空间目标在天基光学探测中的特性分析与仿真

分析了空间目标的分布及几何特性,研究了空间目标光学特性与天基探测系统、太阳以及目标自身参数的关系,提出了空间目标光学特性仿真的思路,建立的天基空间目标光学特性分析系统可以计算并绘制相对距离、太阳相位角及目标星等变化曲线.由于很难获取准确的空间目标实际光度数据,文中提出了对仿真结果的验证方法.通过对仿真结果的分析,得出了天基空间目标光学探测的特点,为天基光学探测和识别的研究提供了参考.      

基于窄带雷达RCS序列的空间目标尺寸估计

从窄带雷达横截面积(RCS)序列中提取目标尺寸特征对空间目标的分类识别具有重要价值. 本文在研究椭球体RCS序列特性的基础上, 提出了一种空间目标形状估计方法, 并进一步研究了空间目标尺寸估计问题, 提出了一种新的尺寸估计方法. 实测数据的验证表明, 该方法能有效估计卫星、碎片等空间目标的形状和二维尺寸.      

基于类脑模型与深度神经网络的目标检测与跟踪技术研究

目标检测与跟踪技术广泛应用于交通、医疗、安保和航天等领域.目前，目标检测与跟踪技术面临目标微弱、背景复杂、目标被遮挡等挑战.同时，随着脑科学研究的不断深入，人们对人脑视觉系统的理解逐渐透彻，利用类脑计算解决复杂背景下高精度目标检测与跟踪问题成为相关领域的重要研究方向.本文结合神经工程导向的类脑模型和计算机工程导向的深度神经网络(Deep Neural Networks, DNNs)，提出多种基于类脑模型与深度神经网络的目标检测与跟踪算法，包括：基于演算侧抑制的目标检测算法，基于结构 对比度(Structure Contrast, SC)视觉注意模型的弱小目标检测算法和基于记忆机制与分层卷积特征的目标跟踪算法.实验结果表明，将类脑模型和深度神经网络应用于目标检测和跟踪领域，有利于实现复杂条件下的高精度目标检测和鲁棒性目标跟踪.     

基于认知特性的目标辨认研究

为了优化飞机人机界面的设计,结合人的认知特性对目标(文字或标识)的形状、大小、辨认反应时间等进行设定,并通过二维目标的识别实验进行分析与验证.实验结果表明对目标大小和反应时间的定量处理比较合理,目标形状对目标辨认的影响与以往的研究结果相近,在偏离中心视10°范围内,目标出现的位置和颜色对目标辨认的影响不明显.      

基于满意决策的多机协同目标分配算法

多机协同目标分配问题是无人机UAV(Uninhabited Aerial Vehicle)研究 中一个重要的问题.考虑UAV差异、目标差异及战场态势对目标分配的影响,建立了多机 协同目标分配问题的数学模型.提出基于满意决策的目标分配算法,通过搜索个体满 意集合获取群体优化的目标分配方案.对多目标分配问题,将攻击方案作为个体满意集 合的元素扩展了基于满意决策的目标分配算法.为适应更大的问题空间的求解需求,提出递 阶分配框架,并将满意决策方法用于递阶分配.计算结果表明,算法能有效提 高搜索效率,并得到很好的优化效果.      

多界面多任务下不同任务权重的目标辨认

武器装备人机界面设计中目标辨认问题,必须通过目标辨认的实验和评价研究加以解决.根据飞行作业中所需完成的操作任务,提出一个多界面多任务目标辨认实验方案.通过测定被试完成实验主任务的反应时间和正确探测率,研究人在不同任务权重下对目标颜色、形状、位置的辨认情况,为人机界面设计目标编码提供科学依据.实验结果表明:在需要分配人注意力的条件下,无论任务权重如何,绿色、红色和三角形是界面设计中合适的目标编码,圆形和正方形必要时可用于目标编码;人对不同位置的目标辨认受到任务权重的影响,人机界面对目标位置的设计要充分考虑任务权重因素.      

