｒｅｄ）对导弹进行精确跟踪、定位的数学模型，其中包括导弹的运动模型、大气干扰模型和探测阵列的观测模型。利用探测阵列ＦＬＩＲ的原始观测数据，扩展卡尔曼滤波器（ＥＫＦ）精确跟踪导弹目标。由于导弹与探测器的距离较远，故为视为点目标。导弹在探测阵列上投影的位置由两部分组成：导弹真实运动位置和由于大气干扰造成的偏移。滤波     

红外低轨星座凝视传感器的空间覆盖性能分析

针对探测冷背景条件下的空间目标的红外低轨系统,分析了红外低轨星座中凝视传感器对空间目标的探测特点,建立了红外凝视传感器的几何观测模型,考虑其探测距离和范围的约束,提出了一种红外凝视传感器对空间区域的覆盖判定方法,并给了一组表征星座凝视传感器对空间区域覆盖性能的指标。基于点覆盖数值仿真方法,得到了典型红外低轨星座凝视传感器的多重覆盖空间高度分层分布、纬度带多重几何覆盖分布以及立体空间区域多重覆盖高度分布等方面的性能特征,可以体现星座对空间立体区域覆盖的差异性。仿真结果表明了覆盖判别方法和空间覆盖性能指标的有效性,结论可为红外低轨星座设计及其空间应用设计提供一定的参考依据。     

预警卫星前馈复合控制研究

预警卫星在轨工作期间,星载扫描相机将对关注区域进行南北往复扫描,凝视相机对发现的目标进行跟踪探测。文章以美国天基红外系统为背景,研究了相机扫描运动对星体产生干扰力矩作用下的姿态稳定控制问题,在星体反馈控制基础上增加了相机扰动的前馈补偿控制。针对扰动力矩大于执行机构最大输出力矩的问题,基于动量矩守恒定律,设计了用于补偿相机扰动力矩的前馈控制器,实现了卫星姿态的反馈控制加前馈补偿的复合控制方法。仿真结果表明该方法能够较有效地抑制相机运动引起的姿态扰动。     

像素级数字化轻小型高灵敏度红外相机研究

空间红外相机温度灵敏度越高，就能获取所观测地物更多温差细节信息，高灵敏度空间红外相机在对城市、海洋等目标的观测中有着重要的应用。本文介绍一种基于像素级数字化积分成像的空间红外相机新体制，基于该体制的红外相机在单个探测单元内实现探测信号的模数转换，大大降低了模拟信号读出过程中而引入的噪声，且通过电荷包计数的方式完成对信号的数字化处理，小量积分电容就可以满足传统体制下的超大积分电容需求，使相机电荷处理能力不受饱和电子数的限制，极大提升低轨空间长波红外相机的信号电荷利用率。并且基于该体制的推扫型TDI（时间延迟累加）相机其TDI级数的增加不会引入更多的读出噪声，使得其在轨可通过更多的TDI级数延长等效积分时间，降低相机灵敏度指标对载荷口径的依赖，达到高灵敏度指标的同时有效控制相机口径，实现整机的轻小型化。已完成基于新体制的长波红外样机研制，噪声等效温差（NETD）实测已优于10mK，远好于目前传统长波红外相机所能达到的20-30mK灵敏度指标，并能通过增加TDI级数有效提升灵敏度，验证了该体制的工程可实现性。像素级数字化红外相机技术将是未来空间轻小型高灵敏度红外技术的重要发展方向。     

空间激光传能与红外目标探测共口径光学系统

空间激光无线传能任务中，采用红外目标探测方式实现精确跟踪瞄准。为克服分立光路的激光发射光学系统和红外目标探测光学系统既增加载重又不利于复合轴跟踪的困难，提出了激光传能发射与红外目标探测共口径光学系统。从激光传能距离和红外目标探测距离确定口径值，采用无焦离轴双抛物面作为共口径部分，利用分光镜将808 nm传能光束与7.7~9.5 μm的探测光束分离，设计了共口径光学系统。该系统口径270 mm，激光传能发射系统出射波前RMS＜0.01λ；红外目标探测系统相对孔径1/4，传递函数接近衍射极限。该共口径系统同时实现激光发射与红外目标探测的功能，可降低航天器进行星间激光无线传能任务的载重。     

基于二阶Keystone变换的FMCW SAR动目标成像与参数估计

本文研究了一种适用于调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的地面动目标成像与参数估计的方法。首先,建立FMCW SAR系统下的动目标回波模型,通过多普勒频移补偿和时频代换,提出了一种基于二阶Keystone变换校正动目标回波距离弯曲的方法。其次,用Hough变换去估计动目标距离向速度,并据此进行距离走动校正。最后,采用Wigner-Hough变换估计动目标的多普勒调频率,通过补偿二次和三次多普勒相位实现动目标的精确聚焦。仿真结果表明：该方法对参数估计有较高的准确性,同时估计的参数对动目标成像有较好的聚焦效果。     

基于递推贝叶斯的检测跟踪一体化方法

在雷达系统中,对雷达散射截面积(Radar Cross-Section,RCS)较小的快速机动目标的检测与跟踪是难点。本文提出采用基于递推贝叶斯原理的检测跟踪(Track-and-Detect,T&D)一体化方法提高雷达对这类目标的检测和跟踪性能。针对机动目标,用模型参数更新法来改进递推贝叶斯方法,即利用先验信息或实时估计的目标速度信息实时更新运动模型参数。对雷达实测数据的处理结果表明,该方法在机动目标的平均信噪比约为6dB时,即可实现在虚警率为10-3时检测概率达到0.9的指标。     

