高轨光学成像卫星动目标跟踪策略设计与仿真

为实现高轨光学成像卫星对动目标的连续跟踪,基于最大限度地利用观测视场范围、节省姿态机动所需能源消耗的原则,设计了一种应用观测视场九宫格的动目标跟踪策略,通过对相邻观测视场重叠覆盖宽度设计避免动目标丢失。建立一套仿真系统,对提出策略的有效性进行仿真验证。仿真结果表明:相较于动目标临近越出观测视场范围就调整相机视轴指向动目标的策略,文章提出的跟踪策略能够通过更少的姿态机动次数实现对动目标的连续跟踪。     

图像制导导弹的先期导引与搜索规律研究

只有当目标位于图像导引头的瞬时视场之中时，才有可能识别并捕获目标，但由于图像导引头通常只有较小的瞬时视场，这并不容易做到。为增大目标捕获概率，本文提出了一种具有一维视觉效果、搜索范围较大的搜索规律，以及一种测量参数少、所需设备简单、隐蔽性好的先期导引方法。     

空间视觉测量覆盖特性建模与仿真

空间视觉测量的覆盖特性可以用视场和作用距离两项指标来描述。文中从空间几何的角度,建立了视场指向固定、视场以一定的周期变化规律和以目标为指向的3种覆盖模型,并利用MATLAB软件进行仿真分析。结果显示,视场指向固定时和以一定的周期变化规律时的覆盖率低于以目标为指向的覆盖率,以目标为指向时的覆盖率与相机和探测光标的相对距离有关,不受视场的限制。     

空间监视卫星对特定LEO目标观测的姿态优化

针对受相机视场和转台范围的限制,空间监视卫星可能无法对特定重要LEO目标进行有效观测的问题,提出在接近前根据卫星和目标的相对位置对卫星姿态进行预先调整的方法。通过分析卫星与目标接近期间的方位角和高低角变化情况,得到可用的卫星姿态调整角。用Powell方法以可观测时长为指标对姿态调整角进行了优化,并给出了优化初值的确定方法。仿真结果表明姿态优化能有效提高卫星对目标的可观测时长,方便确定卫星姿态调整角,提高观测能力。     

雷达信号空域统计分选算法研究

在研究被动雷达导引头空域的目标视场角统计特性的基础上，讨论了雷达信号分选应用中空域分区和选择的最优化方法，提出了一种雷达信号的统计分选算法，并给出了模型。仿真结果表明，该算法具有较优的目标分辨能力和角度跟踪精度。     

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。     

星载合成孔径雷达的目标定位方法

论述星载合成孔径雷达（ＳＡＲ）中，利用卫星星历表和雷达回波数据的距离－多普勒参数对目标定位的方法，并用解析法推导出目标相对于星下点位置的计算公式，以及目标的地球经纬度坐标公式。此方法的优点是不需要在星载ＳＡＲ的视场中使用任何位置确知的参考点，并且与卫星的姿态数据无关。还介绍了目标距离－多普勒参数的决定方法，并讨论了目标定位误差源，以及定位精度的评估。     

多约束条件下导弹协同作战三维制导律设计

为实现多导弹协同饱和攻击同一目标,基于李雅普诺夫方法推导了带指定攻击角度的时间控制导引律,使导弹按指定落角和落向以指定攻击时间打击目标。但由于导弹在横航向通道通过适度机动调整剩余时间,可能导致目标超出导引头视场,因此设计附加视角限制修正项,进一步得到带导引头视场限制的具有攻击角度约束与攻击时间约束的导引律。另外,借助Dubins最短路径、弹道轨迹边界分析了多约束条件下可指定攻击时间的取值范围。数学仿真结果验证了本文的多约束条件下导弹协同作战三维制导律的正确性和有效性。     

半主动激光导引头光学系统设计及线性度分析

文章阐述半主动激光导引头的工作原理,分析四象限探测器输出信号与目标位置之间的关系,并对四象限探测器光斑能量分布关系与线性度进行推导;设计单片透镜、双片透镜组、三片透镜组3款不同的光学系统,以光斑能量照度信息为基础,分析特定视场角范围内光学系统的线性度,最后得到在±15°视场角中线性视场可达±8°的光学系统。     

面向运动目标捕获的低轨卫星视场幅宽研究

通常低轨卫星过顶时间较短,而目标运动随机,因此捕获运动目标是较为困难的,只能通过长期的时间累计来提升捕获概率。文章基于目标运动速度、出动频率、全球分布位置,卫星工作寿命、视场幅宽、轨道重访频次和时长等复杂因素,给出了卫星过顶遭遇目标的概率计算方法。然后根据概率计算结果,提出了实现0.99的遭遇概率要求卫星视场幅宽的下限。研究结果可为论证面向运动目标探测的低轨卫星视场幅宽需求提供借鉴。     

抗光轴扰动的双目视觉测量方法

针对交会对接过程中双目测量相机受空间环境影响其光轴指向发生扰动的问题,提出一种抗光轴扰动的双目视觉测量方法。通过辅助光路将固定于卫星本体的参考标志分别成像于两侧像面的边缘,根据其图像变化估计光轴扰动变换矩阵,补偿因光轴扰动而产生的像面变化,从而实现抗扰动测量。理论推导表明：只要参考标志位于两侧相机视场内,便能够校正相机光轴扰动。利用地面试验平台进行了光轴扰动校正的仿真试验,试验结果表明：当两侧相机光轴存在扰动时,该方法能够有效校正光轴扰动,极大地提高了三维位置的测量精度。     

