Motion prediction of an uncontrolled space target

Capturing an uncontrolled space target is a tremendously challenging research topic. Target capture by a space robot can be well planned according to predicted motion of the target. In this paper, motion prediction of an uncontrolled space target is studied and a motion prediction algorithm is proposed. In the proposed algorithm, firstly a method for identifying the parameters of motion state and inertial property of the target is established; and then through substituting the identified parameters into the dynamic equations of the target, the motion of the target can be predicted as the solution of the equations. In the identification of the parameters, the unscented Kalman filter (UKF) is applied. In order to support the UKF, a method for estimating noise level of the observation data is developed, so our motion prediction algorithm is noise adaptive. A practical convergent criterion is also designed to determine the time when the estimated result of the UKF is accurate enough, such that the predicted motion is credible enough. After that, the accuracy of the prediction is further improved by an optimization method. In the end of this paper, numerical simulations are done to verify the validity of the proposed motion prediction algorithm. Simulation results indicate that the proposed algorithm is able to predict the motion of the target precisely.     

多尺度搜索补偿的临近空间高超声速目标相参积累算法

针对临近空间高超声速目标回波信号相参积累时存在的跨距离门和多普勒扩展问题，提出一种基于多尺度搜索补偿的相参积累算法。算法在距离走动补偿的基础上，根据目标加速度和加加速度的变化区间，同时对目标加速度和加加速度估计值进行搜索，并利用多尺度搜索的方法，解决搜索尺度和搜索计算量之间的矛盾，完成相参积累。仿真结果表明，算法能够有效解决目标长时间积累过程中存在的跨距离门和多普勒扩展问题，抑制噪声并提高增益，积累效果明显优于传统积累方法。     

基于增程雷达一维像特征的高轨卫星识别方法

高轨卫星距离地球数万公里,雷达为了实现有效跟踪,通常使用增程技术。远距离使位置测量误差大到千米量级,增程导致数据率低到每帧以分钟计,雷达散射截面积(RCS)细节信息丢失,这给利用目标轨道和RCS进行目标分辨、识别带来困难。幸运的是高轨卫星目标相对观测视线位置和姿态稳定,天然消除了宽带一维像使用中方位敏感性的问题。本文通过一维像的尺寸、波形熵等特征,通过最小二乘支撑向量机,设计了高轨卫星目标的模板匹配算法,利用实测数据进行了识别验证,结果表明了方法的有效性。     

旋转非合作目标相对状态的解耦估计方法

针对在轨旋转非合作目标相对状态估计中关于几何结构及惯量参数先验信息未知的问题，提出一种以双目相机对目标特征点的投影作为测量值的解耦估计方法，实现旋转非合作目标相对状态的估计。首先，建立非合目标的动力学模型和目标特征点的运动模型；其次，为避免由目标特征点与目标质心相对位置不确定引起滤波性能降低的问题，建立相对特征的运动模型及投影模型，对旋转运动和平移运动进行解耦；最后，设计相应的滤波器对非合作目标的相对状态进行估计。仿真结果表明，提出的解耦估计方法能够有效地估计出非合作目标的相对状态。     

面向复杂场景的鲁棒KCF行人跟踪方法

经典核相关滤波(Kernel correlation filter,KCF)目标跟踪算法是判别式跟踪算法中效果最好的一种跟踪算法。但该算法不能很好地适应目标尺度的变化,且在遇到目标短暂消失或被其他物体遮挡等复杂情形时不具备处理目标重显的能力,因此,为使得目标跟踪能够有效地应对遮挡情形,本文从提高特征表达能力、增加尺度匹配策略和抗遮挡3个方面对经典KCF算法进行改进,提出了一种鲁棒的KCF行人跟踪算法。首先对方向梯度直方图(Histogram of oriented gradients,HOG)特征和色调、饱和度、值(Hue-saturation-value,HSV)特征的响应分布进行特征融合。其次,设置动态选择尺度池来改进滤波器的固定尺寸匹配。最后,通过滤波器响应最大值的变化率衡量目标的遮挡情况,并根据上一成功帧的目标信息,通过EdgeBoxes和感知哈希算法找回目标,更新滤波器。本文所提方法在公开视频跟踪数据集Benchmark上进行测试,实验结果表明与其他目标跟踪方法相比,本文算法提高了尺度变化、遮挡等复杂情形下跟踪的鲁棒性,确保了较高的跟踪精度。     

