天基空间碎片光学探测影响因素分析及仿真

光学手段在天基空间碎片探测中被广泛应用,但容易受到杂光等因素影响。结合在轨试验数据,从探测器和碎片两方面分析了影响天基空间碎片光学探测的因素。影响探测器探测效果的因素包括太阳光、月光、地气光、大气辉光等杂光及南大西洋异常区辐射等;影响碎片可见性的因素包括地球遮挡、地影及反射的太阳光等。分别给出了上述影响因素涉及的特征量及规避影响的计算方法。基于某天基探测设备的仿真结果表明,上述影响在自然交会及姿态机动模式下均可能发生,在试验设计时需被充分考虑。最后,针对某天基空间碎片探测任务进行了规划。文章对天基光学探测试验设计具有一定的指导意义。     

国外卫星光学遥感器前沿技术发展探析

正卫星遥感利用卫星平台搭载光学、雷达、红外等遥感器,获取地球陆地、海洋和大气的特征信息,形成图像以及反映物质成分的光谱信息等遥感产品。国外正在大力发展天基薄膜衍射成像、空间分块可展开光学成像、天基光学合成孔径成像、天基超光谱成像等新型卫星遥感技术,实现在空间、时间、光谱等不同维度的高分辨率光学探测。     

跟踪与数据中继卫星(TDRS)跟踪用户星的条件分析

中继卫星是航天测控网发展的必然趋势.一颗中继卫星对不同轨道的用户星测控支持能力是不同的,受多种因素的影响.从理论上详尽地分析了地球同步轨道中继卫星(TDRS)对近地航天器的跟踪条件,计算了中继卫星对各种轨道高度近地航天器的测控覆盖率,给出了中继星到用户星可视算法、地球遮挡和受太阳直射的计算公式,通过专业STK软件仿真验证了所得结论的正确性,它们可以作为确定天基网的中继星数量和对在轨中继卫星进行资源分配的理论依据.      

欧洲"伽利略"卫星导航系统进展

全球卫星导航系统（GNSS）是一种天基无线电导航定位与时间传递系统,包括卫星星座、地面系统及用户终端设备等三大部分,可为地球表面和近地空间的广大用户提供全天候、全天时、高精度的三维位置、速度及时间信息。“伽利略”（Galileo）卫星星座由30颗卫星组成,这些卫星均匀分布在3个中高度地球轨道上．其星座构形为Walker27／3／1,并有3颗在轨备份星。卫星轨道高度为23616km,轨道倾角为56°,设计寿命20年。     

双星"姐妹"太空聚首共探地球大气空间

北京时间7月25日下午3点05分，在太原卫星发射中心探测二号卫星由长征二号丙SM运载火箭送入太空，火箭飞行30分钟后，西安卫星测控中心传来的数据表明，探测二号卫星已准确进入近地点高度为681千米、远地点高度为38278千米、倾角为90度的轨道，发射获得圆满成功。至此，探测二号与先于它半年多升空的探测一号卫星一起，携手欧空局已经在轨的四颗探测卫星，实现人类历史上第一次对地球空间的六点立体探测。     

美国“天基太空监视”系统卫星投入运行

据美国空军太空司令部网站2011年3月14日报道,经过5个多月的在轨试验与评估,美国空军最近已把首颗"天基太空监视"系统卫星的控制权移交给了位于施里弗空军基地的第50作战大队第1太空作战中队。它具有里程碑的意义,是美国为提高空间目标和活动监视能力,完全掌握空间战场态势研制的天军武器系统。该卫星投入正式运行后,能按照     

