红外扫描过采样系统点目标亚像元定位与灰度提取方法研究

为提高系统的目标测向精度,对一种红外扫描过采样系统对远距点目标亚像元定位和灰度提取方法进行了研究。根据扫描过采样成像特点和模型,给出了基于重心法和最小二乘量子粒子群优化(LS-QPSO)两种过采样点目标亚像元定位技术。前者直接求解过采样图像目标像斑的灰度加权重心,用于点目标亚像元定位;后者基于最小二乘准则建立点目标定位和灰度估计目标函数,引入量子粒子群优化算法求解高维非线性目标函数最优化,同时实现点目标亚像元位置和灰度估计。对LS-QPSO方法进行拓展以满足对多个邻近点目标分辨需求。仿真结果表明:过采样体制能实现对点目标的亚像元定位;两种方法均能实现对单个点目标的亚像元定位,LS-QPSO性能更优;拓展后的LS-QPSO能实现对邻近多目标的分辨。     

基于稀疏重构的杂波环境下红外图像空间邻近目标超分辨方法

基于稀疏重构的超分辨方法是应对空间邻近目标的有效方法之一,但是当目标处于杂波环境下时,杂波会布满在整个视场范围内,导致场景原有的稀疏性被破坏。针对这一现象提出了一种在杂波环境下的超分辨方法。该方法充分利用了传感器的结构特性以及重构算法中的参数,通过建立观测信号的红外成像模型并利用像元网格划分的方式,建立空间邻近目标群的位置和幅度信号的稀疏表示,并利用其光学系统的点扩散函数来构造超完备字典,最后通过控制重构场景中非零元素的个数比例来使重构参数处于一个合理的区间范围,以此来达到去除杂波干扰并准确重建稀疏目标的目的。     

应用多星的空间目标跟踪定位算法

单星激光测距空间目标定位算法受远距离激光测距机测频的限制,有效数据速率较低。文章构建天基探测系统空间目标观测模型,提出一种应用多星的空间目标跟踪定位算法。该算法基于三角交会原理,面向多星不同载荷平台,基于空间目标成像投影和坐标转换模型,计算空间目标的异面直线距离,采用最近邻算法最优匹配关联同一空间目标的星间像点,基于双星交会模型解算空间目标轨迹,进行空间目标跟踪。此外,针对空间目标的星间信息丢失、空间目标与卫星共面时多空间目标跟踪精度低的问题,引入空间目标的加速度参数分量,改进卡尔曼滤波算法,预测空间目标轨迹位置,从而有效提高多目标跟踪精度。实例验证结果表明:文章提出算法的空间目标跟踪与定位精度高,能有效解决星间信息丢失引起的精度下降问题。     

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。     

单目-无扫描3D激光雷达融合的非合作目标相对位姿估计

针对传统的利用单一视觉传感器难以实现复杂非合作空间操控导航的问题,提出一种基于单目相机与无扫描三维激光雷达融合的非合作目标相对位姿估计方法。首先,设计了基于成像几何关系的单目纹理-非扫描距离图像的快速配准与融合方法;之后,在构建目标同步定位与建图（SLAM）贝叶斯滤波模型基础上,提出一种扩展卡尔曼滤波-无损卡尔曼滤波-粒子滤波联合的滤波估计算法,可实现尺度模糊下相对位姿的快速鲁棒估计;其次,针对估计中的尺度模糊问题,提出基于融合图像的全局尺度系数确定方法,将尺度系数估计问题转化为简单线性滤波问题。基于OpenGL生成的2D/3D图像实验表明：所提出的方法具有较优的精度和鲁棒性;相对位置估计误差与尺度估计误差相关,二者近似成线性正比关系。     

基于相关峰细化时延估计的舱内服务机器人发话人定位研究

发话人定位是舱内服务机器人有效区分航天员与环境并获取与航天员相对位置关系的重要手段。针对时延估计的机器人声定位算法精度受采样频率和噪声限制的问题,提出了一种基于相关峰精确插值的空间六元阵列发话人定位方法。该方法基于机器人球形结构设计,利用信号预处理和二次相关降低噪声干扰,通过线性调频Z变换(MCZT)取代快速傅里叶变换(FFT)计算细化频谱,突破已有时域采样率的限制,能有效弱化FFT带来的栅栏效应,提高相关函数分辨率、时延估计精度及发话人定位精度。实验结果表明:基于相关峰精确插值算法的发话人定位方法,其时延估计性能有明显提升,能较好地对声源目标进行定位,且算法精度优于基于广义互相关的发话人定位方法,能满足舱内服务机器人的定位需求。     