基于动态指标的飞机方案多目标优化方法

为提高飞机方案多目标优化过程中最优解的搜索效率,对多目标方案的比较评价方法及其在优化中的应用进行了研究.提出了可用于多目标方案对比评价的基准指标,并建立了利用新生成方案的目标值对基准指标进行动态更新的动态指标.通过采用动态指标构造适应度函数改进了多目标遗传算法,进行的双目标优化算例表明,改进的算法能够获得更优的Pareto前沿.采用改进的多目标优化方法对一种轻型战斗机概念方案进行了优化设计,设置了重量、气动、隐身等4个优化目标,优化结果验证了基于动态指标改进的多目标遗传算法在飞机概念方案设计优化中的有效性.      

轨道维持与调相的综合优化策略研究

在交会对接飞行任务设计研究中必须首先确定目标航天器的轨道设计策略,研究了一种将目标航天器轨道维持和调相两种任务进行综合优化的策略.轨道维持的任务是使得目标航天器轨道的形状和位置符合交会要求,调相的任务是使目标航天器在轨道中的初始相位角符合交会要求.在考虑了交会对接发射窗口、交会终端约束条件下,将目标航天器轨道设计问题转化为一个非线性规划问题,应用序列二次规划方法对其进行了求解.仿真计算表明,这种方法既能以较少变轨次数满足交会对接任务要求,又能节省燃料,为空间交会对接任务规划提供了重要参考.     

基于天基雷达的空间目标轨道预测

根据天基雷达获取的空间目标位置和速度参数, 研究了计算空间目标轨道根数的方法, 以实现对空间目标的初定轨. 分析了雷达坐标系下对目标的观测误差给协议天球坐标系下的目标参数估计带来的影响. 提出了空间二体相遇问题的一种解决方案. 利用已知的空间站轨道, 仿真分析了空间目标在一周之内和空间站的相遇情况, 同时给出了目标轨道预测的误差分析.      

非合作机动目标交会的相对位置控制

研究目标航天器存在机动的情况下追踪航天器与目标航天器的交会问题.只利用两航天器之间的相对位置测量信息,考虑目标机动、外部干扰以及状态耦合,提出一种改进的特征压缩方式并建立相应的解耦特征模型,基于该特征模型设计解耦的自适应控制方法实现追踪航天器与机动目标航天器的交会.仿真结果验证了算法的有效性,并表明其优于传统的PD控制方法.     

相控阵雷达的系统反应时间研究

研究了相控阵雷达的系统反应时间,提出了当采用TWS和TAS两种跟踪方式时,计算相控阵雷达反应时间的公式,揭示了反应时间与搜索、跟踪和截获方式及其参数之间的关系.研究了截获参数的优化.比较了采用两种跟踪方式时的系统反应时间.实验结果说明,采用TWS跟踪方式时,反应时间主要决定于搜索帧周期和目标的速度,与目标个数无关;采用TAS跟踪方式时,反应时间主要取决于目标个数和速度,与搜索帧周期关系不大.      

假目标诱骗对抗反辐射导弹作战效能分析

研究多个假目标保护一个真目标(雷达)对抗反辐射导弹(ARM)的作战效能.在确定ARM瞄准方向的基础上,给出导引头在分辨目标时刻对真假目标截获概率的计算方法;推导出计算真目标受到ARM多次攻击时被杀伤概率的通用公式.研究结果表明:在评估假目标诱骗对抗ARM的效能时,必须考虑目标损失积累的影响;为提高诱骗效能,在增加假目标数量的同时,应降低其易损性,提高发射功率,并采用合理的布局方案.     

时域测量技术在目标特性研究中的应用

首先对X波段脉冲测量系统的基本组成及其主要技术指标作了简明介绍.而后.通过几个典型目标的测量.简述了时域测最技术在雷达目标散射特性研究中的重要应用.     

基于目标导向的连续型机器人路径规划

采用连续型机器人对空间约束严格的飞机油箱进行检查,研究了其在类似凸体空间内的路径规划问题,提出一种基于目标导向的规划算法.针对空间盲目搜索算法时间复杂度高问题,研究降维和区域划分策略.引入目标导向角,建立目标点与变量搜索范围的关系,优化搜索过程并设计评价函数对搜索结果寻优.进行仿真实验,结果验证了算法的可行性和有效性.     

