天基红外导弹预警系统--美国国家导弹防御计划的核心

"天基红外系统"(SBIRS)为一项弹道导弹预警系统计划,是目前美国"国家导弹防御系统"(NMD)计划的核心.该计划于1992年8月批准,1995年开始列入财政年度开支,计划执行13年,直至2008年完成.SBIRS有空间段和地面段两部分,空间段由三种轨道高度的卫星星座组成,即低轨卫星星座(SBIRS-Low)、高轨卫星星座(SBIRS-High)和静止轨道卫星星座(SBIRS-GEO).     

4基于遗传禁忌混合算法的敏捷卫星任务规划

多星多载荷敏捷成像卫星自主任务规划是一个复杂的多约束、非线性NP困难问题.分析了卫星观测任务约束和星上资源约束,建立了多星多载荷自主任务规划模型.针对此任务规划模型的特点,以及传统遗传算法和禁忌搜索算法的优缺点,采用了一种遗传禁忌混合算法进行求解.混合算法将禁忌算法嵌入遗传算法作为禁忌算法变异算子,解决了遗传算法早熟的问题.仿真结果表明混合算法比遗传算法收敛速度更快,比禁忌算法优化效果更好.     

基于遗传禁忌混合算法的敏捷卫星任务规划

多星多载荷敏捷成像卫星自主任务规划是一个复杂的多约束、非线性NP困难问题.分析了卫星观测任务约束和星上资源约束,建立了多星多载荷自主任务规划模型.针对此任务规划模型的特点,以及传统遗传算法和禁忌搜索算法的优缺点,采用了一种遗传禁忌混合算法进行求解.混合算法将禁忌算法嵌入遗传算法作为禁忌算法变异算子,解决了遗传算法早熟的问题.仿真结果表明混合算法比遗传算法收敛速度更快,比禁忌算法优化效果更好.     

俄罗斯导弹预警卫星系统最新发展

正俄罗斯是世界上最早部署导弹预警系统的国家之一,为了应对不断发展变化的导弹威胁,自21世纪以来,俄罗斯逐步升级更新其原有的地基和天基导弹预警系统。天基导弹预警卫星作为整个导弹预警体系中的重要组成部分,处于整个导弹预警体系最前沿,其效能高低直接影响到整个导弹预警体系能否有效完成任务。天基导弹预警卫星利用其独特的太空运行轨道优势,具有侦察视角高、监测范围广、预警时间长等特点,可为国家和军队实施弹道导弹防御提供及时有效的预警信息。目前,俄罗斯正在大力发展其新一代天基导弹预警卫星"统一太空系统"(EKS),本文对俄罗斯的导弹预警卫星系统发展情况进行了介绍。     

美国天基导弹预警跟踪系统发展动向

天基预警跟踪系统具有高视角、探测范围广、预警时间长、具备全程跟踪能力等特点,可为弹道导弹防御和实施反击提供及时预警信息,是导弹预警体系的重要组成部分。2017年1月,美国"天基红外系统"(SBIRS)第三颗地球静止轨道(GEO)卫星发射入轨。美国总统特朗普在竞选期间提出,美国弹道导弹防御系统未来将重点发展天基导弹预警和跟踪技术。2017年6月,美国国会众议院武装力量委员会发布《2018财年国防授权法案》,要求国防部尽快制定天基导弹防御战略,重点是明确未来天基导弹预警探测器如何发展,并对其研制和部署成本进行评估。上述动向表明,天基系统已成为美国导弹预警跟踪系统发展的重点之一。     

基于OWRR-PF的机载图像中导弹跟踪方法

针对利用图像信息实现飞行器的导弹预警跟踪中导弹运动2D建模、运动模型非线性和目标干扰非高斯等问题,研究了比例导引下导弹在三维空间中的运动在成像面上的运动模式,建立了比例制导导弹的2D投影运动状态模型.由于模型中速度和加速度等主要物理量的非线性,并考虑导弹运动过程中受到的风向、风力、气旋和气流等随机干扰的非高斯性,采用粒子滤波方法实现导弹跟踪;并针对粒子滤波在跟踪过程中存在的粒子退化问题,提出有序权值残差重采样粒子滤波(OWRR-PF,Ordered Weight Residual Resampling Particle Filter)方法,该方法缓解了粒子退化问题,提高了跟踪的准确度.利用所建立的导弹运动模型进行连续视频试验,与标准粒子滤波相比跟踪精度提高了70%左右,与残差重采样粒子滤波方法相比跟踪精度提高了15%左右.     