一种多制式传感器数据融合算法

针对一有三坐标雷达、两坐标雷达和红外探测器三种传感器的分布式多站多目标跟踪系统，提出了一种多制式传感器数据融合算法。算法以测量间最小距离为关联度，对测量集间的相似程度进行度量，用极大似然法估计目标位置，通过融合方法求得目标三维航迹。在作状态估计时，采用两组非线性卡尔曼滤波切换提高融合精度。     

一种改进的空间目标高速运动补偿方法

空间目标的高速运动会使得一维距离像产生畸变,因此高速运动补偿是空间目标高分辨雷达成像的关键步骤。基于线性调频信号模型,研究了高速运动对一维距离像产生的畸变影响,并通过定义一维距离像熵函数,将黄金分割优化搜索理论引入本文,提出一种实用高效的高速运动补偿方法,并将该方法移植到雷达信号处理机上,对大量实测高分辨雷达空间目标数据进行了处理。结果表明本文方法有效地补偿了高速运动对空间目标高分辨成像的影响,使得空间目标高分辨成像质量有了较大提高;且该方法计算量不大,满足实时ISAR成像的要求。     

空间目标天基天文定位误差分析

空间目标的天基观测是未来空间目标监视系统的主要观测方式。天基观测 可以利用轴系定位和天文定位两种方式实现对空间目标的定位,其中天文定位方式能够达到 较高的定位精度。星载相机的姿态测量误差和目标位置提取误差都会影响空间目标的天文定 位精度。基于此,本文推导了空间目标天基天文定位的误差公式,结合一套星载相机的参数 ,采用计算机仿真的方法,研究并分析了各项误差因素对天文定位精度的影响规律。计算结 果表明,空间目标的视赤经的精度随视轴赤纬角的增大而变差,视赤纬精度水平高于视赤经 的精度水平;将空间目标成像在CCD面中心位置附近,能够得到较高的定位精度;视位置测 量精度与目标星点质心提取精度呈线性关系;就目前的硬件水平而言,视赤纬可以达到标准 偏差优于2″的水平,视赤经精度稍差。
     

一种利用PCA的导弹轨迹重建方法

非同时刻成像将大幅恶化立体视觉方法对导弹的轨迹点重建精度和射向估计精度,针对这一问题,该文提出了应用主成分分析(PCA)重建导弹轨迹并且估计导弹射向的方法。论文在同步轨道双星观测条件下推导了将PCA方法应用到导弹轨迹重建及射向估计的原理,论证了目标三维轨迹最小方差投影直线在像面上的投影即为目标成像轨迹的最小方差投影直线,给出了通过求取目标成像轨迹的最小方差投影直线重建导弹发射面和轨迹点的算法。仿真实验表明了该方法可以有效地进行弹道轨迹的三维重建及射向估计,与现有方法相比,PCA方法重建精度更高,相机定标误差在一定范围内时,射向估计误差更小。     

提高红外成像空间分辨率的方法探讨

由于红外焦平面器件的像元尺寸和光学系统衍射效应的影响 ,红外成像系统的空间分辨率大大低于可见光成像系统。本文介绍了目前几种主要的提高红外成像空间分辨率的可能方法 :微扫描技术、光瞳滤波器及基于解析延拓理论的超分辨率图像重构技术 ,并对这些方法在工程实际中的应用作了评述。     

无源跟踪观测信息的融合优化滤波算法研究

为充分利用探测设备可测得的到达时间、到达方向和多普勒频率等空域、时域与频域信息,提出了一种新的单站无源定位系统数据融合优化滤波算法。给出了算法的基本原理及其模型。仿真结果表明：与传统算法相比,该算法具更好的定位精度和收敛速度,是一种有效、可行的定位算法。     

双极性压缩观测光谱成像技术研究

压缩传感突破了 Nyquist-Shannon 采样定理的限制,从随机观测的少量测量值中即可高精度地获取图像,给成像设备的设计带来了巨大变革。压缩传感理论证明可以通过重构恢复获得比焦平面阵列分辨率更高的场景图像。尽管在理论上存在巨大优越性,压缩传感成像系统的物理实现需要考虑一些实际问题。文章围绕压缩传感成像设备进行了研究,提出了一种物理可实现的压缩成像方法,该方法利用双通道观测架构实现压缩成像中的双极性观测,解决了压缩成像理论与实际物理约束不一致的问题。采用多路技术和多膜技术实现大视场观测与多次视场观测,该方法可以单次曝光获取充足的观测值来高精度重构原图像。压缩光谱成像数值仿真实验验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

