天基雷达特殊背景下的目标跟踪技术研究

天基雷达是雷达置于卫星平台上的,用于地面及空中目标探测与跟踪的一种新型雷达系统,研究跟踪卫星频繁交接情形下的目标跟踪技术对于天基雷达系统跟踪性能的实现具有重要意义。针对天基雷达特殊背景下的目标跟踪问题,基于圆形地球模型的假设条件,给出了目标跟踪的实现方法,包括跟踪平台交接判别方法、目标状态方程及观测方程的建立方法、目标跟踪算法的选择及目标跟踪的实现过程。在给出理论分析的同时,进一步通过计算机仿真结果证明了所给方法的正确性。最后给出结论与展望,指出该方法同样适用于双基地天基雷达体制及快速响应系统。     

凝视视频卫星目标检测算法

为了实现对高分辨率光学遥感视频卫星成像视场范围内的飞机目标进行快速高效检测,提出一种遥感影像快速目标检测方案。文章借鉴深度卷积神经网络模型YOLO系列算法高速检测目标优点,引入端对端式全卷积神经网络构建检目标测算法,通过实验统计和探索光学卫星成像视场范围大小对目标检测准确率和检测速度的影响,结合目标尺度进行网络调优、改进检测模型,得到基于凝视成像视频卫星目标检测的高效算法。运用算法对来自"吉林一号"光学A星及视频3星的影像数据集进行目标检测实验统计,在413张800像素×800像素的静态遥感影像测试集中实现76.2%的平均检测准确率,在同等尺度的遥感视频序列中实现31帧/s的检测速度。该算法成功将深度卷积神经网络技术引入到凝视视频卫星遥感应用领域,有效证明了深度学习技术在遥感视频识别领域的可行性。     

基于能力分析的天基资源虚拟化方法的设计与实现

随着小卫星技术以及卫星组网技术的飞速发展,天基资源的规模呈爆发式增长,依赖多种类卫星节点提供的卫星能力,完成多星协同的复杂空间任务,向普通大众用户提供可用的、即时的卫星信息服务,成为未来发展的趋势。针对多类异构卫星,提出一种面向用户的应用层天基资源能力虚拟化方法。分析了即时观测信息服务的用户需求及天基资源的属性特征,综合时间、空间、能源、存储等约束条件,将天基资源按照时空逻辑,分层抽象虚拟化成面向用户的服务能力,建立了适用于大规模异构卫星、统一标准的应用层天基资源虚拟化方法,并设计了计算模型。选取具有代表性的卫星平台、载荷等,针对在轨实时虚拟化的需求,设计并实现了在轨虚拟化算法。试验证明,算法时效性可以满足星上实时计算要求。     

中继卫星在轨动态捕获跟踪试验方法研究

针对中继卫星在轨捕获跟踪高速运动目标的动态性能测试难题,提出了一种基于静止目标（中继卫星地面站）,利用中继卫星姿态连续偏置运动模拟中继卫星与用户航天器之间的相对运动,开展中继卫星在轨动态捕获跟踪测试方法的研究。仿真分析和在轨试验结果验证了该方法的有效性,从而为我国首次天基数据中继试验任务的顺利完成奠定了基础。     

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。     

低空慢速小目标跟踪方法的研究

本文主要通过数字图像处理技术实现低空慢速小目标自动跟踪。分析低空慢速小目标的特征,选择Meanshift算法进行目标跟踪。将视频转化为图像序列,利用Meanshift算法对图像序列中的目标进行数据统计,利用数据进行匹配,实现对目标的跟踪。     

天基红外低轨星座的传感器管理方法

针对天基红外低轨卫星与目标高速相对运动以及导弹防御系统的特点,分析了天基红外低轨星座传感器管理的模型。根据只测角观测模型,使用GDOP作为控制跟踪精度的因子,综合考虑多目标观测成功率、卫星交接次数、传感器调度延迟以及实时运算等条件,使用单步前向预测的动态闭环控制结构进行传感器管理。仿真结果表明,提出的算法能够对天基红外低轨星座的传感器进行有效管理。     