基于广义正则化最小二乘的天基测向初定轨

传统天基测向初定轨的不足,主要是由于观测数据存在系统误差和观测方程组的系数矩阵病态或不可逆。文章建立观测方程的半参数回归模型,提出基于补偿最小二乘估计和岭估计的广义正则化最小二乘估计,推导了估计公式,并证明了相关统计性质。引入选主列Givens-QR分解算法,提高观测方程求解效率和数值计算稳定性。仿真结果表明:该方法应用于天基测向初定轨可行,可以提高定轨精度和解算成功率。     

美国天基红外系统——国家导弹防御系统的核心

天基红外系统简介美国天基红外系统(space-based infrared system,简写为SBIRS)是一种未来新式导弹预警和跟踪系统,它将取代已过时的国防支援计划(DSP)卫星,用于探测全世界的导弹发射,跟踪飞行中的敌方导弹,并指引反导武器加以摧毁。早在1991年1月,在当时的美国总统老布什重新审定战略防御启动(SDI)计划后,     

基于Gooding算法的天基光学目标跟踪定轨

开展了基于Gooding算法的400km天基平台光学目标监测的轨道确定研究，当测量误差为3”和6”时，分别对800，1500及36000km轨道高度目标进行初始轨道确定及轨道改进分析.仿真结果表明，利用400km轨道高度平台对800~1500km轨道高度目标进行初定轨，测量数据误差为3”~6”时，4~15min弧段的初定轨精度约在10km量级，1~2min弧段的初定轨精度约在100km量级；15min初定轨弧段轨道改进后误差在100m量级，弧段小于10min时轨道改进误差精度在km量级.利用400km轨道高度平台对36000km轨道高度目标进行初定轨，测量数据误差为3”时，15~20min弧段的初定轨精度约在数十km量级，8~10min弧段的初定轨精度在100km量级；轨道改进后误差在km量级.测量数据误差为6”时，20min弧段初定轨精度在10km量级，8~15min弧段初定轨精度在100km量级，轨道改进后误差精度在10km量级.      

天基信息港的多源信息融合任务调度研究

在天基信息港上实现多源信息融合,可以将数据的传输与处理集中在星上,减少了数据处理中心接收和分发数据的传输时间,提高了信息获取的时效性。考虑到任务高时效性的需求及天基信息港的资源受限,文章提出了天基信息港的多源信息融合任务调度问题,通过分析多源信息融合任务流程、天基信息港的资源特征,以最小化任务完成时间为优化目标,建立了天基信息港的多源信息融合任务调度模型,并设计了一种多机循环插入（Multi-machine Circular Insertion,MCI）算法对模型求解。仿真结果表明,该算法相比于列表调度算法能够平均减少10.8%的任务完成时间,算法运行时间大约为遗传算法的1/20,表明该算法能够满足天基信息港任务调度的高时效性要求。     

中继卫星单址链路调度模型与算法研究

中继卫星的任务规划与调度是空间资源管理的重要内容之一,目的在于为中继卫星系统的任务计划编制提供科学合理的决策手段与依据。中继卫星单址链路调度问题的重要特点在于,中继卫星与用户航天器之间并非时时可见,因此通信任务存在可见时间窗口约束。只有在可见时间窗口内,通信任务才可能执行并完成。在进行合理假设的基础上,建立中继卫星单址链路调度问题的约束规划模型。对基本遗传算法进行改进,提出了基于有效基因路径表示的改进遗传算法。应用结果表明,基于约束规划理论建立中继卫星单址链路调度模型并采用基于有效基因路径表示的遗传算法求解是合理的。     

反导预警相控阵雷达网目标分配方法

针对相控阵雷达网跟踪弹道导弹目标时的资源管理问题，分析阐述反导预警作战场景，提出综合目标跟踪精度和雷达切换频率的目标分配效益函数，从雷达能量、时间及雷达与目标可见性三方面建立约束条件，以准确反映目标分配过程中的实际限制，在此基础上构建反导预警相控阵雷达网目标分配模型。根据反导预警任务特点，设置目标分配的自适应间隔，以提高模型设计合理性。就稀疏弹道导弹目标跟踪、密集弹道导弹目标跟踪2种场景进行仿真实验，结果表明:运用所提方法能够有效实现目标分配，提升相控阵雷达网资源利用效率，并能够减少雷达切换次数。      

红外低轨星座突发任务多重策略调度方法

面向红外低轨星座的突发任务规划与资源调度问题，结合红外低轨星座的空间与时间分布特性，提出一种基于多重策略的红外低轨星座任务应急调度方法。所提方法结合红外低轨星座的设计特点，从星座全球分布的均匀性、结构的对称性及星座内卫星运动的周期性分析作为输入，提出一种以地理分区为长期值守分组策略与事件触发下基于相对运动分析的动态快速分组策略相结合的多重策略。在所提策略指导下完成任务分组，开展工作窗口调度。经仿真分析可得:所提策略可有效应对不同区域的目标触发，并实时完成分组及工作窗口规划调度，较好解决了任务突发情况下的系统响应，由于采用优先分组的策略，降低了全局优化的复杂度，具有创新性，且具备较好的应用价值。      