低温红外镜头星点检测数据处理方法研究

在实验室模拟低温真空环境对红外镜头进行星点检测时，不能在像面处直接测得星点光源的像，而是通过在焦面处放置反射镜使系统二次成像的方法测得二次成像的弥散斑大小。二次像斑尺寸的变化将能反映出由温度变化引起的被测镜头焦面处像斑尺寸的变化。通过理论推导得出一次像与二次像弥散斑大小的数学关系，并通过对不同尺寸星点光源、不同像质光学系统的仿真分析，得出星点检测法的检测精度与星点孔直径有关，而与镜头本身成像品质无关。     

大气成分探测红外光谱仪系统指标分析

由温室气体引起的全球气候变化和环境污染已经受到全世界的广泛关注。进行大气成分探测，对于更好地了解温室效应产生的细节、大气分子的光化学性质对臭氧层的影响以及大气污染机制都具有重要意义。由于大气成分种类较多，其红外吸收光谱密集且复杂，因此大气成分探测仪器需要有较高的光谱分辨能力和信噪比。文章进行了大气成分探测的总体指标需求分析，并据此确定了大气成分探测红外光谱仪的主要技术指标。为了满足指标要求，该光谱仪采用傅里叶变换红外光谱仪的总体方案。通过仪器性能影响因素分析和系统优化，使得该仪器的最终设计结果满足指标要求。     

国外中继卫星对航天器交会对接的测控通信支持

中继卫星系统的天基测控通信是近代航天技术的重大突破,它能够有效地满足航天器交会对接的测控通信需要。文章分析了美国＂跟踪与数据中继卫星系统＂（TDRSS）和欧洲＂阿特米斯＂（ARTEMIS）中继卫星对＂自动转移飞行器＂（ATV）与＂国际空间站＂（ISS）交会对接任务的测控通信支持,总结了国外中继卫星系统支持航天器交会对接...     

基于地面图像和卫星图像集成的火星车定位新方法

提出了一种基于地面图像和卫星图像集成的火星车定位新方法,该方法利用由导航相机立体图像得到的火星表面的点云数据提取石块,同时对高分辨率卫星图像局部灰度统计提取石块,通过地面和卫星图像中石块分布模式的匹配,实现火星车在卫星图像中的定位,从而消除仅利用地面传感器和影像定位产生的累计误差。采用NASA勇气号火星车在多个摄站获取的地面图像以及HiRISE卫星图像进行了实验验证,结果表明这种方法在石块较多的地区能够取得很好的自动定位结果,定位误差小于HiRISE卫星图像的一个像素（0．25m）。     

“实践九号”A卫星光学遥感图像杂散光噪声去除

杂散光是影响卫星光学遥感图像像质的重要因素,严重时会在图像上形成明暗的杂散光条纹噪声,降低图像的对比度和清晰度。文章针对“实践九号”A（SJ-9A）卫星光学遥感图像存在的杂散光噪声现象,设计了一种基于成像载荷焦面入射杂散光空间分布特征的遥感图像杂散光条纹噪声去除方法,通过测量杂散光在推扫遥感图像上的空间分布特征,建立杂散光分布特征模型,采用分块自适应算法进行杂散光噪声滤波,消除SJ-9A遥感图像上随时空变化的杂散光条纹噪声。杂散光噪声去除后图像整体色调均匀,无条带噪声,满足CCD/TDI-CCD推扫遥感图像辐射校正精度（广义噪声）优于5%的指标要求。     

便携式红外寻的防空导弹初制导探索

对便携式红外寻的防空导弹的初制导进行了定性研究。根据期望前置角,讨论了导弹发射出筒后的侧向力控制方案,给出了发射时下沉的补偿措施。分析了俄制针式便携式红外寻的防空导弹初制导系统的控制律并进行了讨论。     

环境减灾-1A、1B卫星光学载荷在轨运行情况分析

环境减灾-1A、1B卫星于2008年9月6日发射升空,至2013年7月20日,2颗卫星的4台宽覆盖多光谱CCD相机、1台超光谱成像仪(HSI)和1台红外相机(IRS)已在轨稳定工作近5年,共获取超过61万景2级地面遥感图像数据。文章对在轨运行的光学载荷遥测参数进行了统计和分析,结果表明:DC/DC电压遥测变化量不超过5%,关键光机部位温度遥测变化量小于2.25℃,转动部件电压和电流遥测变化量小于1%,遥测参数均在设计范围内,显示光学载荷在轨稳定正常工作。最后,综合分析了光学载荷图像数据应用情况,分析表明:光学载荷图像数据具有较强的地物影像分类、提取和分辨能力,与国外同类卫星比较,水体识别符合度达到90%以上,旱情分级符合度大于66%,光谱分辨率达到5nm,积雪范围提取精度达到90%以上,在各类应用领域发挥了较大的效能。