基于虚拟现实的空间机器人遥操作在维护作业中的应用

研究了变时延遥操作环境下的预测仿真技术、基于虚拟现实的机器人遥操作系统组成、遥操作系统的自主学习技术和虚拟操作环境建模技术。开发了基于虚拟现实的机器人遥操作演示系统和自学习功能。实现了基于虚拟现实的临场感遥操作,在5～8s模拟时延条件下完成了推开故障太阳翼,擦拭受污染的镜头和拉动调整出现故障的卫星天线等作业。     

机器视觉在军事领域的应用现状及发展趋势

机器视觉技术凭借其非接触测量、实时性好、可持续工作等优点，在军事领域中有着广阔的应用前景。在对机器视觉光学照明系统、成像系统、视觉信息处理系统等关键技术进行概述的基础上，详细分析了机器视觉技术在军事领域进行典型目标物识别、人员识别、装备缺陷检测等典型场景以及典型军事装备上的应用现状。在此基础上，指出了机器视觉在军事领域的应用，仍然存在视觉传感器硬件系统难以适应极端环境、复杂的军事目标适应性不足、目标识别的实时性难以保证、多传感器融合获取军事目标信息能力缺乏等问题。同时，对机器视觉技术在军事领域应用的未来发展趋势进行了展望，研究分析结果可为机器视觉在军事领域的进一步实用化提供参考。     

航天器非合作目标相对导航的联邦滤波算法研究

提出了一种适用于空间机器人在轨对非合作目标进行测量的“激光测距仪+可见光 测角相机”组合的联邦卡尔曼滤波相对导航算法。分析了激光测距仪和可见光相机进行非合 作目标测量时存在的问题,为此设计了一套包括分别基于测角信息和测距信息的子滤波器, 以及进行子滤波器数据融合的主滤波器在内的联邦卡尔曼滤波器,并提出了具体的判据来对 子滤波器进行“条件重置”。仿真实验数据表明该联邦卡尔曼滤波器能够在部分目标测量设 备的输出出现暂时故障情况下输出较为平稳的相对导航数据,并且滤波算法具有较好的容错 性。
     

一种卷积神经网络非合作目标姿态测量方法

针对空间非合作目标姿态测量问题，提出一种基于卷积神经网络的非合作目标姿态视觉测量方法。该方法先设计特征提取网络并利用公开数据集进行预训练，用少量实际目标图像进行迁移学习，实现非合作目标图像高层抽象特征的自动提取；再设计基于回归模型的姿态映射网络，建立图像高层特征与三轴姿态角之间的非线性关系，实现非合作目标的姿态测量。实验验证了两类特征提取网络测量精度和参数量大小，测量精度可达 0.711° (1σ),表明了“单目相机+卷积神经网络”方法的可行性。     

深空背景下运动点目标探测距离模型研究

红外相机探测运动点目标时,探测能力主要指标为探测距离,而影响探测距离的因素很多,如光学系统工作温度、红外探测器像元尺寸、目标特性等。文章从红外相机点源目标探测基本理论出发,建立了运动点目标红外相机探测距离估算模型,分析了影响探测距离的各相关因素,为深空背景下运动点目标红外相机的指标设计提供理论参考。     

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。     

空间机械臂视觉相机内参标定技术研究

针对空间机械臂视觉相机的任务需求与配置,内参标定技术是相机高精度获取合作目标位置、方向等运动信息的首要前提和重要保障。文章设计了一种基于二维平面靶的机械臂相机内参标定方法,用于解算焦距、主点坐标、畸变系数等。首先,利用相机拍摄多幅平面靶图像,求解平面靶与相机图像之间的映射矩阵;其次,构建相机内参约束方程;再次,利用特征值分解,解算焦距、主点坐标等参数值;最后,引入径向、切向畸变构建非线性模型,将解得的内参作为初值,利用Levenberg-Marquardt优化算法即可计算出相机内参最优解。试验结果表明,该方法完全适用于机械臂相机内参标定,标定结果均满足机械臂视觉相机获取合作目标三维位姿的测量精度要求。     

双目立体视觉中的一种运动目标检测算法

运动目标的检测是计算机视觉研究领域中的一个重要组成部分,传统的基于单目视觉的目标检测算法要么受环境因素的限制较大,要么收敛速度较慢,还难以解决多个运动目标部分遮挡的问题。针对以上存在的问题,本文在目标检测中采用了立体视觉方法。用双目摄像机对图像进行拍摄获取立体图像序列对,然后对立体图像对运用立体视觉方法进行分析。实验表明该方法能正确检测到运动目标,不受光线变化和阴影的干扰,并且在运动目标发生部分遮挡时仍能正确区分各目标。     

空间站脉冲编码被动式交会对接合作目标三维跟踪

针对空间站交会对接(RVD)过程中合作目标在视频中周期性发光的特点,提出基于累积帧差法的合作目标检测方法及相应的跟踪窗口确定方法,建立合作目标状态的识别机制。在跟踪过程中,针对均值漂移算法容易受到图像背景干扰产生较大跟踪偏差的问题,在光流计算的基础上,提出一种基于线搜索的二维跟踪算法。通过分析敏感器采集的视频,验证了文中提出的算法能够准确地检测和跟踪图像序列中的合作目标,进而结合像机位姿估计算法,连续地估计像机位姿在三维空间中的变化。