基于SBV传感器的地球同步带目标监视系统星座设计

以天基可见光(Space-BasedVisible,SBV)传感器实现对整个地球同步带的监视为研究背景,对监视系统星座构型进行分析与设计.在分析三种观测模式优劣的基础上,给出了最优观测模式;导出了监视卫星轨道高度与搜索栅栏参数之间的关系,并以此确定了监视系统轨道高度的可选范围;通过分析影响天基可见光传感器观测时段和操作策略的因素,给出了SBV传感器的最优观测时段及成像时间的分配原则;在分析单星和双星监视系统方案覆盖率与重访次数的基础上,给出了监视系统卫星数目和搜索栅栏大小的选取原则以及满足回归性的双星监视系统轨道高度选取范围.研究结果表明,监视卫星经过天极附近时采用pinchpoints观测模式可有效提高对较大倾角地球同步轨道目标的覆盖能力,其轨道采用降交点在06:00LT或18:00LT时的太阳同步圆轨道,高度约在615～850km,且在此范围内有6条轨道满足星座回归性要求.      

HXMT卫星空间环境监测器及初步观测结果

硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星是中国首个专门进行天文探测的空间科学实验卫星,运行于高度约550km、倾角约43°的低地球轨道.星载空间环境监测器为星上科学任务开展提供背景辐射实测资料.该监测器采用固体探测器望远镜系统和扇形阵列全新组合设计,可获取轨道空间高能质子和高能电子能谱、方向综合动态结果,给出更为全面的粒子辐射分布图像.初步探测结果显示,卫星运行轨道遭遇的带电粒子辐射集中分布在经度80°W-20°E,纬度0°-40°S的南大西洋异常区,粒子辐射在该区域表现出不同程度的方向差异分布,高能电子方向差异分布显著强于高能质子.2017年9月空间环境扰动期间,爆发的太阳质子事件并未对该轨道粒子辐射产生影响,而地磁活动导致该轨道穿越经度120°W-60°E,纬度40°-43°N的北美上空和经度60°-120°E,纬度43°-40°S的澳大利亚西南区域时遭遇增强粒子辐射影响,增强的粒子辐射表现出极强的方向分布.      

基于剩余推进剂估算的卫星寿命预测方法

针对地球静止轨道卫星在轨寿命问题,提出了通过星上液体剩余推进剂计算分析卫星在轨寿命的方法,研究了工程中影响卫星在轨寿命的因素,给出了适用于工程的卫星寿命预测方法,并通过工程进行了验证.      

电磁监测试验卫星矢量磁场探测方法

电磁监测试验卫星是中国第一颗近地轨道电磁场科学探测试验卫星, 探测空间背景磁场是其重要任务之一. 空间背景磁场探测需要在卫星平台上对空间矢量磁场进行长期稳定准确探测, 电磁监测试验卫星采用磁通门磁强计和基于CPT效应的绝对磁场校准装置(Coupled Dark State Magnetometer, CDSM)分别探测空间相对矢量磁场以及绝对标量磁场, 通过数据处理, 使最终的矢量磁场探测数据具有准确性. 这种数据处理方法在理想模型下拥有解析解, 实施过程中载荷的噪声、 准确度及稳定性影响模型的准确性, 会产生数据校准误差. 通过对在轨磁场探测的模拟确定了这种数据处理方法的性能, 验证了在载荷设计性能的基础上电磁监测试验卫星的磁场探测可以实现1 nT的准确度.      

基于像素间孤波的图像处理模型分析

通过对数字图像像素栅格之间非线性影响的研究,建立了像素间非线性影响的一维和二维时间演化方程模型,通过对方程模型的分析可知图像在空间上是离散的,图像像素之间的作用关系是非线性连续的,且方程具有解析性的孤波解.模型重点研究像素孤波的两个孤波之间的相互作用,给出了像素孤波的二孤波解,利用像素孤波的相互作用来研究模型的性能,发现像素孤波相互作用后仍能保持自身性质不变,因此可用像素孤波代替像素本身.同时发现像素孤波在相互作用时其幅值是两者的非线性叠加,可以作为影响的结果;并且像素孤波相互作用时其相位会发生特定的改变,可以将其映射为像素之间相互影响的方向信息.通过实验表明,模型可以用在图像滤波中,平滑度并不最优但是图像细节得到更多保留.      