针对GEO目标的美国天基态势感知技术发展研究

为了掌握针对地球静止轨道(GEO)目标的天基态势感知技术动向,文章系统整理了美国相关卫星的公开数据和资料。根据卫星的功能和使命,GEO目标的天基态势感知技术试验卫星可分为3类:目标观测卫星、目标交会与抵近操作卫星以及目标编目卫星,并分别对3类技术试验卫星的有效载荷、平台和运行轨道等方面进行分析和比较,梳理了针对GEO目标的天基态势感知技术发展演进脉络,对后续态势感知技术的发展趋势进行了预测。文章的研究内容可为我国未来态势感知技术发展提供借鉴。     

跟踪与数据中继卫星系统的现状和发展

跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）是20世纪航天测控通信技术的重大突破。其“天基”设计思想，从根本上解决了测控、通信的重大突破。其“天基”设计思想，从根本上解决了测控、通信的高覆盖率问题，同时还解决了高速数传和多目标测控通信等技术难题，并具有很高的经济效益。TDRSS系统使航天测控通信技术发生了革命性的变化，目前还在继续向前发展，不断地拓宽自己的应用领域。现在，美国与俄罗斯两国的跟踪与数据中继卫星系统均已进入应用阶段，正在发展后续系统；欧空局和日本在这类卫星的发展中采用了新的思路和技术途径。本文主要介绍这些国家跟踪与数据中继卫星系统的现状和发展，并据此对我国正在研究的跟踪与数据卫星系统提出一些建议。     

基于多策略融合的快速核相关滤波目标跟踪算法

针对核相关滤波算法(Kernel Correlation Filter,KCF)对快速运动目标跟踪精度较低、实时性较差的问题,提出多策略融合的快速核相关滤波(Multistrategy KCF,MSKCF)算法。该算法基于KCF框架,融合多个策略,将Faster Regin-CNN网络结构、特征极差、滤波尺度因子引入目标图像识别窗口标定和尺寸自适应更新,解决了识别窗口与目标大小不适应的问题,实现了自动跟踪。本文采用北斗导航卫星模型进行了验证,结果表明MSKCF可以自主获得初始跟踪窗口,目标跟踪精度与速度均有所提升。     

天基雷达可用于导弹防御

据美国军事顾问委员会称 ,正在研制的用于跟踪地面移动目标的美国军用雷达卫星也可用于导弹防御。国防科学委员会报告认为 ,只要对“天基雷达”进行较小的改装 ,国防部就能用这些卫星探测导弹发射和跟踪飞行中的导弹。委员会报告称 ,“天基雷达”可以协助国防部同步轨道红外卫星增强对弹道导弹发射预警。同步轨道红外传感器探测导弹发射时产生的热能 ,但探测不到在云层下面发射的导弹 ,而云层不能遮挡“天基雷达”。目前 ,美国防部主要依靠DSP(国防支援计划 )红外卫星进行导弹预警 ,2 0 1 0年后 ,将由高轨天基红外系统卫星替代它。“天基…     

面向微纳卫星应用的激光数传技术

针对遥感微纳卫星对地高速数传需求,开展面向微纳卫星的激光数传技术研究,突破微纳卫星激光通信终端星地快速捕获建链和协同高精度稳定跟踪、天基终端轻小型化、复合光电组件等关键技术。完成微纳卫星的天基激光终端和地面激光终端研制,并开展星地传输试验验证,实现 1 230 km、10/50/100 Mbps 的星地数据传输,验证了相关技术,为后续我国微纳卫星对地遥感应用提供了理想的星地数传手段。     

杂波环境下的机动目标检测和跟踪算法

交互多模式(IMM)是一种有效的机动目标跟踪算法,但由于其要求具有很多的先验前提条件而不利于工程实现.研究了一种杂波环境下更适合于工程实现的机动目标(同样适用非机动目标)的跟踪算法,该算法通过一种由测量位置估计误差决定的机动检测函数来实现杂波背景中的机动目标检测,并通过改变Kalman滤波的相关参数,实现自适应跟踪.该算法克服了IMM算法的模式限制和复杂性,同时也避免了对非机动目标的跟踪中,在跟踪模式间相互切换时所换造成的影响.通过在空管系统(ATC)的大量模拟实验,验证了该算法的有效性和重大应用价值.     