空间目标红外特征仿真模型

建立了一种基于三维场景的空间目标红外辐射特征计算模型.模型对多层介质目标进行几何建模与三维剖分,考虑目标微动时太阳和地球对目标加热的影响,计算了目标外表面的辐射散热及内腔壁面元间的辐射换热,在此基础上完成目标的三维导热计算,利用Gauss-Seidel迭代法求解微元体的温度,进而计算了中长波和长波红外波段目标自身的辐射、对外热源的反射以及总的辐射亮度图像和辐射强度曲线.研究表明,无自旋的目标在圆周方向受太阳加热不均,温差显著;自旋使目标圆周方向温差减小,温度分布趋于均匀.     

运动目标RCS特性分析

运动目标相对雷达姿态角的获得是动目标雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)研究中的重要内容.详细阐述了动目标姿态角的定义和计算方法,以及与静止目标姿态角的区别和联系.飞行器飞行中受气流的影响,会产生各种随机抖动,将影响动目标的RCS.利用准静态的方法分析运动物体的散射,在高频条件下,RCS主要来自面元散射、边缘散射和角反射器散射等.利用一种抖动模型,详细分析了抖动对动目标RCS的影响.仿真结果表明:随着频率的增加,抖动对RCS的偏离度增加;在不同姿态下抖动对目标的RCS的影响程度不同, 在某些姿态角下影响非常大.      

嫦娥四号任务科学目标和有效载荷配置

嫦娥四号探测器由中继星、着陆器和巡视器组成.其科学目标为:月基低频射电天文观测研究,月球背面巡视区浅层结构探测研究以及月球背面巡视区形貌与矿物组分探测研究.共配置6台有效载荷设备,其中3台载荷设备配置在着陆器上,分别为降落相机、地形地貌相机和低频射电谱仪,其余3台配置在巡视器上,分别为全景相机、测月雷达和红外成像光谱仪.本文主要论述了嫦娥四号任务的科学目标、着陆区概况、有效载荷配置及系统设计、各有效载荷任务和主要技术指标等.      

基于双目视觉的非合作目标逼近控制系统设计与仿真

主要研究空间非合作目标近距离逼近过程的控制系统设计与仿真问题.针对采用双目视觉敏感器实现对非合作目标的观测情况,提出一种考虑成像误差的目标位置矢量计算方法,有效保证目标位置解算的可行性.在主星视线坐标系下,分别考虑逼近过程的最大相对速度约束、控制推力和力矩约束,设计了基于非线性项解耦的递阶饱和PID形式的近距离逼近位置控制律和姿态控制律,并在逼近过程中设置停泊点以确保与目标无碰撞.最后对典型航天器非合作目标抓捕任务进行了数学仿真,仿真结果表明所提出的方法可在满足各种约束的情况下有效实现任意方向的空间非合作目标的抓捕任务.     

目标速度对脉间变频格式RCS测试的影响

研究了在脉间变频格式目标雷达散射截面(RCS)测试中目标径向速度对测试结果的影响.从目标像位置偏移和目标像发散两个方面分析了目标径向速度造成RCS测试结果误差的原因,进行了计算机仿真,给出速度与误差的数值关系.通过对仿真数据的分析,提出减小RCS测试误差的方法.根据双通道雷达能够同时在两个频段上对同一目标进行测试的特点提出了一种校正被测目标径向速度影响的方法,并用该方法对BHEML-1型雷达的外场实测数据进行了处理和分析比较.     

基于深度学习网络的星表非结构化岩石目标辨识方法研究

目标检测技术广泛应用于交通、医疗、安保和航天等领域.目前,目标检测技术面临目标微弱、背景复杂、目标被遮挡等挑战[1].针对星表非结构化模拟地形采集的图像中岩石和石块小目标检测识别率低、误识别率高的问题,研究了当下效果最好、模型轻量化的YOLOv5目标检测算法,在其基础上进行改进优化器与优化检测框重复检测效果的一种满足实时性要求的岩石目标检测算法.具体通过引入空标签负样本、结合随机梯度下降法SGD(stochastic gradient descent)优化模型和非极大值抑制参数调节方法,提升YOLOv5网络模型的特征描述能力和分类准确率.利用在地面试验场采集的复杂地形图像作为数据集,并采用mAP(mean average pre-cision)、画面每秒传输帧数(FPS)、准确率和召回(P-R)曲线等作为性能指标,对所提出的目标检测网络进行了试验验证.结果 表明本文提出的改进网络拥有更高的准确率和更低的虚警率,同时保持原有算法的实时性.