对GEO卫星在轨加注的服务航天器组网方案优化

对地球静止轨道（GeosynchronousOrbit,GEO）卫星在轨加注燃料以延长其工作寿命蕴含着巨大的经济价值,而执行加注任务的服务航天器在轨组网方案直接影响在轨加注任务全局。文章以GEO卫星为在轨服务对象,开展了提供加注服务的航天器最优组网方案研究。提出了1个燃料存储站加N个加注飞行器的服务航天器体系架构,燃料存储站承载大量燃料,长期在轨稳定运行;加注飞行器机动运行,执行对GEO卫星加注任务,当加注飞行器燃料不足时,返回燃料存储站获取燃料。燃料存储站的质量、运行轨道,加注飞行器的数目、质量与运行轨道、对GEO卫星提供加注的加注飞行器任务分配等是组网方案研究的重点,建立了以对GEO卫星加注任务的响应时间短、服务系统成本低为互斥评价准则的服务航天器组网方案的多目标优化设计数学模型,分析了组网方案优化问题的求解方法及流程,采用多目标粒子群算法对服务航天器组网方案进行了优化设计,通过分析一组非支配优化设计结果对于2个互斥评价准则的平衡性,提出了1个燃料存储站加4～6个加注飞行器的服务航天器最优组网方案。     

基于嵌入式FPGA加速ORB算法的遥感影像配准方法

卫星上计算资源有限，星载嵌入式处理器处理遥感影像的配准时通常需要很长的时间。可编程逻辑门阵列（FPGA）利用其内部可编程器件可用于加速图像处理。提出了一种基于Xilinx公司的ZYNQ芯片加速ORB算法的遥感影像配准方法，可用于3000×3000像素尺寸的卫星图像配准，缩短了计算耗时，提升了ORB算法的计算能效比。利用FPGA能够实现真正的并行计算电路，实现ORB算法多支路单层流水线的并行计算结构。采用软硬件结合的方法实现架构，能够处理不同分辨率的图像，可灵活配置特征点的数量。基于设计的加速ORB配准方法，获得了较高准确率。与软件实现相比,OVS-1A遥感影像偏移精度损失低于0.05个像元;GF.4遥感影像偏移精度损失小于0.9个像元。将ORB配准算法流程应用在ZYNQ7020上，耗时减少了57.50%。     

A robust object-based shadow detection method for cloud-free high resolution satellite images over urban areas and water bodies

Unwanted contrast in high resolution satellite images such as shadow areas directly affects the result of further processing in urban remote sensing images. Detecting and finding the precise position of shadows is critical in different remote sensing processing chains such as change detection, image classification and digital elevation model generation from stereo images. The spectral similarity between shadow areas, water bodies, and some dark asphalt roads makes the development of robust shadow detection algorithms challenging. In addition, most of the existing methods work on pixel-level and neglect the contextual information contained in neighboring pixels. In this paper, a new object-based shadow detection framework is introduced. In the proposed method a pixel-level shadow mask is built by extending established thresholding methods with a new C₄ index which enables to solve the ambiguity of shadow and water bodies. Then the pixel-based results are further processed in an object-based majority analysis to detect the final shadow objects. Four different high resolution satellite images are used to validate this new approach. The result shows the superiority of the proposed method over some state-of-the-art shadow detection method with an average of 96% in F-measure.     

星载SAR辐射定标及其精度分析

随着星载合成孔径雷达（SAR)应用需求的发展,为了观测目标的物理特征,可以利用辐射定标技术获取更加精确的目标后向散射系数信息。主要完成单通道单极化条带成像模式下辐射定标及其精度分析,首先从雷达方程出发,进行严格的数学推导研究单通道单极化条带模式辐射定标技术;其次给出通过对已知雷达散射截面积的目标的观测,得到SAR图像上的灰度值与绝对的雷达散射截面积之间的关系;采用测量定标常数的方法,并基于辐射定标流程建立辐射精度误差模型和计算公式,重点研究了短期相对定标和长期相对定标中各因素对精度的影响。而且针对定标常数对绝对定标精度的影响给出了详细说明,指出星载SAR系统需要定期地完成系统修正。最后以TerraSAR-X卫星为例进行了计算验证,结果表明辐射精度预估值与实测值相差小于0.05 dB。     