基于对比度和梯度分布的红外弱小目标检测

红外弱小目标检测技术是目标自动检测系统中的核心技术之一。在复杂背景以及强杂波存在的情形下,红外弱小目标检测往往会有高虚警率的问题。对于这一问题,提出了一种基于多尺度局部对比度与局部梯度分布的红外弱小目标检测算法,具有重要意义。相比于以前的算法,该方法利用多尺度局部对比度机制增强红外图像中的疑似红外弱小目标的区域,再利用红外图像的局部梯度分布信息对这些疑似红外弱小目标的区域进行判别,剔除其中的虚警区域,得到有低虚警率红外弱小目标检测结果。实验结果表明:该算法结果可靠,检测准确率高。可见,新算法可以有效地提高在复杂背景以及存在强杂波情形下红外图像中弱小目标的检测准确率。     

LIPS-300离子推力器栅极热变形特点实验分析

为探究LIPS-300离子推力器在工作过程中栅极热变形的规律与特点，设计了大气环境下离子推力器双栅极热变形实验，以一环形加热器模拟实际工作时的等离子体热源。实验研究发现:球面栅极在加热过程中急剧变形，同时屏栅变形量大于加速栅，导致栅极间距减小；在冷却过程中，双栅迅速回复变形，栅极间距同步回复。其次,研究发现栅极中心位移在加热过程中的峰值回落现象，与在冷却过程中的负位移现象，同时发现冷却速率对负位移的大小有着不容忽视的影响。为研究上述现象的起因，对栅极组件的径向位移进行了采集，发现栅极安装环的变形是其根本原因。在结构与温度的综合影响下，栅极安装环的变形相较球面栅极更为缓慢，而其受热膨胀会拉伸球面栅极，导致球面栅极中心拱高减小，中心位移峰值回落。     

基于靶标图像的高分辨率空间相机微振动测量方法

高分辨率卫星在轨成像过程中，由于微振动影响造成相机内部敏感光学元件之间的相对运动，引起图像质量的退化。为了准确测量微振动对高分辨率卫星成像的影响，本文提出一种基于靶标图像的空间相机微振动测量方法。文章首先对微振动中影响图像质量的不同因素进行了阐述。然后介绍了在图像上直接测量像移的方法，分析了微振动对空间相机成像的影响，得到像移偏差的准确数值，为卫星成像质量的影响分析及最终修正以提升卫星成像质量提供依据。最后，以某空间相机为研究对象，对此相机在整星条件下的微振动试验数据进行了分析，得到微振动在相机焦面产生的像移，研究了微振动对高分辨率卫星成像的影响。研究实例证明了文章提出方法的可行性，研究结果可为改进设计、隔振和抑振提供参考。     

空间目标三维重构误差分析与相机参数设计方法

针对空间目标三维重构任务中的相机参数设计问题，提出一套由目标重构精度反演观测相机参数及观测方案的方法。通过梳理三维重构误差传播机理，将误差传播归结为相机内参数影响特征点齐次坐标和齐次坐标影响重构精度两个过程，给出了三维重构误差计算方法。基于误差下限分析计算结果，给出了观测距离、拍照间隔与相机姿态指向等任务参数的设计原则，建立了由重构精度反演相机焦距和像素尺寸的方法，形成一套以重构精度为核心指标的观测方案和相机参数设计方法。针对模拟空间目标的仿真试验校验了重构误差估算算法及相机参数和观测方案设计方法的有效性。     

某型产品振动试验目标零位调整时间缩短的分析与实现

针对制导舱振动试验过程中遇到的目标零位调整时间过长的问题,对调零过程进行分析,发现目标模拟发射器在每枚产品振动试验时都要进行调整,才能符合产品振动试验的要求。而工作现场目标模拟发射器支架与目标模拟发射器之间不是刚性连接结构,使得整个振动试验因为需要目标调零而变得时间过长。改造升级现有支架和目标模拟发射器之间的连接座成为了解决问题的方向,通过技术改造后的连接座,对比原制导舱振动试验时间的数据,确认该技术改造缩短了某型产品振动试验目标零位调整的时间。