国外天基空间目标监视系统发展综述

梳理了美国天基空间目标监视系统发展历史及现状,通过美国发射的典型技术试验卫星和空间监视装备总结出抵近详查卫星、广域监视卫星、子母卫星3个天基空间监视系统发展的方向。详细介绍了典型空间目标监视系统：天基空间目标监视系统(SBSS)、地球同步轨道空间态势感知计划(GSSAP)、空间增强型同步轨道实验平台卫星(EAGLE)、快速在轨空间技术和评估环(ROOSTER)。阐述了4种先进空间监视系统的基本信息、任务需求及技术指标。在此基础上,根据美国天基空间目标监视系统技术特点及发展方向,结合国内情况,提出了相关建议。     

基于目标可见光散射特性的空间目标成像仿真研究

为使空间目标可见光成像仿真尽可能反映实际在轨工作状态,提出了一种基于目标可见光散射特性的空间面目标成像仿真方法。根据具体试验场景实时求解跟踪星观测相机、目标星和太阳三站间的相对位姿关系,在事先建立的覆盖全过程的目标可见光散射特性图像数据库中查询相应图像,由相机成像模型,实现空间目标的高逼真度可见光成像实时在线仿真。可为天基空间目标探测、识别与跟踪算法的研究提供较接近真实场景的仿真图像。     

基于TDRSS的低轨卫星定轨方法研究

利用跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)组成天基测控系统对低轨卫星进行轨道确定,并讨论了低轨卫星在TDRSS系统覆盖区域的时间段,以改进的Gauss-Newton算法为基础,设计了非线性迭代的微分轨道改进算法,有效抑制了算法截断误差.仿真实验证明基于TDRSS的测控技术可显著提高测控覆盖率,减少地面测控站压力,有效确定低轨卫星轨道,定轨位置误差小于20 m,速度误差小于0.01 m/s,能满足一般低轨卫星的定轨精度要求.     

遥感应急目标影像自动检测及制图方法

针对点目标检测的应急响应,提出一种适用于该类场景的通用应急目标影像自动检测及制图方法,能实现主目标提取与轮廓分析相结合,从而快速提取应急目标。通过改进的分水岭分割算法提取主目标信息,对分割结果进行轮廓结构分析,形成应急响应专题图。在突发事件产生水坑的应急实例中,选取高分二号卫星影像数据,在汶川山体滑坡应急实例中,选取高分一号卫星影像数据,均获得了良好的提取效果。其中,应急水坑检测的误差率是1. 2%,山体滑坡检测的误差率是1. 7%,表明文章提出的方法能很好地满足应急响应中点目标检测的需求。     

光学遥感卫星地面图像数据测试的局限及解决方法初探

分析现有的可见光遥感卫星图像数据测试方法中存在的问题,提出一种卫星图像数据自动高效全覆盖测试技术方法,实现测试系统的实时性、正确性及可视化能力,进一步提高检测效率,完善卫星地面测试的测试覆盖性。同时,为后续光学遥感卫星研制提供高效、高可靠的地面检测支撑,并为可见光遥感卫星在轨正常、可靠、长寿命的运行,获取有效图像数据提供了重要手段和方法。     

杂波环境下的机动目标检测和跟踪算法

交互多模式（IMM）是一种有效的机动目标跟踪算法，但由于其要求具有很多的先验前提条件而不利于工程实现。研究了一种杂波环境下更适合于工程实现的机动目标（同样适用非机动目标）的跟踪算法，该算法通过一种由测量位置估计误差决定的机动检测函数来实现杂波背景中的机动目标检测，并通过改变Kalman滤波的相关参数，实现自适应跟踪。该算法克服了IMM算法的模式限制和复杂性，同时也避免了对非机动目标的跟踪中，在跟踪模式间相互切换时所换造成的影响。通过在空管系统（ATC）的大量模拟实验，验证了该算法的有效性和重大应用价值。     

基于卡尔曼滤波的飞行器测控伺服记忆跟踪算法

针对目标飞行异常情形下遥测伺服设备记忆跟踪精度低的问题,提出一种基于卡尔曼滤波的记忆跟踪算法。该算法利用卡尔曼滤波减小测量数据失真引入的初始误差,并对滤波后速度和加速度值进行记忆外推。外推数据采用Neville插值,保证记忆跟踪时天线能够平滑运行。仿真结果显示,飞行器飞行异常情形下该算法跟踪角度均方根误差较现有的记忆跟踪算法平均减小39%。