脉冲相位法及其在复合材料无损检测中的应用

为了抑制各种因素的干扰,提高脉冲热像无损检测对复合材料的缺陷探测能力,研究了基于像素点时间信号FFT(Fast Fourier Transform)的脉冲相位法及其在复合材料结构检测中的应用.介绍了利用脉冲相位法进行脉冲热像数据处理的原理,讨论了信号处理中的频域混叠和频谱泄漏问题,进行了碳纤维增强塑料试件的脉冲相位法检测实验,以信噪比为指标对图像处理效果进行了定量比较.通过实验说明脉冲相位法不仅具有快速获取原始热像、对表面加热不均不敏感、无需预先知道无缺陷区的位置的优点,而且对随机噪声有较好的抗干扰能力,所得的相位图像有较高的信噪比,因此是复合材料结构无损检测和评估的有效方法.     

Hybrid method for crater detection based on topography reconstruction from optical images and the new LU78287GT catalogue of Lunar impact craters

Impact craters are ubiquitous and well-studied structures of high geological relevance on the surfaces of the Earth’s Moon, the terrestrial planets, the asteroids and the satellites of the outer planets. Therefore, it is not surprising that crater detection algorithms (CDAs) are one of the most studied subjects of image processing and analysis in lunar and planetary science. In this paper we are proposing a Hybrid CDA: a modified DEM (digital elevation map) reconstruction method used as a step in an existing CDA based on Hough transform. The new Hybrid CDA consists of: (1) reconstruction of topography from optical images using a shape from shading approach; (2) utilization of the DEM-based CDA; (3) correction of brightness and contrast of optical images used in order to be more suitable for evaluation of detections. An additional result of this work is a new method for evaluation of topography reconstruction algorithms, using a DEM-based CDA and an earlier approach for evaluation of CDAs. The new Hybrid CDA was tested using two Chandrayaan-1 Moon Mineralogy Mapper (M³) images and two excerpts of the Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) Wide Angle Camera (WAC) global optical image mosaic. As a result, the number of craters inside these four regions increased considerably from 1754 (as available in the previous LU60645GT catalogue) to 19 396 craters (as available in the resulting new LU78287GT catalogue). This confirmed the practical applicability of the new Hybrid CDA, which can be used in order to considerably extend current crater catalogues.     

星载观测平台的视线误差分析

为分析星载观测平台各项误差源对视线测量精度的影响,研究了一种基于多参量的视线测量误差建模与评价方法.不同于以往卫星、相机的空间测量方式,针对卫星、转台、相机的观测结构,构建了从惯性空间到光学传感器像平面的目标成像模型及星载观测平台视线测量模型.通过推导星载观测平台视线测量误差与观测中13项误差源的关系,提出一种基于灵敏度分析的误差评价方法,并在三个轴向上分析了各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响.利用蒙特卡罗仿真试验验证了理论模型的有效性.结果表明,卫星轨道误差、卫星姿态误差、载荷平台角振动误差、内外框架转动误差、像平面目标像点的位置量化误差是影响星载观测平台视线测量精度的主要因素.该方法能够科学评估各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响,对星载观测平台的总体设计具有重要的应用价值.      

基于分割途径的SAR单视图像斑点噪声抑制方法

在图像分割思想的基础上,结合合成孔径雷达(SAR)图像的区域特征,利用恒虚警率边沿检测技术将分割区域最大化,并在分割区域内根据SAR图像特性进行优化滤波,得到了一种基于图像分割的单视SAR图像降斑方法.其中,边沿检测和区域分割在多视图像中进行,保证了检测和分割的有效性.计算机仿真结果证明了该方法的优越性.