基于SRUKF的偏心仅测角相对导航方法

针对以单个光学/红外相机作为相对导航敏感器的航天器,提出采用相机偏心安装和平方根无损卡尔曼滤波（SRUKF）两种方法,解决自主交会时中远距离和近距离全过程的仅测角导航(AON)问题。在观测相机安装时,人为设置一个分米量级的安装偏心,按照观测距离分段建立相机观测模型并推导了观测敏感矩阵,从理论上证明了径向和法向相机安装偏心可以改善近距离v-bar相对位置保持点的观测度,并且对远距离导航精度没影响。构建了基于SRUKF的仅测角导航方法,该方法不需要强制要求初始估计误差满足小量假设和零均值高斯分布假设。经算例验证,在远距离时,采用本文提出的仅测角导航方法,其导航精度比传统扩展卡尔曼滤波（EKF）方法提高了一倍,计算负载降低了约10%;在近距离时,解决了仅测角导航v-bar相对位置保持点不可观测问题;并且当初始估计误差呈非高斯特性时,依然可以实现对相对距离的无偏估计。     

天基红外低轨星座对目标的跟踪算法研究

建立了天基红外低轨星座对自由段目标的观测模型,考虑了精确的目标运动模型。针对天基红外低轨星座的任务特点,从收敛速度、估计精度、估计有效性以及运算效率等方面比较了批处理滤波、EKF、UKF、高阶UKF和粒子滤波等算法的性能。仿真结果表明,综合考虑各种因素的影响,UKF具有最佳估计性能,能够对天基红外低轨星座中自由段目标进行有效跟踪。该文的理论分析和仿真实验对天基红外低轨星座的跟踪滤波器设计具有重要的指导意义。     

基于加速度分析的星载SAR-GMTI运动目标参数估计

针对具有加速度的地面快速运动目标对合成孔径雷达成像和参数估计带来的影响,提出了一种基于重聚焦的三通道运动目标检测方法.通过分析包含加速度的运动目标回波模型,使用广义二阶Keystone变换对杂波抑制后的通道数据进行距离弯曲校正,时频分析构造二次相位补偿函数校正剩余距离走动,并结合方位向傅立叶变换对运动目标进行聚焦成像.最后采用干涉处理技术求解运动目标参数矢量,完成目标的定位.仿真结果验证了该运动目标参数估计方法的有效性.     

一种用于静态红外地球敏感器的高效算法

为提高微纳卫星的姿态检测效果，针对静态红外地球敏感器的全景鱼眼成像特点，以单张红外成像为研究对象建立成像模型，提出了间隔向量积与t Location-Scale分布置信区间均值结合的算法。将红外成像投影到空间球体上形成空间像点环；在像点环上间隔取点做向量积，得到当前目标姿态角的样本集合；通过t Location-Scale分布进行极大似然估计，得到目标姿态角样本均值和方差的估计量；再次计算1σ置信区间内样本均值，最终得到目标姿态角的估计值。相比于原算法，目标姿态角在±10°内的标准差由0.06°下降为0.03°，精度提高了50%。另外为避免迭代收敛的耗时问题，给出了应用于实际工程的查表法，使运算速度提高了87%，提升了静态红外地球敏感器的测量精度和效率。     

星载TDI-CCD推扫相机的偏流角计算与补偿

在星载时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)线阵推扫成像相机中,为使TDI-CCD线阵移动方向与目标像移方向一致,并实现光生电荷包转移速度与目标像移速度的匹配以确保成像质量,提出一种用卫星偏航控制实现相机偏流角补偿的方法。导出了星下点、方位偏移和俯仰偏移成像时相机偏流角,以及目标像移速度的解析计算公式,并对偏流角补偿进行了讨论。     

双星双频地面快速运动目标成像与参数估计

在多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)的基础上,提出使用双卫星、双工作频率实现地面快速运动目标检测、成像和参数估计的方法。利用广义二阶Keystone变换对提取出的运动目标进行距离徙动校正,针对快速运动目标的多普勒模糊问题,使用修正的离散调频傅立叶变换结合最小波形熵搜索完成目标多普勒参数估计后,利用数值搜索的方法对不同工作频率下的速度集合进行交集求解得到目标真实速度值,并给出了一种运算量较小的快速搜索算法。最后,计算机仿真表明了方法的有效性。     

单通道红外防空导弹图像解耦方法研究

针对单通道防空导弹导引头图像的弹旋解耦问题，提出采用图像解析算法进行弹旋软解耦的方法，可以使弹旋解耦不依赖于通常采用的陀螺等硬件装置。通过建立导弹与目标相对运动空间模型和成像模型，得出了耦合和解耦构成可逆过程的结论，图像解析算法建立在互逆结论的基础上，将导弹旋转角速度的估计分为近似估计和精确补偿两个过程，并设计了角速度实时跟踪的解耦流程。仿真实验表明，图像解析算法进行弹旋解耦具有速度快，精度高等优点，其时延小于0．02s，误差小于0．005r／s，并有效的节约了解耦成本。     

MTD雷达系统仿真及其抗干扰性能分析

动目标检测(MTD)雷达作为一种被广泛用于强杂波背景下检测运动目标的雷达,其各项性能越来越受关注.在分析MTD雷达信号处理系统的基础上,对某MTD雷达系统进行了仿真,得到了该系统中各个处理点上的具体信号形式.该仿真模型能较好地满足分析MTD雷达各项性能的需要.最后给出了发现概率随信杂比变化的曲线来说明该雷达的抗干扰性能.