高中低轨导航星座混合体制星间链路规划

针对北斗系统加入低轨增强星座后的高中低混合星座特点,为了满足下一代导航星座主要的星间链路业务需求,提出了一种分级规划的混合星座星间链路规划方案。优先为激光星间链路的MEO、LEO、MEO-LEO建立拓扑,基于此拓扑提出了时分体制的分组拓扑规划算法。针对导航星座高中低速混合星间网络不同体制的路由提出了2种不同的改进路由算法,并对混合体制星间链路进行了仿真和规划。对规划结果进行了统计分析,验证了混合网络规划方法的正确性和混合网络在低轨监测数据回传、层间数据传输、导航信息上注3个典型导航业务场景的数据传输效能。低轨监测数据回传和连续体制节点导航信息上注时延均在1s之内,在94%的时间里有5~8条层间星间链路,时分体制节点在92%的时间里可以在12s内完成上行注入,为下一代导航系统规划设计提供参考建议。     

MCMC-Particle-based group tracking of space objects within Bayesian framework

With the intense increase in space objects, especially space debris, it is necessary to efficiently track and catalog the extensive dense clusters of space objects. As the main instrument for low earth orbit (LEO) space surveillance, ground-based radar system is usually limited by its resolution while tracking small space debris with high density. Thus, the obtained measurement information could have been seriously missed, which makes the traditional tracking method inefficient. To address this issue, we conceived the concept of group tracking. For group tracking, the overall tendency of the group objects is expected to be revealed, and the trajectories of individual objects are simultaneously reconstructed explicitly. According to model the interaction between the group center and individual trajectories using the Markov random field (MRF) within Bayesian framework, the objects’ number and individual trajectory can be estimated more accurately in the condition of high miss alarm probability. The Markov chain Monte Carlo (MCMC)-Particle algorithm was utilized for solving the Bayesian integral problem. Furthermore, we introduced the mechanism for describing the behaviors of groups merging and splitting, which can expand the single group tracking algorithm to track variable multiple groups. Finally, simulation of the group tracking of space objects was carried out to validate the efficiency of the proposed method.     

LEO/MEO双层卫星网络中层间ISL空间参数研究

低地球轨道 /中地球轨道 (LEO/MEO)双层卫星网络是未来卫星移动通信系统重要组成部分 ,而层间卫星星际链路 (ISL)是影响整体双层卫星网络系统性能的重要因素。文章重点分析层间ISL的空间参数几何特性 (包括星间链路长度 ,星间链路指向方位角和仰角 ) ,为星载天线跟踪系统设计和LEO/MEO双层卫星网络最优化路由搜索算法提供依据     

Design of tracking mount and controller for mobile satellite laser ranging system

In this study, we have proposed and implemented a design for the tracking mount and controller of the ARGO-M (Accurate Ranging system for Geodetic Observation - Mobile) which is a mobile satellite laser ranging (SLR) system developed by the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) and Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM). The tracking mount comprises a few core components such as bearings, driving motors and encoders. These components were selected as per the technical specifications for the tracking mount of the ARGO-M. A three-dimensional model of the tracking mount was designed. The frequency analysis of the model predicted that the first natural frequency of the designed tracking mount was high enough. The tracking controller is simulated using MATLAB/xPC Target to achieve the required pointing and tracking accuracy. In order to evaluate the system repeatability and tracking accuracy of the tracking mount, a prototype of the ARGO-M was fabricated, and repeatability tests were carried out using a laser interferometer. Tracking tests were conducted using the trajectories of low earth orbit (LEO) and high earth orbit (HEO) satellites. Based on the test results, it was confirmed that the prototype of the tracking mount and controller of the ARGO-M could achieve the required repeatability along with a tracking accuracy of less than 1 arcsec.     

资源约束下的反导任务迭代收敛特性

为提高反导任务执行效率,研究反导任务的总量模型和迭代收敛规律,利用任务转移矩阵定量描述反导任务之间的联系与作用强度.引入任务量完工比例参数表征协同反导特点,建立任务总量模型,揭示反导任务迭代收敛规律,深入探究影响收敛的主要因素.基于资源约束和时间优化的视角,确定任务关键度,规划任务优先级,优化资源配置,调控反导任务迭代收敛速度.结合实例验证了任务总量模型和迭代收敛规律是合理可行的,为计算和优化反导任务提供了理论依据和具体对策.     

基于DTC和GPGP的多UCAV任务规划方法

以任务分析和环境建模仿真框架作为任务结构的描述模型,建立了无人作战飞机的任务模型描述及任务规划问题描述方法.提出了基于启发式设计准则的无人作战飞机任务规划算法,并在任务规划过程中集成路径规划.以通用局部全局规划协调理论为基础,提出了集成通用局部全局规划协调机制和同步协调机制的多无人作战飞机协同任务规划系统结构,对通用局部全局规划的任务规划过程进行控制和协调.仿真实例证明了任务规划算法的可行性.